CN103228871B - 涡轮 - Google Patents
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Abstract
一种涡轮具备：叶片；结构体，留有间隙而设置于所述叶片的前端部侧，并且相对于所述叶片相对旋转；台阶部，设置在所述叶片的所述前端部，至少具有一个阶梯面，并朝向所述结构体与所述前端部相对的部位突出；密封翅片，设置在所述结构体与所述前端部相对的部位，朝向所述台阶部延伸，并在与该台阶部之间形成微小间隙；以及切除部，以与所述台阶部的上表面相连的方式形成于所述阶梯面。所述切除部在所述台阶部的上表面将从在所述间隙流通的流体的主流剥离的剥离涡朝向所述密封翅片引导。
Description
技术领域
本发明涉及一种例如发电厂、化工厂、煤气厂、炼铁厂、船舶等所使用的涡轮。
本申请对2010年12月22日在日本提交的特愿2010-286583号专利申请主张优先权，并将其内容援用于本文中。
背景技术
一直以来，作为蒸汽轮机的一种，具备多级壳体、旋转自如地设于壳体内部的轴体（转子）、固定配置于壳体的内周部的静叶、和在该静叶的下游侧放射状地设于轴体上的动叶的蒸汽轮机已为人们所知。这样的蒸汽轮机中的冲击式涡轮通过静叶将蒸汽的压力能转换为动能，通过动叶将该动能转换为刚体动能（机械能）。另外，蒸汽轮机中的反作用式涡轮在动叶内也将压力能转换为动能，通过蒸汽喷出的反作用力将该动能转换为刚体动能（机械能）。
在这种蒸汽轮机中，通常在动叶的前端部与围绕动叶而形成蒸汽流路的壳体之间形成有径向的间隙，并且在静叶的前端部与轴体之间也形成有径向的间隙。
然而，向下游侧通过动叶前端部的间隙的泄漏蒸汽不对动叶施加回转力。另外，向下游侧通过静叶前端部的泄漏蒸汽无法通过静叶将压力能转换为动能，因此几乎不对下游侧的动叶施加回转力。因此，为了提高蒸汽轮机的性能，重要的是减少通过所述间隙的泄漏蒸汽的量。
在此，提出了图9所示的结构（例如，参照专利文献1）。在该结构中，例如在动叶500的前端部501设有高度从旋转轴方向（以下，简称为轴向）上游侧朝向下游侧逐渐变高的台阶部502（502A、502B、502C）。在壳体503设有相对于台阶部502（502A、502B、502C）具有微小间隙H101、H102、H103的密封翅片504（504A、504B、504C）。
通过如此构成，穿过密封翅片504（504A、504B、504C）的微小间隙H101、H102、H103的泄漏流体与台阶部502（502A、502B、502C）的形成阶梯面506（506A、506B、506C）的端缘部（边缘部）505（505A、505B、505C）碰撞，从而能够使流动阻力增大。另外，在阶梯面506（506A、506B、506C）的端缘部505（505A、505B、505C）剥离的蒸汽成为剥离涡Y100。该剥离涡Y100产生从密封翅片504（504A、504B、504C）的前端朝向动叶500的前端部501的下降流。该下降流起到通过微小间隙H101、H102、H103的蒸汽的缩流效果。因此，通过壳体503与动叶500的前端部501之间的微小间隙H101、H102、H103的泄漏蒸汽的流量得以减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-291967号公报
发明内容
如图9所示，越靠近下游侧，通过动叶500的流体的密度越小，因此越靠近下游侧，通过台阶部502（502A、502B、502C）的蒸汽的流速就越快。即，就在阶梯面506（506A、506B、506C）的端缘部505（505A、505B、505C）剥离的蒸汽而言，越是下游侧的蒸汽，径向速度就越大。因此，在将阶梯面506（506A、506B、506C）的倾斜角度设定为相等的情况下，形成越靠近下游侧越向径向弯曲的剥离涡Y100。就这种形状的剥离涡Y100而言，缩流效果小而静压降低效果也小，因此难以减少通过动叶500的前端部501的微小间隙H101、H102、H103的蒸汽的泄漏流量。
因此，本发明是鉴于上述的情况而完成的，提供一种进一步减少通过叶片的前端部的微小间隙的蒸汽的泄漏流量的高性能的涡轮。
本发明的涡轮具备叶片与结构体，该结构体留有间隙而设置于所述叶片的前端部侧，并且相对于所述叶片相对旋转，流体流通于所述间隙，所述涡轮中，在所述叶片的所述前端部及所述结构体与所述前端部相对的部位中的任意一方设有台阶部，该台阶部至少具有一个阶梯面并向另一侧突出，在所述另一侧设有密封翅片，该密封翅片朝向所述台阶部延伸，并在与该台阶部之间形成微小间隙，在所述阶梯面设有切除部，该切除部以与所述台阶部的上表面相连的方式形成，在该上表面将从所述流体的主流剥离的剥离涡朝向所述密封翅片引导。
通过如此构成，以通过叶片的流体的主流的一部分与阶梯面碰撞并返回上游侧的方式形成主涡，并且在阶梯面的端缘部（边缘）从主涡剥离一部分的流体而形成向与主涡相反方向旋转的剥离涡。即，剥离涡产生从密封翅片前端朝向台阶部的下降流。因此，剥离涡起到通过密封翅片前端与台阶部之间的微小间隙的流体的缩流效果，因此能够减少泄漏流量。
在此，在阶梯面上以与台阶部的上表面相连的方式形成切除部。即，阶梯面的端缘部被切除部切除，与端缘部相比将剥离涡向密封翅片引导。因此，与没有形成切除部的情况相比，在密封翅片的近前形成的剥离涡的直径缩小。因此，在密封翅片前端附近的由剥离涡产生的下降流变强，从而能够进一步提高通过间隙的流体的缩流效果。
另外，通过缩小剥离涡的直径，能够使密封翅片的上游侧的静压降低。因此，能够隔着密封翅片而使上游侧与下游侧之间的差压变小。因此，能够进一步减少泄漏流量。
本发明的涡轮也可以是，所述台阶部具有多个所述阶梯面，并以突出高度从上游侧朝向下游侧逐渐变高的方式形成，所述切除部是形成于各阶梯面且从所述上游侧朝向所述下游侧倾斜的倾斜部，各倾斜部相对于旋转轴径向的倾斜角度设定为越是在所述下游侧的所述阶梯面形成的所述倾斜部的所述倾斜角度越大。
通过如此构成，上游侧与下游侧同样都能够使剥离涡的速度向量朝向密封翅片前端侧（轴向）。因此，能够使在各台阶部形成的剥离涡的直径大致均等。即，即使台阶部的各阶梯面上的流体的流速发生变化，也能够使在各阶梯面形成的剥离涡的直径大致均等地缩小。因此，能够进一步可靠地提高由通过微小间隙的流体的剥离涡产生的缩流效果，并且能够进一步可靠地降低密封翅片的上游侧的静压。
本发明的涡轮也可以是，所述台阶部具有多个所述阶梯面，并以突出高度从上游侧向下游侧逐渐变高的方式形成，所述切除部具有弧状部，该弧状部形成于各阶梯面，并从所述上游侧朝向所述下游侧平滑地与所述上表面相连，所述弧状部与所述上表面连接的部位的切线方向与旋转轴径向之间的角度设定为越是在所述下游侧的所述阶梯面形成的所述弧状部的所述角度越大。
通过如此构成，即使台阶的各阶梯面上的流体的流速发生变化，也能够使在各阶梯面形成的剥离涡的直径大致均等地缩小。因此，能够进一步可靠地提高由通过微小间隙的流体的剥离涡产生的缩流效果，并且能够进一步可靠地降低密封翅片的上游侧的静压。
发明效果
根据本发明，与没有形成切除部的情况相比，能够使在密封翅片的近前形成的剥离涡的直径缩小。因此，在密封翅片前端附近的由剥离涡产生的下降流变强，从而能够提高通过微小间隙的流体的缩流效果。
另外，通过缩小剥离涡的直径，能够降低密封翅片的上游侧的静压。因此，能够隔着密封翅片而减小上游侧与下游侧之间的差压。因此，能够进一步减少泄漏流量。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的蒸汽轮机的概略结构截面图。
图2是表示图1中的重要部位I的放大截面图。
图3是本发明的实施方式中的蒸汽轮机的作用说明图，（a）是图1中的重要部位I的放大图，（b）是（a）的重要部位放大图。
图4是本发明的第一变形例中的台阶部的概略结构截面图。
图5是本发明的第二变形例中的台阶部的概略结构截面图。
图6是本发明的第三变形例中的台阶部的概略结构截面图。
图7是本发明的第四变形例中的台阶部的概略结构截面图。
图8是本发明的第五变形例中的台阶部的概略结构截面图。
图9是以往的蒸汽轮机中的重要部位的概略结构图。
具体实施方式
（蒸汽轮机）
接着，基于图1～图4说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式的蒸汽轮机的概略结构截面图。
蒸汽轮机1主要由如下部分构成：壳体10、调整流入壳体10的蒸汽S的量和压力的调整阀20、旋转自如地设置于壳体10的内侧并将动力传递至未图示的发电机等设备的轴体30、保持于壳体10的静叶40、设在轴体30上的动叶50、将轴体30支承为能够绕轴旋转的轴承部60。
轴承部60具备轴颈轴承装置61及推力轴承装置62，将轴体30支承为可旋转。
壳体10是蒸汽S的流路。壳体10的内部空间被气密密封。在该壳体10的内壁面牢固地固定有供轴体30插通的环状的隔板外轮11。
调整阀20在壳体10的内部安装多个。各调整阀20分别具备蒸汽S从未图示的锅炉流入的调整阀室21、阀芯22、及阀座23。阀芯22从阀座23离开时蒸汽流路打开，从而蒸汽S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的外周沿旋转轴径向（以下，简称为径向）延伸的多个圆盘32。该轴体30向未图示的发电机等设备传递刚体动能。
静叶40以围绕轴体30的方式放射状地配置多个而构成环状静叶组。各静叶40分别保持于隔板外轮11。这些静叶40的径向上的内侧由环状的轮毂护罩41连接。在该轮毂护罩41上插通有轴体30。静叶40的前端部相对于轴体30留有径向的间隙而配置。
由这些多个静叶40构成的环状静叶组沿轴向留有间隔并形成六个。环状静叶组将蒸汽S的压力能转换为动能而将蒸汽S向在下游侧相邻的动叶50侧引导。
动叶50牢固地安装于轴体30所具有的圆盘32的外周部。该动叶50在各环状静叶组的下游侧通过放射状地配置多个而构成环状动叶组。
这些环状静叶组与环状动叶组成为一组一级。蒸汽轮机1具有六组环状静叶组及环状动叶组。在这些动叶50的前端部设有沿周向延伸的叶尖护罩51。
在此，在本实施方式中，轴体30及隔板外轮11构成本发明中的“结构体”。另外，静叶40、轮毂护罩41、叶尖护罩51、及动叶50构成本发明中的“叶片”。而且，在静叶40及轮毂护罩41是“叶片”的情况下，轴体30是“结构体”。另一方面，在动叶50及叶尖护罩51是“叶片”的情况下，隔板外轮11是“结构体”。另外，在以下的说明中，以隔板外轮11为“结构体”，以动叶50为“叶片”而进行说明。
图2是表示图1中的重要部位I的放大截面图。
如图2所示，设在动叶50的前端部的叶尖护罩51与固定于壳体10的隔板外轮11留有间隙K而相对地配置。叶尖护罩51具备向隔板外轮11侧突出的台阶部52（52A～52C）。各台阶部52（52A～52C）具有阶梯面53（53A～53C）。
本实施方式的叶尖护罩51具备三个台阶部52（52A～52C）。这三个台阶部52A～52C的上表面152（152A～152C）从动叶50突出的突出高度随着从轴体30的轴向上游侧（图2中的左侧）趋向下游侧（图2中的右侧）逐渐变高。台阶部52A～52C的阶梯面53（53A～53C）朝向轴向上游侧。
在此，各阶梯面53（53A～53C）分别以向下游侧倾斜的方式形成倾斜部56（56A～56C）。即，各阶梯面53（53A～53C）被倾斜地切除而形成倾斜部56（56A～56C）。而且，倾斜部56（56A～56C）的上缘部55（55A～55C）与台阶部52（52A～52C）的上表面152（152A～152C）连接。
另外，倾斜部56（56A～56C）相对于径向的倾斜角度θ1～θ3设定为越趋向下游侧越大。即，在三个台阶部52（52A～52C）中将在位于最上游侧的第一级台阶部52A的阶梯面53A上形成的倾斜部56A相对于径向的倾斜角度定义为θ1。将在位于比第一级台阶部52A靠下游侧的第二级台阶部52B的阶梯面53B上形成的倾斜部56B相对于径向的倾斜角度定义为θ2。将在位于比第二级台阶部52B靠下游侧的第三级台阶部52C的阶梯面53C上形成的倾斜部56C相对于径向的倾斜角度定义为θ3。
θ1、θ2、及θ3设定为满足
θ3＞θ2＞θ1。
另一方面，在隔板外轮11上，在叶尖护罩51与台阶部52相对的部位形成有环状槽111。环状槽111以与三个台阶部52（52A～52C）对应的方式具有从上游侧朝向下游侧逐渐扩径的三个环状的凹部111A～111C。另外，环状槽111具有形成于最下游侧且直径比第三级凹部111C小的第四级凹部111D。
在此，在位于第一级凹部111A与第二级凹部111B的交界的端缘部（边缘部）112A、位于第二级凹部111B与第三级凹部111C的交界的端缘部112B、及位于第三级凹部111C与第四级凹部111D的交界的端缘部112C上设有朝向叶尖护罩51并向径向内侧延伸的三个密封翅片15（15A～15C）。密封翅片15（15A～15C）分别与台阶部52（52A～52C）相对。
各密封翅片15（15A～15C）在与各自对应的台阶部52（52A～52C）之间沿径向形成有微小间隙H（H1～H3）。这些微小间隙H（H1～H3）的各尺寸在考虑了壳体10及动叶50的热伸长量、动叶50的离心伸长量等的基础上两者不会接触的安全的范围内设定为最小。
另外，在本实施方式中，H1～H3都是相同的尺寸。但是，可以根据需要而适当地变更H1～H3。
在这样的结构的基础上，在叶尖护罩51与隔板外轮11之间，在各台阶部52（52A～52C）和与其对应的环状槽111的三个凹部111A～111C之间形成有空腔C（C1～C3）。
更详细而言，形成于最上游侧且与第一级台阶部52A对应的第一空腔C1在与第一级台阶部52A对应的密封翅片15A、与第一级凹部111A的上游侧的内壁侧54A之间，且叶尖护罩51与隔板外轮11之间形成。
并且，与第二级台阶部52B对应的第二空腔C2在与第二级台阶部52B对应的密封翅片15B、与第二级凹部111B的上游侧的内壁侧54B及设于端缘部112A的密封翅片15A之间，且叶尖护罩51与隔板外轮11之间形成。
而且，与第三级台阶部52C对应的第三空腔C3在与第三级台阶部52C对应的密封翅片15C及第三级凹部111C的下游侧的内壁面54C、与第三级凹部111C的上游侧的内壁面54D及设于端缘部112B的密封翅片15B之间，且叶尖护罩51与隔板外轮11之间形成。
（蒸汽轮机的动作）
接着，基于图1～图3说明蒸汽轮机1的动作。
图3是蒸汽轮机的作用说明图，（a）是图1中的重要部位I的放大图，（b）是（a）的重要部位放大图。
如图1～图3（a）所示，首先，使调整阀20处于开状态时，蒸汽S从未图示的锅炉流入壳体10的内部空间。
流入壳体10的内部空间后的蒸汽S依次通过各级中的环状静叶组与环状动叶组。此时，通过静叶40将压力能转换为动能。经过静叶40后的蒸汽S中的大部分流入构成同一级的动叶50之间。动叶50将蒸汽S的动能转换为刚体动能，并对轴体30施加旋转。另一方面，蒸汽S中的一部分（例如，几个百分点）从静叶40流出后，流入环状槽111内，由此成为所谓的泄漏蒸汽。
在此，如图3（a）所示，流入环状槽111内的蒸汽S首先流入第一空腔C1，与第一级台阶部52A的阶梯面53A碰撞。蒸汽S返回上游侧，由此产生例如在图3的纸面上逆时针旋转的主涡Y1。
此时，特别在第一级台阶部52A的上缘部55A，一部分流体从主涡Y1剥离，由此以沿与该主涡Y1相反方向旋转的方式，在本例中为在图3纸面上顺时针旋转的方式产生剥离涡Y2。
在此，第一级台阶部52A的阶梯面53A以向下游侧倾斜的方式形成倾斜部56A。因此，与阶梯面53A没有形成倾斜部56A的情况相比，主涡Y1的上缘部55A上的速度向量朝向密封翅片15A侧倾斜。由此，与阶梯面53A没有形成倾斜部56A的情况相比，在第一级台阶部52A的上表面152A上形成的剥离涡Y2的直径变小。
这样的剥离涡Y2发挥减少穿过密封翅片15A与台阶部52A之间的微小间隙H1的泄漏流体的效果，即缩流效果。
即，如图3（a）所示，形成剥离涡Y2时，该剥离涡Y2在密封翅片15A前端的轴向上游侧形成速度向量朝向径向内侧的下降流。该下降流在微小间隙H1的紧前方具有朝向径向内侧的惯性力，因此发挥使穿过微小间隙H1的流体向径向内侧收缩的效果（缩流效果）。由此，蒸汽S的泄漏流量变小。
在此，如图3（b）所示，假设剥离涡Y2形成为正圆时，在剥离涡Y2的直径变成微小间隙H1的两倍且外周与密封翅片15A接触的情况下，该剥离涡Y2所形成的下降流中的朝向径向内侧的速度成分F达到最大的位置与密封翅片15A的前端（内端缘）一致。在这种情况下，下降流以更快的速度通过微小间隙H1的紧前方，因此对泄漏流体的缩流效果达到最大。
在本实施方式中，在第一级台阶部52A的阶梯面53A形成倾斜部56A。因此，与在阶梯面53A没有形成倾斜部56A的情况相比，剥离涡Y2的直径变小，因此容易将剥离涡Y2的直径设定为微小间隙H1的两倍。
另外，将密封翅片15A与位于比密封翅片15A靠上游侧的倾斜部56A的上缘部55A之间的距离定义为L1时，只要设定距离L1和倾斜部56的倾斜角度θ1而使剥离涡Y2的直径为微小间隙H1的两倍即可。
继而，通过微小间隙H1后的蒸汽S流入第二空腔C2，与第二级台阶部52B的阶梯面53B碰撞。蒸汽S返回上游侧，由此产生例如在图3的纸面上逆时针旋转的主涡Y1。而且，在第二级台阶部52B的上缘部55B，一部分流体从主涡Y1剥离，由此以沿与该主涡Y1相反方向旋转的方式，在本例中为在图3的纸面上顺时针旋转的方式产生剥离涡Y2。
而且，通过微小间隙H2后的蒸汽S流入第三空腔C3，与第三级台阶部52C的阶梯面53C碰撞。蒸汽S返回上游侧，由此产生例如在图3的纸面上逆时针旋转的主涡Y1。而且，在第三级台阶部52C的上缘部55C，一部分流体从主涡Y1剥离，由此以沿与该主涡Y1相反方向旋转的方式，在本例中为在图3的纸面顺时针旋转的方式产生剥离涡Y2。
在此，越趋向下游侧，蒸汽S的密度越小，因此越是下游侧的空腔C，蒸汽S的子午面内的流速越快。因此，在第二空腔C2内与阶梯面53B碰撞后的蒸汽S朝向径向外侧的流动比在第一空腔C1内与阶梯面53A碰撞后的蒸汽S朝向径向外侧的流动强。因此，在第二级台阶部52B的上表面152B上形成的剥离涡Y2的直径容易大于在第一级台阶部52A的上表面152A上形成的剥离涡Y2的直径。
同样，在第三空腔C3内，在第三级台阶部52C的上表面152C上形成的剥离涡Y2的直径容易大于在第二级台阶部52B上形成的剥离涡Y2的直径。
然而，在本实施方式中，各阶梯面53A～53C所形成的倾斜部56A～56C的倾斜角度θ1～θ3设定为满足θ3＞θ2＞θ1，即越趋向下游侧越大（参照图2）。因此，能够使在各空腔C（C1～C3）内形成的剥离涡Y2的速度向量朝向密封翅片15（15A～15C）侧（轴向）。因此，各剥离涡Y2的直径为大致相同的大小。
另外，与距离L1及倾斜角度θ1一样，只要设定与第二级台阶部52B对应的密封翅片15B与位于比密封翅片15B靠上游侧的倾斜部56B的上缘部55B之间的距离L2、及倾斜部56B的倾斜角度θ2，而使剥离涡Y2的直径为微小间隙H2的两倍即可。另外，与距离L1及倾斜角度θ1一样，只要设定与第三级台阶部52C的密封翅片15C与位于比密封翅片15C靠上游侧的倾斜部56C的上缘部55C之间的距离L3、及倾斜部56C的倾斜角度θ3，而使剥离涡Y2的直径为微小间隙H3的两倍即可。
（效果）
因此，根据上述的实施方式，在叶尖护罩51形成三个台阶部52（52A～52C），并且在形成于隔板外轮11的环状槽111与台阶部52（52A～52C）对应的部位分别设置三个密封翅片15（15A～15C），从而能够在各密封翅片15（15A～15C）的上游侧形成剥离涡Y2。该剥离涡Y2在密封翅片15A的轴向上游侧形成速度向量朝向径向内侧的下降流，因此能够发挥减少穿过各微小间隙H（H1～H3）的泄漏流体的效果，即缩流效果。
除此之外，在台阶部52（52A～52C）的阶梯面53（53A～53C）形成有倾斜部56（56A～56C），倾斜部56（56A～56C）的倾斜角度θ1～θ3设定为越趋向下游侧越大。即，倾斜角度θ1～θ3设定为满足θ3＞θ2＞θ1。
因此，在各空腔C（C1～C3）内形成的剥离涡Y2的直径为大致相同的大小，因此能够使各密封翅片15（15A～15C）的轴向上游侧的下降流变强。因此，能够可靠地发挥减少穿过各微小间隙H（H1～H3）的泄漏流体的效果，即缩流效果。
另外，在上述的实施方式中，对下述情况进行了说明：各阶梯面53（53A～53C）为被倾斜地切除而形成倾斜部56（56A～56C）的状态，倾斜部56（56A～56C）的上缘部55（55A～55C）为与台阶部52（52A～52C）的上表面152（152A～152C）连接的状态。然而，并不限定于此，以至少与台阶部52（52A～52C）的上表面152（152A～152C）相连的方式切除各阶梯面53（53A～53C）即可。
（第一变形例）
基于图4～图8更具体地进行说明。
图4是台阶部的第一变形例的概略结构截面图。另外，在与上述的实施方式相同的方式中，标注相同的标号而进行说明（对于以下的变形例也相同）。
如图4所示，在形成于叶尖护罩51的三个台阶部52（52A～52C）的阶梯面53（53A～53C）上，分别在端缘部（边缘部）形成有平倒角部156（156A～156C）。即，各阶梯面53（53A～53C）的上表面152（152A～152C）侧被倾斜地切除。而且，倒角部156（156A～156C）的上缘部155（155A～155C）与该上表面152（152A～152C）连接。
另外，就倒角部156（156A～156C）而言，相对于径向的倾斜角度θ1，～θ3，设定为越趋向下游侧（图4中的右侧）越大。即，在第一级台阶部52A的阶梯面53A上形成的倒角部156A的倾斜角度θ1'、在第二级台阶部52B的阶梯面53B上形成的倒角部156B的倾斜角度θ2'、及在第三级台阶部52C的阶梯面53C上形成的倒角部156C的倾斜角度θ3'设定为满足
θ3'＞θ2'＞θ1'。
因此，上述的第一变形例起到与前述的实施方式相同的效果。另外，倒角部156（156A～156C）与形成前述的实施方式的倾斜部56（56A～56C）的情况相比，各台阶部52（52A～52C）的切除量少。因此，能够降低加工成本。
（第二变形例）
图5是台阶部的第二变形例的概略结构截面图。另外，在以下的附图中，在叶尖护罩51形成有三个台阶部52（52A～52C）的内容与上述的实施方式相同。而且，各台阶部52（52A～52C）的结构相同，因此仅图示一部分台阶部52，省略其他的台阶部52的图示。
如图5所示，上述的实施方式与第二变形例的不同点在于，在上述的实施方式的各台阶部52（52A～52C）的阶梯面53（53A～53C）上分别只形成有倾斜部56（56A～56C），相对于此，在第二变形例中，在第一级台阶部52A的上表面152A和第二级台阶部52B上形成的倾斜部56B的连接部分、及第二级台阶部52B的上表面152B和第三级台阶部52C上形成的倾斜部56C的连接部分，以朝向下游侧（图5中的右侧）凹陷的方式形成有半径r1的弧状部57B、57C。
通过弧状部57B，第一级台阶部52A的上表面152A和在第二级台阶部52B形成的倾斜部56B平滑地连接。另外，通过弧状部57C，第二级台阶部52B的上表面152B和在第三级台阶部52C形成的倾斜部56C平滑地连接。
因此，根据第二变形例，能够将泄漏蒸汽平稳地引导至倾斜部57（57A～57C），从而能够减小从各倾斜部57（57A～57C）的上缘部55（55A～55C）流出的主涡Y1的能量损失。其结果是，能够使剥离涡Y2的下降流变大，因此能够使剥离涡Y2发挥更大的缩流效果。
（第三变形例）
图6是台阶部的第三变形例的概略结构截面图。
如图6所示，上述的实施方式与第三变形例的不同点在于，在上述的实施方式的各台阶部52（52A～52C）的阶梯面53（53A～53C）上分别仅形成有倾斜部56（56A～56C），相对于此，在第三变形例中，取代倾斜部56（56A～56C），仅形成半径r2的弧状部256（256A～256C）。
弧状部256（256A～256C）以朝向下游侧（图6中的右侧）凹陷的方式形成。而且，弧状部256（256A～256C）的上缘部255（255A～255C）与台阶部52（52A～52C）的上表面152（152A～152C）连接。在此，上缘部255（255A～255C）上的弧状部256（256A～256C）的切线方向与径向之间的角度θA设定为越趋向下游侧越大。
因此，第三变形例起到与前述的实施方式相同的效果。除此之外，与前述的实施方式相比，更能将泄漏蒸汽平稳地引导至弧状部256（256A～256C）的上缘部255（255A～255C），因此能够使主涡Y1的能量损失变小。其结果是，能够使剥离涡Y2的下降流进一步变大，因此能够使剥离涡Y2发挥更大的缩流效果。
（第四变形例）
图7是台阶部的第四变形例的概略结构截面图。
如图7所示，前述的第一变形例与第四变形例的不同点在于，在第一变形例中的台阶部52（52A～52C）的阶梯面53（53A～53C）上，分别在端缘部（边缘部）形成有平倒角部156（156A～156C），相对于此，在该第四变形例的平倒角部156（156A～156C）上，在下缘侧形成有半径r3的圆倒角部356（356A～356C）。
通过圆倒角部356（356A～356C），阶梯面53（53A～53C）和平倒角部156（156A～156C）平滑地连接。因此，与阶梯面53（53A～53C）碰撞后的蒸汽S被平稳地引导至平倒角部156（156A～156C）。其结果是，能够可靠地防止在平倒角部156（156A～156C）的下缘部分从主涡Y1剥离而形成小的剥离涡Y2'（参照图7中的双点划线）。因此，能够减少主涡Y1的能量损失，因此能够使基于剥离涡Y2的缩流效果变大。
（第五变形例）
图8是台阶部的第五变形例的概略结构截面图。
如图8所示，前述的第三变形例与第五变形例的不同点在于，在第五变形例中的各台阶部52（52A～52C）的阶梯面53（53A～53C）形成的半径r4的弧状部456（456A～456C）的形状。
即，第三变形例的弧状部256（256A～256C）以朝向下游侧（图6中的右侧）凹陷的方式形成，相对于此，第五变形例的弧状部456（456A～456C）以朝向上游侧（图8中的左侧）膨胀的方式形成。而且，弧状部456（456A～456C）的上缘部455（455A～455C）与台阶部52（52A～52C）的上表面152（152A～152C）连接。
在此，上缘部455（455A～455C）上的弧状部456（456A～456C）的切线方向与径向之间的角度θB设定为越趋向下游侧越大。
因此，上述的第五变形例起到与前述的第三变形例相同的效果。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，包括在上述的实施方式中进行各种变更后的实施方式。
例如，在上述的实施方式或变形例中，将设在壳体10上的隔板外轮11作为结构体。然而，并不限定于此，也可以不设置隔板外轮11而将壳体10本身作为本发明的结构体。即，该结构体可以是任何围绕动叶50并且以流体通过动叶之间的方式规定流路的部件。
另外，在上述的实施方式或实施例中，说明了如下情况：在隔板外轮11与叶尖护罩51对应的部位形成环状槽111，由通过阶梯以与三个台阶部52（52A～52C）对应的方式逐渐扩径的三个环状的凹部111A～111C和直径比第三级凹部111C小的第四级凹部111D构成该环状槽111。然而，并不限定于此，也可以大致相同直径地形成环状槽111整体。
而且，在上述实施方式或变形例中，说明了如下情况：在叶尖护罩51设置多个台阶部52，由此也形成多个空腔C。然而，并不限定于此，台阶部52及与其对应的空腔C的数量是任意的，可以是一个，也可以是三个、或四个以上。
另外，也可以设置多个密封翅片15与一个台阶部52相对。
另外，在上述的实施方式或变形例中，在最终级的动叶50及静叶40上应用了本发明，但也可以在其他级的动叶50及静叶40上应用本发明。
而且，在上述的实施方式或变形例中，将本发明的“叶片”设为动叶50，在作为动叶50的前端部的叶尖护罩51形成台阶部52（52A～52C）。另外，将本发明的“结构体”设为隔板外轮11，在隔板外轮11上设置密封翅片15（15A～15C）。然而，并不限定于此，也可以将本发明的“叶片”设为静叶40，在静叶40的前端部形成台阶部52。另外，也可以将本发明的“结构体”设为轴体（转子）30，在轴体30上设置密封翅片15。在这种情况下也可以将上述的实施方式或变形例用于台阶部52。
另外，在上述的实施方式中，是将本发明应用于凝汽式的蒸汽轮机1的例子，但也可以将本发明应用于在其他型式的蒸汽轮机，例如二级抽气式涡轮、抽气式涡轮、混气式涡轮等。
而且，在上述的实施方式中，是将本发明应用于蒸汽轮机1的例子，但也可以将本发明应用于燃气涡轮，甚至可以将本发明应用于所有具有旋转叶的设备。
工业实用性
本发明涉及一种用于例如发电厂、化工厂、煤气厂、炼铁厂、船舶等的涡轮。根据本发明，能够减少工作流体的泄漏量。
标号说明
1 蒸汽轮机（涡轮）
10 壳体
11 隔板外轮（结构体）
15（15A～15C） 密封翅片
30 轴体（结构体）
40 静叶（叶片）
41 轮毂护罩
50 动叶（叶片）
51 叶尖护罩
52（52A～52C） 台阶部
53（53A～53C） 阶梯面
55（55A～55C）、155（155A～155C）、455（455A～455C） 上缘部
56（56A～56C） 倾斜部
57B、57C、256（256A～256C）、456（456A～456C） 弧状部
156（156A～156C） 平倒角部（切除部）
356（356A～356C） 圆倒角部
C（C1～C3） 空腔
H（H1～H3） 微小间隙
K 间隙
S 蒸汽
Y1 主涡
Y2 剥离涡
θ1～θ3、θ1'～θ3' 倾斜角度
θA、θB 角度
Claims (2)
1.一种涡轮，具备：
叶片；
结构体，留有间隙而设置于所述叶片的前端部侧，并且相对于所述叶片相对旋转；
台阶部，设置在所述叶片的所述前端部及所述结构体与所述前端部相对的部位中的任意一方，具有阶梯面并朝向另一方突出；
密封翅片，设置在所述叶片的所述前端部及所述结构体与所述前端部相对的部位中的任意另一方，朝向所述台阶部延伸，并在与该台阶部之间形成微小间隙，流体流通于所述间隙；以及
切除部，以与所述台阶部的上表面相连的方式形成于所述阶梯面，在所述台阶部的上表面将从所述流体的主流剥离的剥离涡朝向所述密封翅片引导，其中，
所述台阶部具有多个所述阶梯面，并以突出高度从上游侧朝向下游侧逐渐变高的方式形成，
所述切除部是形成于各阶梯面且从所述上游侧朝向所述下游侧倾斜的倾斜部，
各倾斜部相对于旋转轴径向的倾斜角度设定为越是在所述下游侧的所述阶梯面形成的所述倾斜部的所述倾斜角度越大。
2.一种涡轮，具备：
叶片；
结构体，留有间隙而设置于所述叶片的前端部侧，并且相对于所述叶片相对旋转；
台阶部，设置在所述叶片的所述前端部及所述结构体与所述前端部相对的部位中的任意一方，具有阶梯面并朝向另一方突出；
密封翅片，设置在所述叶片的所述前端部及所述结构体与所述前端部相对的部位中的任意另一方，朝向所述台阶部延伸，并在与该台阶部之间形成微小间隙，流体流通于所述间隙；以及
切除部，以与所述台阶部的上表面相连的方式形成于所述阶梯面，在所述台阶部的上表面将从所述流体的主流剥离的剥离涡朝向所述密封翅片引导，其中，
所述台阶部具有多个所述阶梯面，并以突出高度从上游侧朝向下游侧逐渐变高的方式形成，
所述切除部具有弧状部，该弧状部形成于各阶梯面，且从所述上游侧朝向所述下游侧平滑地与所述上表面相连，
所述弧状部与所述上表面连接的部位的切线方向与旋转轴径向之间的角度设定为越是在所述下游侧的所述阶梯面形成的所述弧状部的所述角度越大。
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