渦輪機及渦輪機動葉片的製作方法
2023-07-27 22:49:51 1
專利名稱:渦輪機及渦輪機動葉片的製作方法
技術領域:
本發明涉及一種渦輪機及渦輪機動葉片,尤其涉及一種適用於燃氣輪機、蒸汽輪機的渦輪機及渦輪機動葉片。
背景技術:
一般情況下,作為燃氣輪機等的渦輪機動葉片,在其葉片端設置罩殼(圍帶)。該罩殼在渦輪機動動葉片中產生振動時,通過相鄰的渦輪機動葉片的罩殼之間的抵接,抑制該振動。上述渦輪機動葉片的罩殼從強度角度而言,實現了輕量化。尤其是,通過近年來伴隨著渦輪機高輸出化的大容量化,渦輪機動葉片長葉片化, 葉片高度變高,在這一過程中,配置在燃氣輪機中的氣流下遊側的渦輪機動葉片、例如配置在渦輪機第3級、第4級的渦輪機動葉片和其他配置在上遊側的渦輪機動葉片相比,旋轉時作用的離心負荷較大,因此為了或多或少減輕離心負荷也要實現罩殼的輕量化。進一步,隨著渦輪機的高輸出化,在渦輪機動葉片周圍流動的工作流體溫度變得高溫化,從而難以確保渦輪機動葉片的強度,因為為了渦輪機動葉片所要求的強度或多或少得到減輕,也要實現罩殼的輕量化。具體而言,作為罩殼的形狀,採用僅覆蓋渦輪機動葉片的葉片部分和葉片部分的間隙的一部分的部分覆蓋形狀,從而實現罩殼的輕量化(非專利文獻1)。非專禾Ij文獻 1 :L. Porreca, A. I. Kalfas, R. S. Abhari, "OPTIMIZED SHROUD DESIGN FOR AXIAL TURBINE AERODYNAMICPERFORMANCE",Proceedings of GT2007,ASME Turbo Expo 2007 :Power for Land, Sea and Air, May 14-17,2007, Montreal, Canada, GT2007-2791
發明內容
但是,如上所述,罩殼為部分覆蓋形狀時,和具有覆蓋渦輪機動葉片的葉片部分和葉片部分的間隙整體的全部覆蓋形狀的罩殼的渦輪機動葉片相比,如非專利文獻1所述, 存在渦輪機動葉片、渦輪機性能可能下降的問題。圖12是從徑向外側觀察部分覆蓋形狀的罩殼的示意圖。圖13是說明具有圖12 的部分覆蓋形狀的罩殼的渦輪機動葉片周圍的工作流體的流動的示意圖。例如參照圖13說明圍帶M2的形狀如圖12所示具有在渦輪機動葉片504之間向工作流體的流動方向(圖12的上下方向)凹陷的形狀時的渦輪機動葉片504周圍的工作流體的流動。圖13示意說明圖12中的沿著虛線的工作流體的流動。換言之,示意說明渦輪機動葉片504中的動葉片541的背側(彎曲形狀的動葉片541的凸起側)的工作流體的流動。在外殼503中和渦輪機動葉片504相對的位置上,如圖13所示,形成有凹狀形成的腔室部532。在渦輪機動葉片504的徑向外側(圖13的上方)的端部設置板狀的密封片M3,其向徑向外側延伸,並且向渦輪機動葉片504的旋轉方向(圖13中的紙面的垂直方向)延伸。在外殼503內朝渦輪機動葉片504流動的工作流體的一部分如圖13所示,與圍帶 542中的凹狀的部分衝撞。衝撞的工作流體再次返回到外殼503內時,從圍帶542剝離,形成剝離渦V。通過形成該剝離渦V,發生工作流體的流動損失,出現渦輪機動葉片504等性能下降的問題。本發明用於解決上述課題,提供一種可確保渦輪機動葉片的強度的同時提高其性能的渦輪機及渦輪機動葉片。為實現上述目的,本發明提供以下方法。本發明的一個方式涉及的渦輪機的特徵在於,設有動葉片,在朝向下遊直徑變大的大致圓筒狀外殼的主流流路內繞旋轉軸旋轉;靜葉片,相對該動葉片在上述旋轉軸線方向上隔開間隔配置在上述外殼上;圍帶,配置在上述動葉片的徑向外側的端部,構成圓環狀的罩殼的一部分,並且隨著遠離上述動葉片,沿著上述旋轉軸線的方向的長度變短;腔室部,凹狀形成於上述外殼上的與上述動葉片相對的位置,將上述圍帶收容於內部,上述圍帶的內周面的相對上述旋轉軸線的傾角θ b,大於作為上述外殼的內周面的相對上述旋轉軸線的傾斜角度的、從配置在上述主流上遊側的上述靜葉片的後邊緣到配置在上述主流下遊側的上述腔室部為止的平均傾角0a。根據本發明的一個方式涉及的渦輪機,圍帶的內周面的傾角θ b大於外殼的內周面的平均傾角θ a,因此避免了在外殼內流動的主流和圍帶的衝撞,可提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。具體而言,沿著外殼的內周面並相對旋轉軸線向大致平均傾角θ a的方向流動的主流,在配置了動葉片及罩殼的區域中,也向大致平均傾角9b的方向流動。另一方面,因罩殼的內周面的傾角θ b大於平均傾角θ a,所以越朝向主流的下遊側,罩殼的內周面和上述主流之間的間隔越大。因此,圍帶的遠離動葉片的部分和動葉片附近的部分相比,與上述主流之間的間隔變大。其結果是,易產生與上述主流衝撞的圍帶的遠離動葉片的部分、即圍帶的向主流的下遊側凹陷的部分處的上述衝撞不易產生。換言之,可避免與圍帶的衝撞造成的主流紊亂, 提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。另一方面,使圍帶的形狀為隨著遠離動葉片、圍帶的沿著軸線方向的長度變短的部分覆蓋形狀,因此和全部覆蓋形狀的圍帶相比,可減輕圍帶的質量。因此,在渦輪機運轉時,可抑制作用於動葉片的離心負荷的增加,確保具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的強度。在本發明的一個方式涉及的上述渦輪機中優選,上述圍帶的內周面的傾角eb比上述外殼的內周面的平均傾角θ a大5°以上。根據該構成,通過使圍帶的內周面的傾角9 b比外殼的內周面的平均傾角0a大 5°以上,從而可切實避免在外殼內流動的主流和圍帶的衝撞,提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。在本發明的一個方式涉及的上述任意一種渦輪機中優選,作為從上述圍帶的上述
4主流的上遊側端部開始到上述腔室部的上遊側端部為止的沿著上述旋轉軸線的方向的距離的間隔dxl,與作為上述動葉片的徑向外側端部的沿著上述旋轉軸線的方向的長度的弦長dx2,滿足dxl < 0. 5Xdx2的關係式。根據該構成,通過使間隔dxl比弦長dx2的一半短,可切實避免在外殼內流動的主流和圍帶的衝撞,提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。具體而言,通過使間隔dxl如上所示形成得較短,在外殼內流動的主流難以流入到腔室部和圍帶的間隙,難以產生圍帶的向主流的下遊側凹陷的部分的上述衝撞。此外,間隔dxl和弦長dx2的關係優選滿足0. 3Xdx2 < dxl < 0. 5Xdx2,進一步優選滿足 dxl = 0. 45Xdx2。本發明的渦輪機動葉片的特徵在於,設有動葉片,在外殼的主流流路內繞旋轉軸線旋轉;圍帶,配置在上述動葉片的徑向外側的端部,構成圓環狀的罩殼的一部分,並且隨著遠離上述動葉片,沿著上述旋轉軸線的方向的長度變短,上述圍帶的內周面的上述動葉片的凸起側的部分和上述圍帶的內周面的上述動葉片的凹陷側的部分相比,配置在徑向外側。根據本發明,使圍帶的內周面的動葉片的凸起側的部分和凹陷側部分相比配置在徑向外側,從而可避免在外殼內流動的主流和圍帶的動葉片的凸起側部分的衝撞,提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。具體而言,在動葉片的凸起側流動的主流和在動葉片的凹陷側流動的主流相比, 易於流入到腔室部和圍帶的間隙,易於與圍帶衝撞。因此如上所述,通過使圍帶的內周面的動葉片的凸起側的部分配置在離開主流的徑向外側,可避免凸起側部分相關的圍帶和主流的衝撞。另一方面,使圍帶的形狀為隨著遠離動葉片、圍帶的沿著軸線方向的長度變短的部分覆蓋形狀,因此和全部覆蓋形狀的圍帶相比,可減輕圍帶的質量。因此,在渦輪機動葉片旋轉時,可抑制作用於動葉片的離心負荷的增加,確保具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的強度。在本發明的一個方式涉及的上述渦輪機動葉片中優選,在上述圍帶的上述動葉片附近,上述圍帶從上述動葉片的凹陷側朝凸起側向徑向外側延伸。根據該構成,圍帶的動葉片的凸起側的部分隨著遠離動葉片朝徑向外側傾斜,因此可避免在外殼內流動主流和圍帶的動葉片的凸起側部分的衝撞。換言之,圍帶的動葉片的凸起側部分和凹陷側部分相比遠離主流,因此避免了在外殼內流動的主流和圍帶的動葉片的凸起側部分的衝撞。在本發明的一個方式涉及的上述渦輪機動葉片中優選,連接上述動葉片的凸起側部分和上述圍帶的圓角形狀的曲率,小於連接上述動葉片的凹陷側部分和上述圍帶的圓角形狀的曲率。根據該構成,通過使動葉片的凸起側部分相關的圓角形狀的曲率小於凹陷側部分相關的圓角形狀的曲率,在動葉片附近,圍帶的內周面的動葉片的凸起側部分和凹陷側部分相比配置在徑向外側。因此,可避免在外殼內流動的主流和圍帶的動葉片的凸起側部分的衝撞。發明效果
根據本發明的渦輪機,圍帶的內周面的傾角9 b大於外殼的內周面的平均傾角 θ a,因此可以實現如下的效果避免了在外殼內流動的主流和圍帶的衝撞,可提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。進一步,使圍帶的形狀為隨著遠離動葉片、圍帶的沿著軸線方向的長度變短的部分覆蓋形狀,因此可以實現如下的效果在渦輪機運轉時,可抑制作用於動葉片的離心負荷的增加,確保具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的強度。根據本發明的渦輪機動葉片,通過將圍帶的內周面的動葉片的凸起側的部分和凹陷側部分相比配置在徑向外側,可以實現如下的效果避免了在外殼內流動主流和圍帶的動葉片的凸起側部分的衝撞,可提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的性能、渦輪機的性能。使圍帶的形狀為隨著遠離動葉片、圍帶的沿著軸線方向的長度變短的部分覆蓋形狀,因此可以實現如下的效果在渦輪機動葉片旋轉時,可抑制作用於動葉片的離心負荷的增加,確保具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片的強度。
圖1是說明本發明的第1實施方式涉及的渦輪機的構成的示意圖。圖2是說明圖1的渦輪機動葉片的圍帶及密封片等的形狀的示意圖。圖3是說明圖1的渦輪機動葉片周邊的高溫流體的流動的示意圖。圖4是說明本發明的第2實施方式的渦輪機中的渦輪機動葉片的形狀的示意圖。圖5是說明圖4的圍帶的形狀的從高溫流體流的上遊側看到的圖。圖6是說明圖4的圍帶的形狀的從徑向外側看到的圖。圖7是說明圖5的渦輪機動葉片的背側的高溫流體的流動的A-A截面視圖。圖8是說明圖5的渦輪機動葉片的腹側中的高溫流體的流動的B-B截面視圖。圖9是說明在渦輪機動葉片的腹側形成了較強的循環流時的高溫流體的流動的示意圖。圖10是說明本實施方式的渦輪機中的渦輪機動葉片的形狀的示意圖。圖11是說明圖10的圍帶的形狀的從徑向外側看到的圖。圖12是從徑向外側看到的部分覆蓋形狀的罩殼的示意圖。圖13是說明具有圖12的部分覆蓋形狀的罩殼的渦輪機動葉片周圍的工作流體的流動的示意圖。
具體實施例方式(第1實施方式)以下參照圖1至圖3說明本發明的第1實施方式涉及的渦輪機1。圖1是說明本實施方式涉及的渦輪機的構成的示意圖。渦輪機1如圖1所示,設有外殼3,在內部形成了燃燒氣體等高溫流體流動的主流流路2 ;渦輪機動葉片4,可與旋轉軸(未圖示)一起繞旋轉軸線C旋轉地配置;渦輪機靜葉片5,安裝在外殼3上。圖1所示的渦輪機動葉片4及渦輪機靜葉片5,是從渦輪機1中的主流的上遊側開始配置在第3級的3級動葉片及3級靜葉片。此外,在本實施方式中,說明將本發明適用於該渦輪機動葉片4及渦輪機靜葉片5 周邊的情況,但不限於3級動葉片及3級靜葉片周邊,也可適用於4級動葉片及4級靜葉片的周邊等,沒有特別限定。外殼3是形成為大致圓筒狀的部件,在內部配置有主流流路2、渦輪機動葉片4、渦輪機靜葉片5。外殼3中的配置了渦輪機動葉片4及渦輪機靜葉片5的區域如圖1所示,內周面從上遊側朝下遊側(圖1的左側朝右側),向以旋轉軸線C為中心的徑向外側傾斜形成。進一步,外殼3設有分割環31、腔室部32。分割環31配置在渦輪機動葉片4及渦輪機靜葉片5之間,是構成外殼3的一部分的部件,是形成為以旋轉軸線C為中心的大致圓環狀的部件。腔室部32在外殼3中的和渦輪機動葉片4相對的內周面上,朝向以旋轉軸線C為中心的徑向外側凹狀形成。換言之,腔室部32是形成在外殼3內周面上的圓環狀的槽部。在和腔室部32相鄰的外殼3的內周面上,渦輪機靜葉片5沿著腔室部32大致等間隔排列,並且朝向徑向內側延伸配置。此外,在外殼3中的和配置了渦輪機動葉片4及渦輪機靜葉片5的區域相比靠近上遊側(圖1的左側),也可配置壓縮外部空氣的壓縮機、使壓縮的空氣與燃料混合併進行燃燒的燃燒器等,沒有特別限定。渦輪機動葉片4中設有作為沿著徑向延伸的葉片部分的動葉片41 ;圍帶42,配置在動葉片41的葉片端;密封片43,配置在圍帶42的外周面上。圖2是說明圖1的渦輪機動葉片的圍帶及密封片等的形狀的示意圖。動葉片41如圖1及圖2所示,是沿著徑向向外側延伸的同時可繞旋轉軸線C旋轉地被支撐的旋轉葉片。動葉片41是截面形成為葉片形狀的板狀部件,在本實施方式中,將凸起狀突起的面的一側(圖2的左側)作為背側(凸起側)、將凹陷狀彎曲的面的一側(圖2的右側)作為腹側(凹陷側)進行說明。圍帶42如圖1及圖2所示,與設置在其他多個渦輪機動葉片4上的圍帶45 —起構成以旋轉軸線C為中心的圓環狀的罩殼。從徑向外側看到的圍帶42如圖2所示是如下形狀作為在動葉片41附近最沿著旋轉軸線C的方向(圖2的上下方向)、換言之沿著主流的流動的方向的尺寸的寬度最大, 隨著從動葉片沿著圓周方向(圖2的左右方向)離開,寬度變小。進一步,圍帶42與在寬度變小的部分相鄰的其他圍帶42抵接。密封片43減小動葉片的圍帶42和腔室部32之間的間隙而形成Tip (尖端)間隙, 從而抑制流動的旁通流。具體而言,密封片43是從圍帶42的外周面向徑向外側延伸的環形板狀的部件。在此說明作為本實施方式的特徵的、外殼3的內周面的平均傾角θ a、和圍帶42的內周面的傾角θb的關係。外殼3的內周面的平均傾角θ a如圖1所示,是連接渦輪機靜葉片5的後邊緣的內周面和分割環31的後側端部的內周面的平均傾斜線G、與旋轉軸線C之間的角度。而圍帶42的內周面的傾角θ b是圍帶42的內周面和旋轉軸線C之間的角度。上述平均傾角θ a及傾角0 b至少滿足下式(1)的關係。θ a 5° ......(2)換言之,圍帶42中的遠離動葉片41的部分的上遊側端部42b和上述平均傾斜線 G之間的距離Lb,設定得比圍帶42中的動葉片41附近部分的上遊側端部4 和上述平均傾斜線G之間的距離La長。進一步可以說,上遊側端部4 和上述平均傾斜線G相比配置在徑向外側,上遊側端部42b進一步配置在徑向外側。接著說明渦輪機動葉片4和腔室部32之間的距離dxl、與渦輪機動葉片4的弦長 dx2的關係。距離dxl是對圍帶42中的上遊側端部4 和腔室部32的上遊側端部之間的距離、 換言之是上遊側端部4 和分割環31的下遊側端部之間的距離沿著旋轉軸線C進行測定的距離。弦長dx2是動葉片41的徑向外側端部的沿著旋轉軸線C的方向上的長度。上述距離dxl及弦長dx2至少滿足下式(3)的關係。dxl < 0. 5Xdx2......(3)進一步優選滿足下式的關係。
0. 3Xdx2 < dxl < 0. 5Xdx2......(4)再進一步優選滿足下式(5)的關係。dxl = 0. 45Xdx2......(5)接著說明上述構成的渦輪機1中的高溫流體的流動。在渦輪機1的主流流路2中流動的高溫流體如圖1所示,在通過了渦輪機靜葉片 5之間後,沿著外殼3的內周面向下遊側的渦輪機動葉片4流動。換言之,隨著外殼3的內周面的平均傾角θ a,擴大流路截面積的同時向下遊流動。圖3是說明圖1的渦輪機動葉片周邊的高溫流體的流動的示意圖。從分割環31流入到腔室部32的高溫流體的一部分如圖3所示,從圍帶42的上遊側端部42b和分割環31的間隙,流入到腔室部32,形成循環流。另一方面,其他高溫流體沿著圍帶42的內周面向下遊流動。在圍帶42的上遊側端部42a中,圍帶42配置在腔室部32的內部,換言之和分割環31的內周面相比配置在徑向外側,因此高溫流體不與圍帶42衝撞地向下遊流動。根據上述構成,圍帶42的內周面的傾角θ b大於外殼3的內周面的平均傾角0a, 因此避免了在外殼3內流動的高溫流體和圍帶42的衝撞,可提高具有動葉片41及圍帶42 的渦輪機動葉片4的性能、渦輪機1的性能。具體而言,沿著外殼3的內周面並相對旋轉軸線C向大致平均傾角Θ a的方向流動的主流,在配置了渦輪機動葉片4的區域中,也向大致平均傾角θ b的方向流動。而因圍帶42的內周面的傾角θ b大於平均傾角θ a,所以越朝向高溫流體的下遊側,圍帶42的內周面和上述主流之間的間隔越大。
因此,圍帶的遠離動葉片41的部分和動葉片41附近的部分相比,與上述主流之間的間隔變大。其結果是,易產生與上述主流衝撞的圍帶42中的遠離動葉片41的部分、即上遊側端部42b處的上述衝撞難以發生。換言之,可避免與圍帶42的衝撞造成的主流紊亂, 提高具有動葉片4的性能、渦輪機1的性能。另一方面,使圍帶42的形狀為隨著遠離動葉片41、圍帶42的沿著軸線C的方向的長度變短的部分覆蓋形狀,因此和全部覆蓋形狀的圍帶相比,可減輕圍帶42的質量。因此,在渦輪機1運轉時,可抑制作用於動葉片41的離心負荷的增加,確保渦輪機動葉片4的強度。通過使圍帶42的內周面的傾角θ b比外殼3的內周面的平均傾角ea大5°以上,可更切實避免在外殼3內流動的高溫流體和圍帶42的衝撞,提高渦輪機動葉片4的性能、渦輪機1的性能。通過使間隔dxl比弦長dx2的一半短,可更切實避免在外殼3內流動的高溫流體和圍帶42的衝撞,提高具有動葉片及圍帶的渦輪機動葉片4的性能、渦輪機1的性能。具體而言,通過使間隔dxl如上所示形成得較短,在外殼3內流動的高溫流體難以流入到腔室部32和圍帶42的間隙,難以產生圍帶42的向主流的下遊側凹陷的部分處的上述衝撞。(第2實施方式)接著參照圖4至圖9說明本發明的第2實施方式。本實施方式的渦輪機的基本構成和第1實施方式相同,但和第1實施方式相比,渦輪機動葉片的圍帶形狀不同。因此在本實施方式中,使用圖4到圖9僅說明渦輪機動葉片的周邊,省略其他構成要素等的說明。圖4是說明本實施方式的渦輪機的渦輪機動葉片的形狀的示意圖。此外,對和第1實施方式相同的構成要素附加同樣的標記並省略其說明。本實施方式的渦輪機101的渦輪機動葉片104如圖4所示,設有作為沿著徑向延伸的葉片部分的動葉片41 ;圍帶142,配置在動葉片41的葉片端;配置在圍帶142的外周面上的密封片43及連接肋145。圖5是說明圖4的圍帶的形狀的從高溫流體流的上遊側看到的圖。圖6是說明圖 4的圍帶的形狀的從徑向外側看到的圖。圍帶142如圖4及圖5所示,與設置在其他多個渦輪機動葉片104上的圍帶142 一起構成以旋轉軸線C為中心的圓環狀的罩殼。從高溫流體流的上遊側看到的圍帶142如圖4所示,在動葉片41附近,從動葉片 41的腹側向背側(圖5的左側到右側)向徑向外側(圖5的上側)傾斜。另一方面,在圍帶142的遠離動葉片41的端部,為了與相鄰的圍帶142 —起形成光滑的內周面,向和動葉片41附近相反的方向傾斜。通過如上構成圍帶142,圍帶142的動葉片41的背側附近(圖5的右側)的內周面和腹側附近(圖5的左側)的內周面相比,配置在徑向外側。從徑向外側看到的圍帶142如圖5所示,是如下形狀作為在動葉片41附近最沿著旋轉軸線C的方向(圖5的上下方向)、換言之沿著主流流動的方向的尺寸的寬度最大, 隨著從動葉片41沿著圓周方向(圖5的左右方向)離開,寬度變小。
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進一步,圍帶142與在寬度變小的部分相鄰的其他圍帶142抵接。連接肋145是設置在圍帶142的圍帶142彼此接觸的端部上的板狀部件,從圍帶 142的外周面向徑向外側延伸的同時,沿著旋轉軸線C延伸。通過這一構成,相鄰的連接肋145彼此面接觸。接著說明上述構成的渦輪機101中的高溫流體的流動。首先說明渦輪機動葉片104的動葉片41的背側的高溫流體的流動,之後說明動葉片41的腹側的高溫流體的流動。圖7是說明圖5的渦輪機動葉片的背側的高溫流體的流動的A-A截面視圖。在渦輪機動葉片104的動葉片41的背側附近,如圖7所示,高溫流體流動。S卩,圍帶142的動葉片41的背側附近部分和腹側附近部分相比,配置在徑向外側,換言之離開高溫流體流而配置,因此從分割環31的區域流入到渦輪機動葉片104的區域的高溫流體不與圍帶142衝撞,順利地向下遊流動。圖8是說明圖5的渦輪機動葉片的腹側的高溫流體的流動的B-B截面視圖。在渦輪機動葉片104的動葉片41的腹側附近,如圖8所示,高溫流體流動。S卩,圍帶142的動葉片41的腹側附近部分和背側附近部分相比配置在徑向內側,換言之靠近高溫流體流而配置,因此從分割環31的區域流入到渦輪機動葉片104的區域的高溫流體在腔室部32內不形成較強的循環流(參照圖9),順利向下遊流動。圖9是說明在渦輪機動葉片的腹側形成了較強的循環流時的高溫流體的流動的示意圖。圍帶142的動葉片41的腹側附近部分和背側附近部分一樣,配置在徑向外側,離開高溫流體流配置時,如圖9所示,在腔室部32的內部、換言之在分割環31和渦輪機動葉片104之間形成較強的循環流S。通過該循環流S,高溫流體流彎曲,渦輪機動葉片104的性能下降。比較動葉片41的背側附近和腹側附近,則背側附近的高溫流體的流速快。因此, 圍帶142的動葉片41的背側附近即使配置在徑向外側,也不會象腹側附近一樣形成較強的循環流,而順利地向下遊流動。另一方面,圍帶142的動葉片41的腹側附近即使配置在徑向內側,也不會象背側附近一樣使高溫流體流與圍帶142衝撞,而順利地向下遊流動。根據上述構成,通過將圍帶142的動葉片41的背側部分和腹側部分相比配置在徑向外側,避免了在外殼3內流動的高溫流體和圍帶142的動葉片41的背側部分的衝撞,可提高渦輪機動葉片104的性能、渦輪機101的性能。具體而言,在動葉片41的背側流動的高溫流體和在動葉片41的腹側流動的高溫流體相比,易於流入到腔室部32和圍帶142的間隙,易於與圍帶142衝撞。因此如上所述, 通過將圍帶142的動葉片的背側部分配置在遠離高溫流體的徑向外側,可避免背側部分的圍帶142和高溫流體流的衝撞。(第3實施方式)接著參照圖10及圖11說明本發明的第3實施方式。本實施方式的渦輪機的基本構成和第1實施方式相同,但第1實施方式相比,渦輪機動葉片的圍帶形狀不同。因此,在本實施方式中,使用圖10及圖11僅說明渦輪機動葉片的周邊,省略其他構成要素等的說明。圖10是說明本實施方式的渦輪機的渦輪機動葉片的形狀的示意圖。圖11是說明圖10的圍帶的形狀的從徑向外側看到的圖。此外,對和第1實施方式相同的構成要素附加同樣的標記並省略其說明。本實施方式的渦輪機201的渦輪機動葉片204中,如圖10及圖11所示設有作為沿著徑向延伸的葉片部分的動葉片41 ;圍帶242,配置在動葉片41的葉片端;配置在圍帶 242的外周面上的密封片43及連接肋145。圍帶242與設置在其他多個渦輪機動葉片204上的圍帶一起構成以旋轉軸線C為中心的圓環狀的罩殼。動葉片41的背側的面(圖10中右側的面)和圍帶M2的內周面通過背側圓角 243順利連接。另一方面,動葉片41的腹側的面(圖10中左側的面)和圍帶242的內周面通過腹側圓角244順利連接。背側圓角243的曲率半徑小於腹側圓角M4。因此,在動葉片41附近,動葉片41的背側附近的圍帶M2的內周面和腹側附近的圍帶M2的內周面相比,配置在徑向外側(圖 10的上側)。換言之,腹側圓角M4的曲率半徑大於背側圓角M3。因此,在動葉片41附近,動葉片41的腹側附近的圍帶M2的內周面和背側附近的圍帶M2的內周面相比,配置在徑向內側(圖10的下側)。從徑向外側看到的圍帶242如圖11所示,是如下形狀作為在動葉片41附近最沿著旋轉軸線C的方向(圖11的上下方向)、換言之沿著主流的流動的方向的尺寸的寬度最大,隨著從動葉片41沿著圓周方向(圖11的左右方向)離開,寬度變小。進一步,圍帶242與在寬度變小的部分相鄰的其他圍帶242抵接。與其他圍帶M2 抵接的圍帶242的端部如圖11所示,配置在靠近動葉片41的背側的面、遠離腹側的面的位置。上述構成的渦輪機201的高溫流體的流動和第2實施方式一樣,因此省略其說明。根據上述構成,通過使背側圓角243的曲率半徑小於腹側圓角244的曲率半徑,在動葉片41附近,圍帶M2的內周面的動葉片41的背側部分和腹側部分相比配置在徑向外側。因此,可避免在外殼3內流動的高溫流體和圍帶M2的動葉片41的背側部分的衝撞。此外,本發明的技術範圍不限於上述實施方式,在不脫離本發明主旨的範圍內可進行各種變更。例如,在上述實施方式中,說明了將本發明適用於燃氣輪機的渦輪機動葉片的情況,但本發明也可不限於燃氣輪機的渦輪機動葉片,可適用於蒸汽輪機等各種渦輪機的渦輪機動葉片。附圖標記1、101、201 渦輪機2主流流路4、104、204渦輪機動葉片5渦輪機靜葉片32腔室部
41動葉片42、142、M2 圍帶θ a平均傾角9 b 傾角C旋轉軸線
權利要求
1.一種渦輪機,其特徵在於,設有動葉片,在朝向下遊直徑變大的大致圓筒狀外殼的主流流路內繞旋轉軸旋轉;靜葉片,相對該動葉片在上述旋轉軸線方向上隔開間隔配置在上述外殼上;圍帶,配置在上述動葉片的徑向外側的端部,構成圓環狀的罩殼的一部分,並且隨著遠離上述動葉片,沿著上述旋轉軸線的方向的長度變短;腔室部,凹狀形成於上述外殼上的與上述動葉片相對的位置,將上述圍帶收容於內部,上述圍帶的內周面的相對上述旋轉軸線的傾角θ b,大於作為上述外殼的內周面的相對上述旋轉軸線的傾斜角度的、從配置在上述主流上遊側的上述靜葉片的後邊緣到配置在上述主流下遊側的上述腔室部為止的平均傾角
2.根據權利要求1所述的渦輪機,其特徵在於,上述圍帶的內周面的傾角9b比上述外殼的內周面的平均傾角θ a大5°以上。
3.根據權利要求1或2所述的渦輪機,其特徵在於,作為從上述圍帶的上述主流的上遊側端部開始到上述腔室部的上遊側端部為止的沿著上述旋轉軸線的方向的距離的間隔dxl,與作為上述動葉片的徑向外側端部的沿著上述旋轉軸線的方向的長度的弦長dx2,滿足dxl <0.5Xdx2的關係式。
4.一種渦輪機動葉片,其特徵在於,設有動葉片,在外殼的主流流路內繞旋轉軸線旋轉;圍帶,配置在上述動葉片的徑向外側的端部,構成圓環狀的罩殼的一部分,並且隨著遠離上述動葉片,沿著上述旋轉軸線的方向的長度變短,上述圍帶的內周面的上述動葉片的凸起側的部分和上述圍帶的內周面的上述動葉片的凹陷側的部分相比,配置在徑向外側。
5.根據權利要求4所述的渦輪機動葉片,其特徵在於,在上述圍帶的上述動葉片附近, 上述圍帶從上述動葉片的凹陷側朝凸起側向徑向外側延伸。
6.根據權利要求4所述的渦輪機動葉片,其特徵在於,連接上述動葉片的凸起側部分和上述圍帶的圓角形狀的曲率,小於連接上述動葉片的凹陷側部分和上述圍帶的圓角形狀的曲率。
全文摘要
提供一種確保渦輪機動葉片的強度的同時可提高其性能的渦輪機及渦輪機動葉片,其特徵在於,設有動葉片(4),在外殼(3)的主流流路(2)內繞旋轉軸線(C)旋轉;靜葉片(5),配置在外殼(3)上;圍帶(42),配置在動葉片(4)的徑向外側的端部,隨著遠離動葉片(4),沿著旋轉軸線(C)的方向的長度變短;腔室部(32),形成在外殼(3)上的與動葉片(4)相對的位置,將圍帶(42)收容於內部,圍帶(42)的內周面的傾角(θb)大於作為外殼(3)的內周面的傾斜角度的、從配置在主流上遊側的靜葉片(5)的後邊緣到配置在主流下遊側的腔室部(32)為止的平均傾角(θa)。
文檔編號F01D5/20GK102472109SQ20098016073
公開日2012年5月23日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者飯田耕一郎 申請人:三菱重工業株式會社