CN101135247A - 轴流式涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴流式涡轮机。在具有存在从定叶片和动叶片之间吹出的流动的结构的轴流涡轮机中，为了通过防止因该吹出流动造成的机级输出的降低而使涡轮机效率提高，在由固设在静止部上的定叶片和固设在旋转部上的动叶片构成的涡轮机级中，在连结上述定叶片的内周侧的部件的与上述动叶片相对的面上具有将从转子一侧向定叶片和动叶片之间吹出的流动向转子的旋转方向弯转的结构。

Description

轴流式涡轮机
技术领域
本发明涉及轴流式涡轮机，尤其涉及鼓形转子的轴流式涡轮机。
背景技术
汽轮机、燃气轮机等的轴流式涡轮机具有由定叶片和动叶片构成的涡轮机级，其中，定叶片将流体的压力变换成动能，动叶片将液流的压力或动能变换成旋转部的旋转力。定叶片固设在作为静止部的外周侧隔板和内周侧隔板上。动叶片设置在作为旋转部的转子上。在内周侧隔板和转子之间设有间隙，在该间隙中设有密封件。利用该密封件来降低通过间隙的泄漏流动。但是，为了获得转子的稳定旋转，间隙在一定以上便不能再减小，从而不能使通过间隙的泄漏流动完全为零。
另外，在日本特开昭59-122707号公报中公开了以下技术，即，使通过间隙后的蒸汽通过贯通形成于转子盘的平衡孔来冷却转子。在该日本特开昭59-122707号公报中还公开了以下技术，即，使通过间隙后的剩余蒸汽进一步向外方扩散，冷却转子盘的外表面，然后使之向蒸汽主流合流。
形成有平衡孔的场合，由于泄漏流动流入平衡孔，泄漏流动向定叶片和动叶片之间的吹出量小。
沿圆周方向设置多个平衡孔这一方法，不能用于鼓形转子等的没有设置平衡孔的空间的轴流式涡轮机的场合。另外，在动叶片前后的压力差大的机级中，从该平衡孔漏走的流动变大，在定叶片和动叶片之间吸入流动。因此，通过使流入动叶片的蒸汽降低反而有可能会使机级输出降低。
在没有平衡孔的场合，通过间隙的泄漏流动会从定叶片和动叶片之间吹出。但是，该吹出流动如后面详细叙述的那样，由于与经定叶片流下来的流动(蒸汽主流)干涉而扰乱蒸汽主流，其结果导致机级输出降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴流式涡轮机，在具有存在从定叶片和动叶片之间吹出的流动的结构的轴流式涡轮机中，通过防止因该吹出流动引起的机级输出的降低，从而提高涡轮级效率。
本发明在由固设在静止部上的定叶片和固设在旋转部上的动叶片构成的涡轮机级中，其特征在于，在连结定叶片的内周侧的部件的与动叶片相对的面上具有将从转子一侧向定叶片和动叶片之间吹出的流动向转子的旋转方向弯转的结构。
或者，本发明在由固设在静止部上的定叶片和固设在旋转部上的动叶片构成的涡轮机级中，其特征在于，在定叶片的内周侧的隔板的与动叶片相对的面上具有将从转子一侧向定叶片和动叶片之间吹出的流动向转子的旋转方向弯转的结构。
或者，本发明在由固设在静止部上的定叶片和固设在旋转部上的动叶片构成的涡轮机级中，其特征在于，在定叶片的内周侧的与定叶片一体形成的套部的与动叶片相对的面上具有将从转子一侧向定叶片和动叶片之间吹出的流动向转子的旋转方向弯转的结构。
根据本发明，由于将从定叶片和动叶片之间吹出的流动向转子的旋转方向弯转，所以可抑制从定叶片和动叶片之间吹出的流动与经定叶片流下来的蒸汽主流干涉，其结果，可防止机级输出下降，可提高涡轮级效率。
附图说明
图1是表示本发明的涡轮机结构的图。
图2是表示现有的涡轮机结构的泄漏流动与经定叶片流下来的流动的干涉的图。
图3是表示从定叶片下游侧所见现有的涡轮机结构的泄漏流动与经定叶片流下来的流动的干涉的图。
图4是说明现有的涡轮机结构的泄漏流动与经定叶片流下来的流动的干涉波及动叶片状态的图。
图5是从定叶片下游侧所见本发明的涡轮机级的图。
图6是从定叶片下游侧所见本发明的涡轮机级的图。
图7是表示本发明的其它实施例的涡轮机结构的图。
图8是表示本发明的其它实施例的涡轮机结构的图。
具体实施方式
使用附图对本发明的轴流式涡轮机级的一个实施例进行说明。
图1表示本发明的涡轮机级的剖视图。如图1所示，涡轮机级设在高压部P0和低压部P1之间，并由固设在外周侧隔板6和内周侧隔板7上的定叶片1和设置在旋转的转子15上的动叶片10构成。涡轮机级由多级构成的涡轮机的场合，在定叶片1的上游侧有其它机级的动叶片10a。
由压力差P0-P1引起流动(蒸汽主流)20，流动20由定叶片1增速且偏向圆周方向。通过定叶片1而具有圆周方向的速度成分的流动给予动叶片10动能，从而使设有动叶片10的转子15旋转。
在内周侧隔板7和转子15之间设有间隙2，构成转子能高速且稳定旋转的结构。但是，在该间隙2中产生从高压侧向低压侧的流动。将其称为泄漏流动。该泄漏流动由于不通过定叶片1，所以不偏向圆周方向，不能给予动叶片10作为旋转力来利用的能量。因此，在该泄漏流动大时，由涡轮机级得到的旋转力即输出下降。为了减少该泄漏流动而在间隙2中设置密封件。密封件例如由多个凸片4和多个突起5组合而形成，利用凸片4的缩流效果和用凸片4和突起5而使流路复杂化从而使动能热消耗的效果来降低泄漏流动。但是，为了得到转子15的稳定旋转，凸片和转子之间的间隙为一定以上便不能减小，无法使间隙2的泄漏流动完全为零。
该泄漏流动向定叶片和动叶片之间吹出。在本发明中，基于下面的详细分析，为了控制因该吹出流动引起的蒸汽主流的紊乱，在内周侧隔板7上设置在向定叶片和动叶片之间吹起时使流动向转子的旋转方向弯转的结构40。
即，如图2所示，在没有本发明的结构40的场合，泄漏流动25向定叶片和动叶片之间吹出。与在定叶片间流动并给予动能和旋转速度成分的流动(蒸汽主流)21干涉，扰乱流动21。
图3表示从下游侧所见定叶片出口部的流动的图。泄漏流动25吹起在定叶片间流动的流动21，形成漩涡23。没有泄漏流动25的话，定叶片间流动如用符号22所示的那样成为沿圆周方向旋转的流动，并产生转子的旋转力30。但是，因泄漏流动25和定叶片出口流动21的干涉而形成的漩涡23如图4所示发展成缠绕动叶片那样的旋涡24，不能在动叶片内有效地获取旋转力。即，由于泄漏流动25不仅其自身不产生旋转力，而且原本产生旋转力的流动21产生的旋转力的一部分也会下降的双重效果，致使机级输出下降。
如日本特开昭59-122707号公报所记载的那样，在具有平衡孔的场合，虽然可抑制泄漏流动向定叶片和动叶片之间吹出，但在难以形成平衡孔的场合等、没有平衡孔的场合，降低该泄漏流动造成的影响，对于提高涡轮机级的效率是重要的。
在本发明的第一实施例中，如图1所示，在定叶片的内周侧隔板7(连结定叶片的内周侧的部件)的与动叶片10相对的面上设有结构40。该结构40在泄漏于定叶片1和转子15之间的流动向定叶片和动叶片之间吹起时，使流动向转子的旋转方向弯转。
图5表示该结构40的详细。图5是从定叶片下游侧所见结构40的图。该结构40其外周侧相对内周侧向转子的旋转方向倾斜。形成于相邻的结构40之间的流路在泄漏流动25吹起时将泄漏流动25导向流路并使之向旋转方向30转向。经定叶片之间流下来的流动22同样也朝向旋转方向30，泄漏流动25和定叶片间流动22的速度差比没有本发明的结构40的场合要小。因泄漏流动25和定叶片之间的流动22的干涉造成的流动的损失和发生损失的漩涡的发生，由于泄漏流动25和定叶片间的流动22的相对速度差越大而越多，因此根据本发明，可抑制造成损失的旋涡的发生，从而可避免机级输出的降低。
图6表示将在定叶片和动叶片之间吹起的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构40的其它例。该结构40的变形例具有可形成流路的弯曲形状，该流路在内周侧朝向半径方向、在外周侧朝向转子的旋转方向30。即使在该变型例中，也可将因泄漏流动25和定叶片间的干涉造成的损失抑制得很小。
另外，将在定叶片和动叶片之间吹起的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构40还可以作成不需要突起物形成的流路，通过切削定叶片1的内周侧隔板7即通过作成形成有在圆周方向凹下的流路的形状，从而将在定叶片和动叶片之间吹起的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构。
根据上述本发明的实施例，由于将在定叶片和动叶片之间吹起的流动向转子的旋转方向弯转，所以可抑制从定叶片和动叶片之间吹出的流动与经定叶片流下来的蒸汽主流干涉，其结果，可防止机级输出降低，可提高涡轮级效率。
另外，在日本特开昭59-122707号公报中，在喷嘴隔板的内轮的转子盘相对面上设置蒸汽引导板，利用该蒸汽引导板，给予在喷嘴隔板内轮和转子盘的间隔部分流动的冷却蒸汽转子旋转方向的速度成分，向平衡孔流入的蒸汽由蒸汽引导板而被给予转子旋转方向的速度成分，但通过平衡孔的蒸汽不作功，从而消除涡轮机功损失。但是，在日本特开昭59-122707号公报中，由于在比平衡孔靠外方处，在喷嘴隔板内轮和转子盘双方设有突起来阻止流动，所以蒸汽引导板所起的效果不对在定叶片和动叶片之间吹起的流动构成影响。因此，在日本特开昭59-122707号公报中，虽然因具有平衡孔，而使原本从定叶片和动叶片之间吹出的流动造成的影响小，但是不能期待抑制从定叶片和动叶片之间吹出的流动与经定叶片流下来的蒸汽主流的干涉。
其次，用图7说明本发明的其它实施例。本实施例进一步增大抑制机级输出降低的效果。
将在定叶片和动叶片之间吹出的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构设置在涡轮机级的静止部上，但为了进行转子的稳定旋转，如图1所示，需要在与转子15的旋转部16之间设置间隙45。在该间隙45吹起的流动通过结构40不向转子的旋转方向弯转，但是旋转部16附近的流体因流体的粘性力而被旋转部16牵连而具有旋转方向的速度成分。因此，结构40不必与旋转部16接触也可获得本发明的效果。但是，通过在定叶片和动叶片之间的旋转方向上尽可能多的部分上设置将在定叶片和动叶片之间吹出的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构，可使本发明的效果变大。为了决定结构40和旋转部16之间的间隙45，不仅需要考虑正常运转时还要考虑启动停止时的非正常运转时的状态。启动停止时的非正常运转时，即涡轮机级的温度发生变化时，因旋转部和静止部的热容不同而热伸缩量不同，所以间隙45发生变化。由于通常将间隙45设定为其温度发生变化时静止部和旋转部也不接触，所以在正常旋转时，间隙45不需要增大。于是，在本实施例中，在将从转子侧向定叶片和动叶片之间吹出的流动向转子的旋转方向弯转的结构中，使用在与动叶片相对的一侧具有刷子部的刷形密封件42。通过刷子在接触时变形，在与旋转部相对的部分短时间接触的话，可进行稳定的旋转。因此，对于间隙45的设定值只考虑正常旋转时刷形密封件42和转子的旋转部由于轴振动等不接触即可。即，作为将从定叶片和动叶片之间吹起的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构，通过使用在与动叶片相对的一侧具有刷子部的刷形密封件42，从而可将间隙45最小化。这样，在定叶片和动叶片之间的更多部分可适用将在定叶片和动叶片之间吹起的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构，从而可加大本发明的效果。
其次，使用图8说明本发明的其它实施例。如图8所示，本实施例是将本发明应用于具有定叶片1与叶根部6和套部9(连结定叶片的内周侧的部件)一体形成、且动叶片10同样也与叶根部18和套部19一体形成的翼和连接结构的涡轮机级的例子。另外，使用了鼓形转子作为转子15。如图8所示，在套部9的与动叶片相对的面上设置将从定叶片和动叶片之间吹起的流动向动叶片的旋转方向弯转的结构43。结构43的具体形状与图5和图6所示的结构40相同。另外，也可以使用图7所示的刷形密封件42。在本实施例中，由于利用结构43将流动在套部9和转子15之间的间隙中的泄漏流动向动叶片的旋转方向折转，所以可将因泄漏流动和叶片间流动的干涉造成的流动损失抑制得更小。

Claims (10)

1.一种轴流式涡轮机，具有由固设在静止部上的定叶片和固设在旋转部上的动叶片构成的涡轮机级，其特征在于，
在连结上述定叶片内周侧的部件的与上述动叶片相对的面上具有将从上述旋转部一侧向上述定叶片和上述动叶片之间吹出的流动向上述旋转部的旋转方向弯转的结构。
2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
连结上述定叶片内周侧的部件是定叶片内周侧隔板。
3.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
连结上述定叶片内周侧的部件是与上述定叶片一体形成的套。
4.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
上述结构是从连结上述定叶片内周侧的部件向上述动叶片突出的突起。
5.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
上述结构是在与上述动叶片相对的一侧具有刷子部的刷形密封件。
6.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
上述结构具有形成在上述旋转部的旋转方向凹下的流路的形状。
7.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
上述旋转部是鼓形转子。
8.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，
上述旋转部在固设有上述动叶片的地方不形成贯通孔。
9.一种轴流式涡轮机，具有由固设在静止部上的定叶片和固设在转子上的动叶片构成的涡轮机级，其特征在于，
上述定叶片具有叶片部和设置在该叶片部的内周侧上的定叶片连结部件，
在上述定叶片连结部件的与上述动叶片相对的面上设有外周侧相对内周侧向上述转子的旋转方向倾斜的突起。
10.一种轴流式涡轮机，具有由固设在静止部上的定叶片和固设在转子上的动叶片构成的涡轮机级，其特征在于，
上述定叶片具有叶片部和设置在该叶片部的内周侧上的定叶片连结部件，
在上述定叶片连结部件的与上述动叶片相对的面上设置突起，该突起具有在内周侧朝向半径方向、在外周侧朝向上述转子的旋转方向弯曲的形状。
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