轴流涡轮的制造方法
轴流涡轮的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种轴流涡轮机，其能够提高混合损失的降低效果。该轴流涡轮机具有：多个静叶片（2），其设在隔板外轮（1）的内周侧；多个动叶片（5），其设在转子（4）的外周侧；护罩（6），其设在多个动叶片的外周侧；环状的槽部（12），其形成在隔板外轮上，收纳护罩；间隙流道（13），其在隔板外轮的槽部与护罩之间形成，动作流体的一部分从主流道（7）的静叶片的下游侧流入，并流出到主流道的动叶片的下游侧；密封片（14A～14D），其设在间隙流道上；循环流生成室（17），其形成在间隙流道的下游侧；多个遮蔽板（18），其以位于循环流生成室内的方式固定在隔板外轮上，沿转子轴向及径向延伸。
【专利说明】轴流涡轮机
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于发电设备的蒸汽涡轮机、燃气轮机等的轴流涡轮机。
【背景技术】
[0002]近年来，为了提高发电设备的发电效率，强烈要求进一步提高涡轮机性能。涡轮机性能存在润轮机的级损失、排气损失、机械损失等，在这些当中，减少级损失是最有效的。
[0003]级损失包括多种，大致分为:
[0004](I)以叶片形状本身为起因的叶片式损失；
[0005](2)以不沿主流的流动为起因的二次流动损失；
[0006](3)由于动作流体(蒸汽、气体等)向主流道以外泄漏而产生的泄漏损失等。
[0007]上述泄漏损失包括:
[0008](a)动作流体的一部分(泄漏流体)在主流道以外的间隙流道(分支流道)中流动，无法有效利用泄漏流体具有的能量，从而产生的分支损失；
[0009](b)在泄漏流体从间隙流道流入主流道时产生的混合损失；
[0010](C)流入主流道的泄漏流体与下游侧的叶片列干涉而产生的干涉损失。
[0011]并且，近年来，不仅上述分支损失，减少上述混合损失、上述干涉损失也成为重要的课题。即，不仅只减少从主流道向间隙流道的泄漏流体的流量(泄漏量)，如何没有损失地使泄漏流体从间隙流道返回主流道也成为重要的课题。
[0012]因此，为了解决这种课题，提出了下述方案:在间隙流道的下游侧设置多个引导板，以利用这些引导板使泄漏流体的流动方向与主流方向一致的方式使泄漏流体的流动方向转向(例如参照专利文献I)。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献1:日本特开2011-106474号公报
[0015]但是，上述现有技术具有以下的改进余地。即，在专利文献I记载的现有技术中，为了使泄漏流体的流动方向转向，使泄漏流体只在引导板之间通过。因此，如果增加引导板的数量，缩小引导板的间隔，则无法充分发挥使泄漏流体的流动方向转向的效果，有可能无法充分地得到混合损失的降低效果。并且，当增加引导板的数量而缩小引导板的间隔时，接触面积增大而使摩擦损失增加，存在抵消混合损失的降低效果的可能性。
【发明内容】
[0016]本发明的目的在于提供能够提高混合损失的降低效果的轴流涡轮机。
[0017]为了实现上述目的，本发明具有:多个静叶片，其设在静止体的内周侧，沿圆周方向排列；多个动叶片，其设在旋转体的外周侧，沿圆周方向排列；主流道，其配置有上述多个静叶片，并且在多个静叶片的下游侧配置上述多个动叶片，供动作流体流通；护罩，其设在上述多个动叶片的外周侧；环状的槽部，其形成在上述静止体上，收纳上述护罩；间隙流道，其形成在上述槽部与上述护罩之间，动作流体的一部分从上述主流道的上述静叶片的下游侧流入，并流出到上述主流道的上述动叶片的下游侧；多级密封片，其设在上述间隙流道中；循环流生成室，其形成在上述间隙流道的下游侧；以及多个遮蔽板，其以位于上述循环流生成室内的方式固定在上述静止体上，并沿上述旋转体的轴向及径向延伸。
[0018]在本发明中，动作流体的一部分(泄漏流体)从主流道的静叶片的下游侧(换言之，动叶片的上游侧)流入间隙流道，泄漏流体经过间隙流道流出到主流道的动叶片的下游侧。此时，从主流道的静叶片的下游侧流入间隙流道的泄漏流体是具有较大的圆周方向速度成分的流体，但是其一部分流入循环流生成室并与遮蔽板碰撞，由此能够生成抑制圆周方向速度成分的循环流。并且，通过这样生成的循环流的干涉，相对于从间隙流道向主流道的动叶片的下游侧流出的泄漏流体的流动，能够有效减少圆周方向速度成分。因此，能够使泄漏流体的流动方向与通过了动叶片的动作流体(主流流体)的流动方向一致，从而能够提高混合损失的降低效果。
[0019]本发明的效果如下。
[0020]根据本发明，能够提高混合损失的降低效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示意地表示本发明的第一实施方式的蒸汽涡轮机的局部结构的转子轴向的剖视图。
[0022]图2是图1中II部的局部放大剖视图，表示本发明的第一实施方式的间隙流道的详细结构。
[0023]图3是图1中截面II1-1II的转子圆周方向的剖视图，表示主流道内的气流。
[0024]图4是图1中截面IV-1V的转子圆周方向的剖视图，与主流炉内的气流一起表示间隙流道内的气流。
[0025]图5是分别表示本发明的第一实施方式及现有技术的动叶片流出角的分布的图。
[0026]图6是分别表示本发明的第一实施方式及现有技术的动叶片损失系数的分布的图。
[0027]图7是表示本发明的一个变形例的间隙流道的详细结构的局部放大剖视图。
[0028]图8是表示本发明的另一变形例的间隙流道的详细结构的局部放大剖视图。
[0029]图9是表示本发明的第二实施方式的间隙流道的详细结构的局部放大剖视图。
[0030]符号说明
[0031]1、IA—隔板外轮，2一静叶片，3—隔板内轮，4一转子,5—动叶片,6、6A、6B、6C—护罩，7—主流道，12—槽部，13—间隙流道，14A?14D—密封片，16—突起部，17、17A—循环流生成室，18、18A—遮蔽板，20—外侧突起部，21a、21b—外周面，22—台阶侧面。
【具体实施方式】
[0032]下面，参照【专利附图】
【附图说明】将本发明应用于蒸汽涡轮机的场合的实施方式。
[0033]图1是示意地表示本发明的第一实施方式的蒸汽涡轮机的局部结构(级结构)的转子轴向的剖视图。图2是图1中II部的局部放大剖视图，表示间隙流道的详细结构。图3是图1中截面II1-1II的转子圆周方向的剖视图，表示主流道内的气流。图4是图1中截面IV-1V的转子圆周方向的剖视图，与主流道内的气流一起表示间隙流道内的气流。[0034]在这些图1?图4中，蒸汽涡轮机具备设在外壳(未图示)内周侧的环状的隔板外轮I (静止体)、设在该隔板外轮I的内周侧的多个静叶片2、设在这些静叶片2的内周侧的环状的隔板内轮3。另外，多个静叶片2在隔板外轮I与隔板内轮3之间沿圆周方向以规定间隔排列。
[0035]另外，蒸汽涡轮机具备以旋转轴0为中心旋转的转子4 (旋转体)、设在该转子4的外周侧的多个动叶片5、设在这些动叶片5的外周侧(换言之，叶片前端侧)的环状的护罩6。多个动叶片5在转子4与护罩6之间沿圆周方向以规定的间隔排列。
[0036]蒸汽(动作流体)的主流道7包括形成在隔板外轮I的内周面8a与隔板内轮3的夕卜周面9之间的流道、形成在护罩6的内周面10 (以及隔板外轮I的内周面Sb)与转子4的外周面11之间的流道等。在主流道7中配置有多个静叶片2 (换言之，一个静叶片列)，并且在其下游侧(图中右侧)配置有多个动叶片5 (换言之，一个动叶片列)，这些静叶片2与动叶片5的组合构成一个级。另外，在图1中，为了方便，仅表示一级，一般地，为了有效地回收蒸汽的内部能量，沿转子轴向设有多级。
[0037]主流道7内的蒸汽(主流蒸汽)以图1中空白箭头表示的方式流动。并且，利用静叶片2将蒸汽的内部能量(换言之，压力能量等)转换为运动能量(换言之，速度能量)，利用动叶片5将蒸汽的运动能量转换为转子4的旋转能量。另外，在转子4的端部连接有发电机(未图示)，利用该发电机将转子4的旋转能量转换为电能量。
[0038]详细说明主流道7内的蒸汽的气流(主流)。蒸汽从静叶片2的前缘侧(图3中左侦D以绝对速度矢量Cl (详细地说，几乎不具有圆周方向速度成分的轴向的气流)流入。并且，在通过静叶片2的叶片间时增速、转向，成为绝对速度矢量C2(详细地说，具有较大的圆周方向速度成分的气流)，并从静叶片2的后缘侧(图3中右侧)流出。从静叶片2流出的蒸汽的大部分与动叶片5碰撞而使转子4以速度U旋转。此时，蒸汽在通过动叶片5时减速、转向，从相对速度矢量W2成为相对速度矢量W3。因此，从动叶片5流出的蒸汽成为绝对速度矢量C3 (详细地，与绝对速度矢量Cl大致相同，几乎不具有圆周方向速度成分的轴向气流)。
[0039]并且，在隔板外轮I的内周面形成收纳护罩6的环状的槽部12，在该槽部12与护罩6之间形成间隙流道(分支流道)13。并且，蒸汽的一部分(泄漏蒸汽)从主流道7的静叶片2的下游侧(换言之，动叶片5的上游侧)流入间隙流道13，泄漏蒸汽经过间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧(泄漏气流)。因此，无法有效利用泄漏蒸汽的内部能量，产生分支损失。为了减少该分支损失，即为了减少泄漏蒸汽从主流道7向间隙流道13的流量(泄漏量)，在间隙流道13上设有迷宫式密封件。
[0040]在本实施方式的迷宫式密封件中，在槽部12的内周面设有环状的密封片14A?14D，这些密封片14A?14D以规定的间隔沿转子轴向配置。密封片14A?14D的前端部(内周侧缘部)的截面为锐角的楔形状。在护罩6的外周侧以位于第一级密封片14A与第四级密封片14D之间的方式形成环状的台阶部(隆起部)15。
[0041]各密封片的前端和与该密封片相对向的护罩6的外周面的间隙尺寸D1设定为防止静止体侧与旋转体侧的接触，并且泄漏蒸汽的流量极小。另外，台阶部15的台阶尺寸D2例如设定为上述间隙尺寸D1的2?3倍左右。因此，密封片14A、14D比密封片14B、14C长上述台阶尺寸D2的长度。[0042]主流道7的静叶片2的下游侧的主流蒸汽如上所述为具有较大的圆周方向速度成分的气流(绝对速度矢量C2)，流入间隙流道13的泄漏蒸汽也成为具有较大的圆周方向速度成分的气流。并且，流入间隙流道13的泄漏蒸汽依次通过第一级密封片14A的前端与护罩6的外周面的间隙(节流)、第二级密封片14B的前端与护罩6的外周面的间隙(节流)、第三级密封片14C的前端与护罩6的外周面之间的间隙(节流)、以及第四级密封片14D的前端与护罩6的外周面的间隙(节流)。此时，由于节流损失，泄漏蒸汽的全压下降。另外，泄漏蒸汽的轴向速度增加，但圆周方向速度几乎没有变动。即，通过最终级的密封片14D的前端与护罩6外周面之间的间隙的泄漏蒸汽依然为具有较大的圆周方向速度成分的气流。
[0043]另一方面，在主流道7中通过动叶片5的主流蒸汽如上所述为不具有圆周方向速度成分的气流(绝对速度矢量C3)。因此，如果通过最终级的密封片14D的前端与护罩6外周面的间隙的泄漏蒸汽在为具有较大的圆周方向速度成分的气流的状态下流出到主流道7的动叶片5的下游侧时，则混合损失变大。
[0044]因此，作为本实施方式的最大特征，在隔板外轮I的槽部12的下游侧侧面设有朝向护罩6的下游侧端面突出的环状的突起部16。由此，在间隙流道13的下游侧形成循环流生成室17。该循环流生成室17由位于比最终级的密封片14D靠下游侧的槽部12的内周面的一部分、槽部12的下游侧侧面、第一突起部16的外周面(径向外侧的面)划分。并且，通过最终级的密封片14D的前端与护罩6的外周面的间隙的泄漏蒸汽的一部分流入循环流生成室17，与槽部12的下游侧侧面等碰撞，产生循环流Al。
[0045]另外，在槽部12的下游侧侧面(换言之，循环流生成室17内)固定有沿圆周方向以规定的间隔排列的多个遮蔽板18。遮蔽板18沿转子轴向及转子径向延伸，在本实施方式中，是配置为与转子4的旋转的切线方向垂直的平板。并且，流入循环流生成室17的泄漏蒸汽(换言之，循环流Al)与遮蔽板18碰撞,抑制循环流Al的圆周方向速度成分(参照图4)。通过这样生成的循环流Al的干涉，能够有效地相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽的气流BI除去圆周方向速度成分(参照图4)。换言之，例如与如专利文献I所记载的那样使泄漏蒸汽在引导板之间通过的场合相比，不论泄漏蒸汽的圆周方向速度的大小如何，都能够有效地除去圆周方向速度成分。
[0046]另外，突起部16的前端位于比最终级的密封片14D相对向的护罩6的外周靠转子径向内侧。由此，通过了最终级的密封片14D的前端与护罩16的外周面的间隙的泄漏蒸汽容易流入循环流生成室17。
[0047]另外，突起部16还起到相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽的气流BI抑制径向速度成分的作用。尤其突起部16的内周面从转子轴方向的上游侧(图2中左侧)向下游侧(图2中右侧)且从转子径向的外侧(图2中上侧)向内侧(图2中下侧)倾斜，因此使泄漏蒸汽朝向转子轴向。另外，突起部16还起到防止蒸汽从主流道7逆流到间隙流道13的作用。
[0048]并且，最终级的密封片14D位于护罩6的轴向下游端末端。通过这样设置，通过密封片14D的前端与护罩6的外周面之间的间隙的泄漏气流BI不使流速向周围扩散地在维持高流速的喷流状态下向循环流生成室17流入，因此能够产生较强的循环流Al。相反，密封片14D位于护罩6的轴向上游侧时，通过密封片14D的前端与护罩6的外周面的间隙的泄漏气流BI扩散到泄漏流道全部区域，作为在径向上具有相同的流速的泄漏气流，流入循环流生成室17，因此无法产生循环流Al。由此，为了产生循环流Al，将最终级的密封片14D设置在护罩6的轴向下游端末端，泄漏气流BI在高速喷流状态下流入循环流生成室是必不可少的。
[0049]接着，使用图5及图6说明本实施方式的效果。
[0050]图5是表示本实施方式的动叶片流出角的分布(图中实线)及现有技术的动叶片流出角的分布(图中虚线)的图，纵轴表示主流道7的叶片高度方向的位置，横轴表示动叶片5的流出角(换言之，动叶片5的下游侧的蒸汽的绝对气流角)。另外，动叶片5的流出角以转子轴向为基准(零)，随着相对于轴向速度圆周方向速度变大，流出角的绝对值接近90度。图6是表示本实施方式的动叶片损失系数的分布(图中实线)及现有技术的动叶片损失系数的分布(图中虚线)的图，纵轴表示主流道7的叶片高度方向的位置，横轴表示动叶片5的损失系数。
[0051]如上所述，泄漏蒸汽从主流道7的静叶片2的下游侧(换言之，动叶片5的上游侧)流入间隙流道13，泄漏蒸汽经过间隙流道13流出到主流道7的动叶片的下游侧。此时，从主流道7的静叶片2的下游侧流入间隙流道13的泄漏蒸汽是具有较大的圆周方向速度成分的气流，通过最终级的密封片14D的前端与护罩6外周面的间隙的泄漏蒸汽也为具有较大的圆周方向速度成分的气流。
[0052]并且，在未设置上述突起部16、遮蔽板18的现有技术中，从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽为具有较大的圆周方向速度成分的气流。另一方面，在主流道7中通过动叶片5的主流蒸汽如上所述为几乎不具有圆周方向速度成分的气流。因此，如图5所示，在叶片前端附近以外的区域，气流角几乎为零，但在叶片前端附近区域，气流角接近-90度。另外，在现有技术中，不存在突起部16，因此从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽的径向速度比较大。因此，如图5所示，受到泄漏蒸汽的影响的叶片高度方向的范围也比较大。其结果，如图6所示，混合损失变大。
[0053]相对于此，在本实施方式中，在间隙流道13的下游侧产生抑制了圆周方向速度成分的循环流，通过该循环流的干涉，能够相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽有效地除去圆周方向速度成分。即，从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽为几乎不具有圆周方向速度成分的气流。因此，如图5所示，即使叶片前端附近区域，气流角几乎也为零。另外，在本实施方式中，由于突出部16的存在，能够降低从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽的径向速度成分。因此，如图5所示，受到泄漏蒸汽的影响的叶片高度方向的范围也比较小。其结果，如图6所示，能够降低混合损失，提高级效率。
[0054]另外，本实施方式的效果与作为动叶片列与静叶片列的组合的级是单数的场合相t匕，级数越多则效果越大。在现有技术中，如上所述，叶片前端附近的区域的气流角与其他区域的气流角不同，在叶片高度方向成为扭转气流。并且，静叶片的入口叶片角在叶片高度方向基本相同，因此当上述气流流入下游侧的静叶片时，有助端面边界层的发达、二次气流的成长，产生干涉损失。相对于此，在本实施方式中，如上所述，叶片前端附近的区域的气流角与其他区域的气流角大致相同，在叶片高度方向成为均匀的气流。并且，即使上述气流流入静叶片，静叶片的入射角也不会较大地偏离，能够抑制产生干涉损失。即，能够抑制下游侧的静叶片的二次气流损失的增加，能够提高下游侧的级效率。
[0055]另外，在上述第一实施方式中，如图4所示，以在遮蔽板18的圆周方向间隔(角度换算)与动叶片5的圆周方向间隔(角度换算)大致相同的场合(换言之，遮蔽板18的数量与动叶片5的数量相同的场合)为例，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内变形。即，根据从主流道7的静叶片2的下游侧流入间隙流道13的泄漏蒸汽的圆周方向速度，即使使遮蔽板18的数量比动叶片5的数量少，也能发挥与上述第一实施方式相同的效果。在这种场合，可以使遮蔽板18的数量比动叶片5的数量少。
[0056]另外，在上述第一实施方式中，以主流道7的动叶片5的下游侧(换言之，静叶片2的上游侧)的主流蒸汽的圆周方向速度大致为零，因此遮蔽板18配置为与转子4的旋转的切线方向垂直的场合为例进行说明，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内进行变形。即，可以根据主流道7的动叶片5的下游侧的蒸汽的圆周方向速度使遮蔽板18稍微在转子圆周方向上倾斜。即使这种场合，也能得到与上述第一实施方式相同的效果。
[0057]另外，在上述第一实施方式中，如图2所示，以未在护罩6的下游侧端面设置突起部的场合为例进行说明，但并不限定于此，可以在护罩6的下游侧端面设置突起部。具体地说，例如如图7所示的一个变形例，可以在护罩6A的下游侧端面设置位于比突起部16靠转子径向内侧(图中下侧)的内侧突起部19。该内侧突起部19的外周面与突起部16的内周面相对向，从转子轴向的上游侧(图中左侧)向下游侧(图中右侧)且从转子径向的外侧(图中上侧)向内侧(图中下侧)倾斜。即，在突起部16的内周面与内侧突起部19的外周面之间形成泄漏蒸汽的引导流道。由此，如图中箭头B2所示，能够使从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽的气流方向进一步朝向转子轴向。因此，能够进一步提高混合损失、干涉损失的降低效果，能实现级效率的提高。另外，还能提高蒸汽的逆流防止效果。
[0058]或者，例如如在图8中表示的其他变形例，可以在护罩6B的下游侧端面设置位于比突起部16靠转子半径方向外侧(图中上侧)的外侧突起部20。该外侧突起部20的外周面从转子轴向的上游侧(图中左侧)向下游侧(图中右侧)且从转子半径方向的内侧(图中下侦D向外侧(图中上侧)倾斜。由此，如图中箭头B3所示，通过了最终级的密封片14D的前端与护罩6B的外周面的间隙的泄漏蒸汽向转子径向外侧转向，容易流入循环流生成室17。因此，能提高循环流Al，能够提高由循环流Al的干涉引起的圆周方向速度成分的除去效果。因此，能够进一步提闻混合损失、干涉损失的降低效果，能实现级效率的提闻。
[0059]另外，在上述第一实施方式及变形例中，以具有四级风扇片14A?14D与一个台阶部15的迷宫式密封件为例进行说明，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内变形。即，密封片的级数未限定于四个，可以是两个、三个或五个以上。另外，可以不具有台阶部，也可以具有两个以上台阶部。这些场合都能得到上述相同的效果。
[0060]另外，在上述第一实施方式中，以在隔板外轮I的槽部12的内周面设置最终级的密封片14D，突起部16的前端位于比最终级的密封片14D相对向的护罩6的外周面靠转子径向内侧的结构为例进行说明，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内进行多种变形。即，可以在护罩6的外周面设置最终级的风扇片。并且，可以为突起部16的前端位置例如位于比最终级的密封片的前端(外周缘)或根部(内周缘)靠转子径向内侧的结构。这些场合也能得到上述相同的效果。
[0061]根据图9说明本发明的第二实施方式。另外，在本实施方式中，与上述第一实施方式相同的部分标注相同的符号，并适当省略说明。[0062]图9是表示本实施方式的间隙流道的详细结构的图。
[0063]在本实施方式中，在护罩6C的下游侧端部形成切口。即，护罩6C具有最终级的密封片14D相对向的外周面21a、位于比该外周面21a靠转子径向外侧(图中上侦D且比最终靠前一级的密封片14C相对向的外周面21b、在外周面21a与外周面21b之间形成的台阶侧面22。
[0064]各密封片的前端和与之相对向的护罩6C的外周面之间的间隙尺寸D1与上述第一实施方式相同，设定为防止静止体侧与旋转体侧接触，并且泄漏蒸汽的流量极小。另外，台阶侧面22的转子径向尺寸D3 (台阶尺寸)设定为例如上述间隙尺寸D1的五倍以上(在本实施方式中，6?8倍左右)。因此，密封片14D比密封片14C长上述的台阶尺寸D3的量。换言之，密封片14D的前端位于比外周面21b靠转子径向内侧(图中下侧)。
[0065]另外，密封片14C与密封片14D之间的转子轴向尺寸H3设定为密封片14A与密封片14B之间的转子轴向尺寸H1或密封片14B与密封片14C之间的转子轴向尺寸H2的两倍以上(在本实施方式中，2?3倍左右)。另外，密封片14C与台阶侧面22之间的转子轴向尺寸H4比上述尺寸H1或H2大。
[0066]通过上述结构，形成由最终级的密封片14D与比最终靠前一级的密封片14C、位于风扇片14C、14D之间的槽部12的内周面的一部分划分的循环流生成室17A。并且，通过了风扇片14C的前端与护罩6C的外周面21b之间的间隙的泄漏蒸汽流入循环流生成室17A，与密封片14D等碰撞，生成循环流A2。
[0067]另外，在槽部12的内周面固定有以位于密封片14C、14D之间的方式(换言之，位于循环流生成室17A内的方式)沿圆周方向以规定的间隔排列的多个遮蔽板18A。遮蔽板18A沿转子轴向及转子径向延伸，在本实施方式中，是配置为与转子4的旋转的切线方向垂直的平板。并且，通过流入循环流生成室17A的泄漏蒸汽(换言之，循环流A2)与遮蔽板18A碰撞，抑制循环流A2的圆周方向速度成分。通过这样形成的循环流A2的干涉，相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽的气流B4，能够有效地除去圆周方向速度成分。换言之，例如与专利文献I记载的在引导板之间通过泄漏蒸汽的场合相比，不论泄漏蒸汽的圆周方向速度大小如何，都能够有效地除去圆周方向速度成分。
[0068]另外，在本实施方式中，隔板外轮IA的内周面8b位于比密封片14D的前端靠转子径向外侧。由此，使从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽朝向转子轴向。另外，即使在蒸汽涡轮机启动时等由于静止体侧与旋转体侧的热延伸而使静止体侧与旋转体侧的相对位置关系在轴向上偏离较大的场合，护罩6C的下游侧端部与隔板外轮I也不会碰撞。
[0069]即使在以上的本实施方式中，也与上述第一实施方式相同，能够提高混合损失等的降低效果。
[0070]另外，在以上，作为本发明的适用对象，以作为轴流涡轮机之一的蒸汽涡轮机为例进行说明，但并不限定于此，也可以应用于燃气轮机等。该场合也能得到与上述相同的效果。
【权利要求】
1.一种轴流涡轮机，其特征在于， 具有: 多个静叶片，其设在静止体的内周侧，沿圆周方向排列； 多个动叶片，其设在旋转体的外周侧，沿圆周方向排列； 主流道，其配置有上述多个静叶片，并且在多个静叶片的下游侧配置上述多个动叶片，供动作流体流通； 护罩，其设在上述多个动叶片的外周侧； 环状的槽部，其形成在上述静止体上，收纳上述护罩； 间隙流道，其形成在上述槽部与上述护罩之间，动作流体的一部分从上述主流道的上述静叶片的下游侧流入，并流出到上述主流道的上述动叶片的下游侧； 多级密封片，其设在上述间隙流道中； 循环流生成室，其形成在上述间隙流道的下游侧；以及 多个遮蔽板，其以位于上述循环流生成室内的方式固定在上述静止体上，并沿上述旋转体的轴向及径向延伸。
2.根据权利要求1所述的轴流涡轮机，其特征在于， 设置从上述槽部的下游侧侧面向上述护罩的下游侧端面突出的环状的第一突起部，上述循环流生成室由位于比上述多级密封片中的最终级的密封片靠下游侧的上述槽部的内周面的一部分、上述槽部的下游侧侧面、上述第一突起部的外周面划分。
3.根据权利要求2所述的轴流涡轮机，其特征在于， 在上述护罩的下游侧端面设置位于比上述第一突起部靠上述旋转体的径向外侧的环状的外侧突起部， 上述外侧突起部的外周面从上述旋转体的轴向的上游侧向下游侧且从上述旋转体的径向的内侧向外侧倾斜。
4.根据权利要求1所述的轴流涡轮机，其特征在于， 上述多级密封片设在上述槽部的内周面， 上述护罩具有上述多级密封片中的最终级的密封片相对向的第一外周面、位于比上述第一外周面靠转子径向外侧且比最终级靠前一级的密封片相对向的第二外周面、以及在上述第一外周面与第二外周面之间形成的台阶侧面， 上述最终级的密封片的前端位于比上述第二外周面靠转子径向内侧， 上述最终级的密封片与比上述最终级靠前一级的密封片之间的转子轴向尺寸、以及上述最终级的密封片与上述台阶侧面之间的转子轴向尺寸比其他密封片间的转子轴向尺寸大， 上述循环流生成室由上述最终级的密封片、比上述最终级靠前一级的密封片、以及位于这些密封片之间的上述槽部的内周面的一部分划分。
【文档编号】F01D11/08GK103775138SQ201310513505
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】柴田贵范, 西岛规世, 濑川清, 福岛久刚, 李宏元 申请人:株式会社日立制作所
【专利摘要】本发明提供一种轴流涡轮机，其能够提高混合损失的降低效果。该轴流涡轮机具有：多个静叶片（2），其设在隔板外轮（1）的内周侧；多个动叶片（5），其设在转子（4）的外周侧；护罩（6），其设在多个动叶片的外周侧；环状的槽部（12），其形成在隔板外轮上，收纳护罩；间隙流道（13），其在隔板外轮的槽部与护罩之间形成，动作流体的一部分从主流道（7）的静叶片的下游侧流入，并流出到主流道的动叶片的下游侧；密封片（14A～14D），其设在间隙流道上；循环流生成室（17），其形成在间隙流道的下游侧；多个遮蔽板（18），其以位于循环流生成室内的方式固定在隔板外轮上，沿转子轴向及径向延伸。
【专利说明】轴流涡轮机
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于发电设备的蒸汽涡轮机、燃气轮机等的轴流涡轮机。
【背景技术】
[0002]近年来，为了提高发电设备的发电效率，强烈要求进一步提高涡轮机性能。涡轮机性能存在润轮机的级损失、排气损失、机械损失等，在这些当中，减少级损失是最有效的。
[0003]级损失包括多种，大致分为:
[0004](I)以叶片形状本身为起因的叶片式损失；
[0005](2)以不沿主流的流动为起因的二次流动损失；
[0006](3)由于动作流体(蒸汽、气体等)向主流道以外泄漏而产生的泄漏损失等。
[0007]上述泄漏损失包括:
[0008](a)动作流体的一部分(泄漏流体)在主流道以外的间隙流道(分支流道)中流动，无法有效利用泄漏流体具有的能量，从而产生的分支损失；
[0009](b)在泄漏流体从间隙流道流入主流道时产生的混合损失；
[0010](C)流入主流道的泄漏流体与下游侧的叶片列干涉而产生的干涉损失。
[0011]并且，近年来，不仅上述分支损失，减少上述混合损失、上述干涉损失也成为重要的课题。即，不仅只减少从主流道向间隙流道的泄漏流体的流量(泄漏量)，如何没有损失地使泄漏流体从间隙流道返回主流道也成为重要的课题。
[0012]因此，为了解决这种课题，提出了下述方案:在间隙流道的下游侧设置多个引导板，以利用这些引导板使泄漏流体的流动方向与主流方向一致的方式使泄漏流体的流动方向转向(例如参照专利文献I)。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献1:日本特开2011-106474号公报
[0015]但是，上述现有技术具有以下的改进余地。即，在专利文献I记载的现有技术中，为了使泄漏流体的流动方向转向，使泄漏流体只在引导板之间通过。因此，如果增加引导板的数量，缩小引导板的间隔，则无法充分发挥使泄漏流体的流动方向转向的效果，有可能无法充分地得到混合损失的降低效果。并且，当增加引导板的数量而缩小引导板的间隔时，接触面积增大而使摩擦损失增加，存在抵消混合损失的降低效果的可能性。
【发明内容】
[0016]本发明的目的在于提供能够提高混合损失的降低效果的轴流涡轮机。
[0017]为了实现上述目的，本发明具有:多个静叶片，其设在静止体的内周侧，沿圆周方向排列；多个动叶片，其设在旋转体的外周侧，沿圆周方向排列；主流道，其配置有上述多个静叶片，并且在多个静叶片的下游侧配置上述多个动叶片，供动作流体流通；护罩，其设在上述多个动叶片的外周侧；环状的槽部，其形成在上述静止体上，收纳上述护罩；间隙流道，其形成在上述槽部与上述护罩之间，动作流体的一部分从上述主流道的上述静叶片的下游侧流入，并流出到上述主流道的上述动叶片的下游侧；多级密封片，其设在上述间隙流道中；循环流生成室，其形成在上述间隙流道的下游侧；以及多个遮蔽板，其以位于上述循环流生成室内的方式固定在上述静止体上，并沿上述旋转体的轴向及径向延伸。
[0018]在本发明中，动作流体的一部分(泄漏流体)从主流道的静叶片的下游侧(换言之，动叶片的上游侧)流入间隙流道，泄漏流体经过间隙流道流出到主流道的动叶片的下游侧。此时，从主流道的静叶片的下游侧流入间隙流道的泄漏流体是具有较大的圆周方向速度成分的流体，但是其一部分流入循环流生成室并与遮蔽板碰撞，由此能够生成抑制圆周方向速度成分的循环流。并且，通过这样生成的循环流的干涉，相对于从间隙流道向主流道的动叶片的下游侧流出的泄漏流体的流动，能够有效减少圆周方向速度成分。因此，能够使泄漏流体的流动方向与通过了动叶片的动作流体(主流流体)的流动方向一致，从而能够提高混合损失的降低效果。
[0019]本发明的效果如下。
[0020]根据本发明，能够提高混合损失的降低效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示意地表示本发明的第一实施方式的蒸汽涡轮机的局部结构的转子轴向的剖视图。
[0022]图2是图1中II部的局部放大剖视图，表示本发明的第一实施方式的间隙流道的详细结构。
[0023]图3是图1中截面II1-1II的转子圆周方向的剖视图，表示主流道内的气流。
[0024]图4是图1中截面IV-1V的转子圆周方向的剖视图，与主流炉内的气流一起表示间隙流道内的气流。
[0025]图5是分别表示本发明的第一实施方式及现有技术的动叶片流出角的分布的图。
[0026]图6是分别表示本发明的第一实施方式及现有技术的动叶片损失系数的分布的图。
[0027]图7是表示本发明的一个变形例的间隙流道的详细结构的局部放大剖视图。
[0028]图8是表示本发明的另一变形例的间隙流道的详细结构的局部放大剖视图。
[0029]图9是表示本发明的第二实施方式的间隙流道的详细结构的局部放大剖视图。
[0030]符号说明
[0031]1、IA—隔板外轮，2一静叶片，3—隔板内轮，4一转子,5—动叶片,6、6A、6B、6C—护罩，7—主流道，12—槽部，13—间隙流道，14A?14D—密封片，16—突起部，17、17A—循环流生成室，18、18A—遮蔽板，20—外侧突起部，21a、21b—外周面，22—台阶侧面。
【具体实施方式】
[0032]下面，参照【专利附图】
【附图说明】将本发明应用于蒸汽涡轮机的场合的实施方式。
[0033]图1是示意地表示本发明的第一实施方式的蒸汽涡轮机的局部结构(级结构)的转子轴向的剖视图。图2是图1中II部的局部放大剖视图，表示间隙流道的详细结构。图3是图1中截面II1-1II的转子圆周方向的剖视图，表示主流道内的气流。图4是图1中截面IV-1V的转子圆周方向的剖视图，与主流道内的气流一起表示间隙流道内的气流。[0034]在这些图1?图4中，蒸汽涡轮机具备设在外壳(未图示)内周侧的环状的隔板外轮I (静止体)、设在该隔板外轮I的内周侧的多个静叶片2、设在这些静叶片2的内周侧的环状的隔板内轮3。另外，多个静叶片2在隔板外轮I与隔板内轮3之间沿圆周方向以规定间隔排列。
[0035]另外，蒸汽涡轮机具备以旋转轴0为中心旋转的转子4 (旋转体)、设在该转子4的外周侧的多个动叶片5、设在这些动叶片5的外周侧(换言之，叶片前端侧)的环状的护罩6。多个动叶片5在转子4与护罩6之间沿圆周方向以规定的间隔排列。
[0036]蒸汽(动作流体)的主流道7包括形成在隔板外轮I的内周面8a与隔板内轮3的夕卜周面9之间的流道、形成在护罩6的内周面10 (以及隔板外轮I的内周面Sb)与转子4的外周面11之间的流道等。在主流道7中配置有多个静叶片2 (换言之，一个静叶片列)，并且在其下游侧(图中右侧)配置有多个动叶片5 (换言之，一个动叶片列)，这些静叶片2与动叶片5的组合构成一个级。另外，在图1中，为了方便，仅表示一级，一般地，为了有效地回收蒸汽的内部能量，沿转子轴向设有多级。
[0037]主流道7内的蒸汽(主流蒸汽)以图1中空白箭头表示的方式流动。并且，利用静叶片2将蒸汽的内部能量(换言之，压力能量等)转换为运动能量(换言之，速度能量)，利用动叶片5将蒸汽的运动能量转换为转子4的旋转能量。另外，在转子4的端部连接有发电机(未图示)，利用该发电机将转子4的旋转能量转换为电能量。
[0038]详细说明主流道7内的蒸汽的气流(主流)。蒸汽从静叶片2的前缘侧(图3中左侦D以绝对速度矢量Cl (详细地说，几乎不具有圆周方向速度成分的轴向的气流)流入。并且，在通过静叶片2的叶片间时增速、转向，成为绝对速度矢量C2(详细地说，具有较大的圆周方向速度成分的气流)，并从静叶片2的后缘侧(图3中右侧)流出。从静叶片2流出的蒸汽的大部分与动叶片5碰撞而使转子4以速度U旋转。此时，蒸汽在通过动叶片5时减速、转向，从相对速度矢量W2成为相对速度矢量W3。因此，从动叶片5流出的蒸汽成为绝对速度矢量C3 (详细地，与绝对速度矢量Cl大致相同，几乎不具有圆周方向速度成分的轴向气流)。
[0039]并且，在隔板外轮I的内周面形成收纳护罩6的环状的槽部12，在该槽部12与护罩6之间形成间隙流道(分支流道)13。并且，蒸汽的一部分(泄漏蒸汽)从主流道7的静叶片2的下游侧(换言之，动叶片5的上游侧)流入间隙流道13，泄漏蒸汽经过间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧(泄漏气流)。因此，无法有效利用泄漏蒸汽的内部能量，产生分支损失。为了减少该分支损失，即为了减少泄漏蒸汽从主流道7向间隙流道13的流量(泄漏量)，在间隙流道13上设有迷宫式密封件。
[0040]在本实施方式的迷宫式密封件中，在槽部12的内周面设有环状的密封片14A?14D，这些密封片14A?14D以规定的间隔沿转子轴向配置。密封片14A?14D的前端部(内周侧缘部)的截面为锐角的楔形状。在护罩6的外周侧以位于第一级密封片14A与第四级密封片14D之间的方式形成环状的台阶部(隆起部)15。
[0041]各密封片的前端和与该密封片相对向的护罩6的外周面的间隙尺寸D1设定为防止静止体侧与旋转体侧的接触，并且泄漏蒸汽的流量极小。另外，台阶部15的台阶尺寸D2例如设定为上述间隙尺寸D1的2?3倍左右。因此，密封片14A、14D比密封片14B、14C长上述台阶尺寸D2的长度。[0042]主流道7的静叶片2的下游侧的主流蒸汽如上所述为具有较大的圆周方向速度成分的气流(绝对速度矢量C2)，流入间隙流道13的泄漏蒸汽也成为具有较大的圆周方向速度成分的气流。并且，流入间隙流道13的泄漏蒸汽依次通过第一级密封片14A的前端与护罩6的外周面的间隙(节流)、第二级密封片14B的前端与护罩6的外周面的间隙(节流)、第三级密封片14C的前端与护罩6的外周面之间的间隙(节流)、以及第四级密封片14D的前端与护罩6的外周面的间隙(节流)。此时，由于节流损失，泄漏蒸汽的全压下降。另外，泄漏蒸汽的轴向速度增加，但圆周方向速度几乎没有变动。即，通过最终级的密封片14D的前端与护罩6外周面之间的间隙的泄漏蒸汽依然为具有较大的圆周方向速度成分的气流。
[0043]另一方面，在主流道7中通过动叶片5的主流蒸汽如上所述为不具有圆周方向速度成分的气流(绝对速度矢量C3)。因此，如果通过最终级的密封片14D的前端与护罩6外周面的间隙的泄漏蒸汽在为具有较大的圆周方向速度成分的气流的状态下流出到主流道7的动叶片5的下游侧时，则混合损失变大。
[0044]因此，作为本实施方式的最大特征，在隔板外轮I的槽部12的下游侧侧面设有朝向护罩6的下游侧端面突出的环状的突起部16。由此，在间隙流道13的下游侧形成循环流生成室17。该循环流生成室17由位于比最终级的密封片14D靠下游侧的槽部12的内周面的一部分、槽部12的下游侧侧面、第一突起部16的外周面(径向外侧的面)划分。并且，通过最终级的密封片14D的前端与护罩6的外周面的间隙的泄漏蒸汽的一部分流入循环流生成室17，与槽部12的下游侧侧面等碰撞，产生循环流Al。
[0045]另外，在槽部12的下游侧侧面(换言之，循环流生成室17内)固定有沿圆周方向以规定的间隔排列的多个遮蔽板18。遮蔽板18沿转子轴向及转子径向延伸，在本实施方式中，是配置为与转子4的旋转的切线方向垂直的平板。并且，流入循环流生成室17的泄漏蒸汽(换言之，循环流Al)与遮蔽板18碰撞,抑制循环流Al的圆周方向速度成分(参照图4)。通过这样生成的循环流Al的干涉，能够有效地相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽的气流BI除去圆周方向速度成分(参照图4)。换言之，例如与如专利文献I所记载的那样使泄漏蒸汽在引导板之间通过的场合相比，不论泄漏蒸汽的圆周方向速度的大小如何，都能够有效地除去圆周方向速度成分。
[0046]另外，突起部16的前端位于比最终级的密封片14D相对向的护罩6的外周靠转子径向内侧。由此，通过了最终级的密封片14D的前端与护罩16的外周面的间隙的泄漏蒸汽容易流入循环流生成室17。
[0047]另外，突起部16还起到相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽的气流BI抑制径向速度成分的作用。尤其突起部16的内周面从转子轴方向的上游侧(图2中左侧)向下游侧(图2中右侧)且从转子径向的外侧(图2中上侧)向内侧(图2中下侧)倾斜，因此使泄漏蒸汽朝向转子轴向。另外，突起部16还起到防止蒸汽从主流道7逆流到间隙流道13的作用。
[0048]并且，最终级的密封片14D位于护罩6的轴向下游端末端。通过这样设置，通过密封片14D的前端与护罩6的外周面之间的间隙的泄漏气流BI不使流速向周围扩散地在维持高流速的喷流状态下向循环流生成室17流入，因此能够产生较强的循环流Al。相反，密封片14D位于护罩6的轴向上游侧时，通过密封片14D的前端与护罩6的外周面的间隙的泄漏气流BI扩散到泄漏流道全部区域，作为在径向上具有相同的流速的泄漏气流，流入循环流生成室17，因此无法产生循环流Al。由此，为了产生循环流Al，将最终级的密封片14D设置在护罩6的轴向下游端末端，泄漏气流BI在高速喷流状态下流入循环流生成室是必不可少的。
[0049]接着，使用图5及图6说明本实施方式的效果。
[0050]图5是表示本实施方式的动叶片流出角的分布(图中实线)及现有技术的动叶片流出角的分布(图中虚线)的图，纵轴表示主流道7的叶片高度方向的位置，横轴表示动叶片5的流出角(换言之，动叶片5的下游侧的蒸汽的绝对气流角)。另外，动叶片5的流出角以转子轴向为基准(零)，随着相对于轴向速度圆周方向速度变大，流出角的绝对值接近90度。图6是表示本实施方式的动叶片损失系数的分布(图中实线)及现有技术的动叶片损失系数的分布(图中虚线)的图，纵轴表示主流道7的叶片高度方向的位置，横轴表示动叶片5的损失系数。
[0051]如上所述，泄漏蒸汽从主流道7的静叶片2的下游侧(换言之，动叶片5的上游侧)流入间隙流道13，泄漏蒸汽经过间隙流道13流出到主流道7的动叶片的下游侧。此时，从主流道7的静叶片2的下游侧流入间隙流道13的泄漏蒸汽是具有较大的圆周方向速度成分的气流，通过最终级的密封片14D的前端与护罩6外周面的间隙的泄漏蒸汽也为具有较大的圆周方向速度成分的气流。
[0052]并且，在未设置上述突起部16、遮蔽板18的现有技术中，从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽为具有较大的圆周方向速度成分的气流。另一方面，在主流道7中通过动叶片5的主流蒸汽如上所述为几乎不具有圆周方向速度成分的气流。因此，如图5所示，在叶片前端附近以外的区域，气流角几乎为零，但在叶片前端附近区域，气流角接近-90度。另外，在现有技术中，不存在突起部16，因此从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽的径向速度比较大。因此，如图5所示，受到泄漏蒸汽的影响的叶片高度方向的范围也比较大。其结果，如图6所示，混合损失变大。
[0053]相对于此，在本实施方式中，在间隙流道13的下游侧产生抑制了圆周方向速度成分的循环流，通过该循环流的干涉，能够相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽有效地除去圆周方向速度成分。即，从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽为几乎不具有圆周方向速度成分的气流。因此，如图5所示，即使叶片前端附近区域，气流角几乎也为零。另外，在本实施方式中，由于突出部16的存在，能够降低从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽的径向速度成分。因此，如图5所示，受到泄漏蒸汽的影响的叶片高度方向的范围也比较小。其结果，如图6所示，能够降低混合损失，提高级效率。
[0054]另外，本实施方式的效果与作为动叶片列与静叶片列的组合的级是单数的场合相t匕，级数越多则效果越大。在现有技术中，如上所述，叶片前端附近的区域的气流角与其他区域的气流角不同，在叶片高度方向成为扭转气流。并且，静叶片的入口叶片角在叶片高度方向基本相同，因此当上述气流流入下游侧的静叶片时，有助端面边界层的发达、二次气流的成长，产生干涉损失。相对于此，在本实施方式中，如上所述，叶片前端附近的区域的气流角与其他区域的气流角大致相同，在叶片高度方向成为均匀的气流。并且，即使上述气流流入静叶片，静叶片的入射角也不会较大地偏离，能够抑制产生干涉损失。即，能够抑制下游侧的静叶片的二次气流损失的增加，能够提高下游侧的级效率。
[0055]另外，在上述第一实施方式中，如图4所示，以在遮蔽板18的圆周方向间隔(角度换算)与动叶片5的圆周方向间隔(角度换算)大致相同的场合(换言之，遮蔽板18的数量与动叶片5的数量相同的场合)为例，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内变形。即，根据从主流道7的静叶片2的下游侧流入间隙流道13的泄漏蒸汽的圆周方向速度，即使使遮蔽板18的数量比动叶片5的数量少，也能发挥与上述第一实施方式相同的效果。在这种场合，可以使遮蔽板18的数量比动叶片5的数量少。
[0056]另外，在上述第一实施方式中，以主流道7的动叶片5的下游侧(换言之，静叶片2的上游侧)的主流蒸汽的圆周方向速度大致为零，因此遮蔽板18配置为与转子4的旋转的切线方向垂直的场合为例进行说明，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内进行变形。即，可以根据主流道7的动叶片5的下游侧的蒸汽的圆周方向速度使遮蔽板18稍微在转子圆周方向上倾斜。即使这种场合，也能得到与上述第一实施方式相同的效果。
[0057]另外，在上述第一实施方式中，如图2所示，以未在护罩6的下游侧端面设置突起部的场合为例进行说明，但并不限定于此，可以在护罩6的下游侧端面设置突起部。具体地说，例如如图7所示的一个变形例，可以在护罩6A的下游侧端面设置位于比突起部16靠转子径向内侧(图中下侧)的内侧突起部19。该内侧突起部19的外周面与突起部16的内周面相对向，从转子轴向的上游侧(图中左侧)向下游侧(图中右侧)且从转子径向的外侧(图中上侧)向内侧(图中下侧)倾斜。即，在突起部16的内周面与内侧突起部19的外周面之间形成泄漏蒸汽的引导流道。由此，如图中箭头B2所示，能够使从间隙流道13流出到主流道7的泄漏蒸汽的气流方向进一步朝向转子轴向。因此，能够进一步提高混合损失、干涉损失的降低效果，能实现级效率的提高。另外，还能提高蒸汽的逆流防止效果。
[0058]或者，例如如在图8中表示的其他变形例，可以在护罩6B的下游侧端面设置位于比突起部16靠转子半径方向外侧(图中上侧)的外侧突起部20。该外侧突起部20的外周面从转子轴向的上游侧(图中左侧)向下游侧(图中右侧)且从转子半径方向的内侧(图中下侦D向外侧(图中上侧)倾斜。由此，如图中箭头B3所示，通过了最终级的密封片14D的前端与护罩6B的外周面的间隙的泄漏蒸汽向转子径向外侧转向，容易流入循环流生成室17。因此，能提高循环流Al，能够提高由循环流Al的干涉引起的圆周方向速度成分的除去效果。因此，能够进一步提闻混合损失、干涉损失的降低效果，能实现级效率的提闻。
[0059]另外，在上述第一实施方式及变形例中，以具有四级风扇片14A?14D与一个台阶部15的迷宫式密封件为例进行说明，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内变形。即，密封片的级数未限定于四个，可以是两个、三个或五个以上。另外，可以不具有台阶部，也可以具有两个以上台阶部。这些场合都能得到上述相同的效果。
[0060]另外，在上述第一实施方式中，以在隔板外轮I的槽部12的内周面设置最终级的密封片14D，突起部16的前端位于比最终级的密封片14D相对向的护罩6的外周面靠转子径向内侧的结构为例进行说明，但并未限定于此，能在不脱离本发明的主旨及技术思想的范围内进行多种变形。即，可以在护罩6的外周面设置最终级的风扇片。并且，可以为突起部16的前端位置例如位于比最终级的密封片的前端(外周缘)或根部(内周缘)靠转子径向内侧的结构。这些场合也能得到上述相同的效果。
[0061]根据图9说明本发明的第二实施方式。另外，在本实施方式中，与上述第一实施方式相同的部分标注相同的符号，并适当省略说明。[0062]图9是表示本实施方式的间隙流道的详细结构的图。
[0063]在本实施方式中，在护罩6C的下游侧端部形成切口。即，护罩6C具有最终级的密封片14D相对向的外周面21a、位于比该外周面21a靠转子径向外侧(图中上侦D且比最终靠前一级的密封片14C相对向的外周面21b、在外周面21a与外周面21b之间形成的台阶侧面22。
[0064]各密封片的前端和与之相对向的护罩6C的外周面之间的间隙尺寸D1与上述第一实施方式相同，设定为防止静止体侧与旋转体侧接触，并且泄漏蒸汽的流量极小。另外，台阶侧面22的转子径向尺寸D3 (台阶尺寸)设定为例如上述间隙尺寸D1的五倍以上(在本实施方式中，6?8倍左右)。因此，密封片14D比密封片14C长上述的台阶尺寸D3的量。换言之，密封片14D的前端位于比外周面21b靠转子径向内侧(图中下侧)。
[0065]另外，密封片14C与密封片14D之间的转子轴向尺寸H3设定为密封片14A与密封片14B之间的转子轴向尺寸H1或密封片14B与密封片14C之间的转子轴向尺寸H2的两倍以上(在本实施方式中，2?3倍左右)。另外，密封片14C与台阶侧面22之间的转子轴向尺寸H4比上述尺寸H1或H2大。
[0066]通过上述结构，形成由最终级的密封片14D与比最终靠前一级的密封片14C、位于风扇片14C、14D之间的槽部12的内周面的一部分划分的循环流生成室17A。并且，通过了风扇片14C的前端与护罩6C的外周面21b之间的间隙的泄漏蒸汽流入循环流生成室17A，与密封片14D等碰撞，生成循环流A2。
[0067]另外，在槽部12的内周面固定有以位于密封片14C、14D之间的方式(换言之，位于循环流生成室17A内的方式)沿圆周方向以规定的间隔排列的多个遮蔽板18A。遮蔽板18A沿转子轴向及转子径向延伸，在本实施方式中，是配置为与转子4的旋转的切线方向垂直的平板。并且，通过流入循环流生成室17A的泄漏蒸汽(换言之，循环流A2)与遮蔽板18A碰撞，抑制循环流A2的圆周方向速度成分。通过这样形成的循环流A2的干涉，相对于从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽的气流B4，能够有效地除去圆周方向速度成分。换言之，例如与专利文献I记载的在引导板之间通过泄漏蒸汽的场合相比，不论泄漏蒸汽的圆周方向速度大小如何，都能够有效地除去圆周方向速度成分。
[0068]另外，在本实施方式中，隔板外轮IA的内周面8b位于比密封片14D的前端靠转子径向外侧。由此，使从间隙流道13流出到主流道7的动叶片5的下游侧的泄漏蒸汽朝向转子轴向。另外，即使在蒸汽涡轮机启动时等由于静止体侧与旋转体侧的热延伸而使静止体侧与旋转体侧的相对位置关系在轴向上偏离较大的场合，护罩6C的下游侧端部与隔板外轮I也不会碰撞。
[0069]即使在以上的本实施方式中，也与上述第一实施方式相同，能够提高混合损失等的降低效果。
[0070]另外，在以上，作为本发明的适用对象，以作为轴流涡轮机之一的蒸汽涡轮机为例进行说明，但并不限定于此，也可以应用于燃气轮机等。该场合也能得到与上述相同的效果。
【权利要求】
1.一种轴流涡轮机，其特征在于， 具有: 多个静叶片，其设在静止体的内周侧，沿圆周方向排列； 多个动叶片，其设在旋转体的外周侧，沿圆周方向排列； 主流道，其配置有上述多个静叶片，并且在多个静叶片的下游侧配置上述多个动叶片，供动作流体流通； 护罩，其设在上述多个动叶片的外周侧； 环状的槽部，其形成在上述静止体上，收纳上述护罩； 间隙流道，其形成在上述槽部与上述护罩之间，动作流体的一部分从上述主流道的上述静叶片的下游侧流入，并流出到上述主流道的上述动叶片的下游侧； 多级密封片，其设在上述间隙流道中； 循环流生成室，其形成在上述间隙流道的下游侧；以及 多个遮蔽板，其以位于上述循环流生成室内的方式固定在上述静止体上，并沿上述旋转体的轴向及径向延伸。
2.根据权利要求1所述的轴流涡轮机，其特征在于， 设置从上述槽部的下游侧侧面向上述护罩的下游侧端面突出的环状的第一突起部，上述循环流生成室由位于比上述多级密封片中的最终级的密封片靠下游侧的上述槽部的内周面的一部分、上述槽部的下游侧侧面、上述第一突起部的外周面划分。
3.根据权利要求2所述的轴流涡轮机，其特征在于， 在上述护罩的下游侧端面设置位于比上述第一突起部靠上述旋转体的径向外侧的环状的外侧突起部， 上述外侧突起部的外周面从上述旋转体的轴向的上游侧向下游侧且从上述旋转体的径向的内侧向外侧倾斜。
4.根据权利要求1所述的轴流涡轮机，其特征在于， 上述多级密封片设在上述槽部的内周面， 上述护罩具有上述多级密封片中的最终级的密封片相对向的第一外周面、位于比上述第一外周面靠转子径向外侧且比最终级靠前一级的密封片相对向的第二外周面、以及在上述第一外周面与第二外周面之间形成的台阶侧面， 上述最终级的密封片的前端位于比上述第二外周面靠转子径向内侧， 上述最终级的密封片与比上述最终级靠前一级的密封片之间的转子轴向尺寸、以及上述最终级的密封片与上述台阶侧面之间的转子轴向尺寸比其他密封片间的转子轴向尺寸大， 上述循环流生成室由上述最终级的密封片、比上述最终级靠前一级的密封片、以及位于这些密封片之间的上述槽部的内周面的一部分划分。
【文档编号】F01D11/08GK103775138SQ201310513505
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】柴田贵范, 西岛规世, 濑川清, 福岛久刚, 李宏元 申请人:株式会社日立制作所
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