CN104165070A - 涡轮叶栅端壁 - Google Patents

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Abstract

提供一种涡轮叶栅端壁，能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动的损失，能够实现提高涡轮性能。在一个涡轮静叶片(B1)或涡轮动叶片和与该涡轮静叶片(B1)或涡轮动叶片相邻配置的其他的涡轮静叶片(B1)或涡轮动叶片之间具备凸部(11)，所述凸部在5～25％Cax、0～20％间距的位置具有顶点(P1)，从该顶点(P1)朝向下游侧及相邻配置的涡轮静叶片(B1)或涡轮动叶片的背面缓慢地倾斜，并且从该顶点(P1)朝向上游侧稍微急速地倾斜，整体平缓地隆起。

Description

涡轮叶栅端壁
本申请为2008年9月25日提交的、申请号为200880125635.7的、发明名称为“涡轮叶栅端壁”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种涡轮叶栅端壁。
背景技术
在作为将流体的运动能量转变为旋转运动而得到动力的动力产生装置的涡轮的涡轮叶栅端壁上，从一个涡轮叶片的腹侧朝向相邻的涡轮叶片的背侧产生所谓的“横流(二次流动)”。
为实现涡轮性能的提高，需要降低该横流，并且降低伴随该横流产生的二次流动损失。
因此，作为使这样的伴随横流的二次流动损失降低，实现涡轮性能的提高的结构，已知有在涡轮叶栅端壁上具有非轴对称地形成的凹凸(例如参照专利文献1)。
专利文献1：美国专利第6283713号说明书
发明内容
在上述专利文献公开的涡轮叶栅端壁中，在一个涡轮叶片的腹侧后缘侧形成凹部，在相邻的涡轮叶片的背侧后缘侧形成凸部。
然而，对于在背侧后缘侧形成的凸部，在该处静压降低，叶片出口的流出角度增大，使位于具有凹凸的对象叶栅的下游的叶栅的性能恶化，担心反倒使具有多个叶栅的涡轮整体的性能降低。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种涡轮叶栅端壁，其能够使横流降低，并且能够使伴随着横流的二次流损失降低，能够实现提高涡轮性能。
本发明为了解决上述课题，采用了以下的手段。
本发明第一方式的涡轮叶栅端壁，位于环状排列的多个涡轮静叶片或涡轮动叶片的尖端侧或轮毂侧，其特征在于，在设0％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的前缘位置、100％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的后缘位置、0％间距为涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面上的位置、100％间距为与上述涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面相对的涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面上的位置的情况下，在一个涡轮静叶片或涡轮动叶片和与该涡轮静叶片或涡轮动叶片相邻配置的其他的涡轮静叶片或涡轮动叶片之间具备凸部，所述凸部在5～25％Cax、0～20％间距的位置具有顶点，从该顶点朝向下游侧及相邻配置的涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面缓慢地倾斜，并且从该顶点朝向上游侧稍微急速地倾斜，整体平缓地隆起。
根据本发明第一方式的涡轮叶栅端壁，能够降低凸部附近的静压，能够增加动作流体向轴方向的流动，因此能够降低横流，并且能够降低伴随横流的二次流动的损失，能够实现涡轮性能的提高。
本发明的第二方式的涡轮叶栅端壁，位于环状排列的多个涡轮静叶片或涡轮动叶片的尖端侧或轮毂侧，其特征在于，在设0％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的前缘位置、100％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的后缘位置、0％间距为涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面上的位置、100％间距为与上述涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面相对的涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面上的位置的情况下，在一个涡轮静叶片或涡轮动叶片和与该涡轮静叶片或涡轮动叶片相邻配置的其他的涡轮静叶片或涡轮动叶片之间具备凹部，所述凹部在5～25％Cax、70～90％间距的位置具有底点，从该底点朝向下游侧及相邻配置的涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面缓慢地倾斜，并且从该底点朝向上游侧稍微急速地倾斜，整体平缓地凹陷。
根据本发明的第二方式的涡轮叶栅端壁，能够增加凹部附近的静压，能够增加动作流体向轴方向的流动，因此能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动损失，能够实现涡轮性能的提高。
进而优选在上述第一方式或第二方式的涡轮叶栅端壁的喉部附近设置整体平缓地隆起的第二凸部。
根据这样的涡轮叶栅端壁，通过喉部附近的动作流体的流速增加，其静压降低，并且在涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面沿叶片高度方向产生的压力梯度缓和，因此能够抑制在涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面产生的涡流，能够降低伴随着该涡流的二次流动损失。
本发明的第三方式的涡轮具备上述第一方式或第二方式的涡轮叶栅端壁。
根据本发明的第三方式的涡轮，由于具备能够降低横流并且能够降低伴随着横流的二次流动损失的涡轮叶栅端壁，因此能够实现提高涡轮整体的性能。
根据本发明，产生如下效果：能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动损失，能够实现提高涡轮性能。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的涡轮叶栅端壁的要部平面图。
图2是本发明第二实施方式的涡轮叶栅端壁的要部平面图。
图3是本发明第三实施方式的涡轮叶栅端壁的要部平面图。
图4是本发明第四实施方式的涡轮叶栅端壁的要部平面图。
图5是本发明其他实施方式的涡轮叶栅端壁的要部平面图。
图6是表示图5所示的涡轮静叶片的背面的等压线的图。
具体实施方式
以下，参照图1对本发明的涡轮叶栅端壁的第一实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的涡轮叶栅端壁(以下称为“第三级静叶片尖端端壁”。)10是在一个涡轮第三级静叶片(以下称为“第三级静叶片”。)B1和与该第三级静叶片B1相邻配置的第三级静叶片B1之间分别具有第一凸部11的部件。
在图1中的第三级静叶片尖端端壁10上描绘的实线表示第一凸部11的等高线、后述的第二凸部12的等高线、及后述第三凸部13的等高线。
第一凸部11为如下所述的部分：在5～25％Cax(本实施方式中大致14％Cax)、0～20％间距(本实施方式中大致7％间距)的位置具有顶点P1，从该顶点P1朝向下游侧及相邻配置的第三级静叶片B1的背面缓慢地倾斜并且从该顶点P1朝向上游侧稍微急速地倾斜(以比从顶点P1朝向下游侧及相邻配置的第三级静叶片B1的背面的倾斜角大(急)的倾斜角倾斜)、整体平缓地(平滑地)隆起。
在此，0％Cax是指轴方向上的第三级静叶片B1的前缘位置，100％Cax是指轴方向上的第三级静叶片B1的后缘位置。另外，-(负)是指从第三级静叶片B1的前缘位置沿轴方向回溯到上游侧的位置，+(正)是指从第三级静叶片B1的前缘位置沿轴方向前进到下游侧的位置。进而，0％间距是指第三级静叶片B1的腹面上的位置，100％间距是指第三级静叶片B1的背面上的位置。
并且，该第一凸部11的顶点P1的高度(凸量)为第三级静叶片B1的轴弦长(第三级静叶片B1的轴方向长度)的5％～20％(本实施方式中为约13％)。
如图1所示，本实施方式的第三级静叶片尖端端壁10除了第一凸部11以外还具有：从大致0％Cax、大致100％间距的位置朝向第一凸部11的下围部缓慢地倾斜的第二凸部12；及从大致90％Cax、大致100％间距的位置朝向第一凸部11的下围部缓慢地倾斜的第三凸部13。
根据本实施方式的第三级静叶片尖端端壁10，能够降低第一凸部11附近的静压，能够增加动作流体向轴方向的流动，因此能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动损失，能够实现提高涡轮性能。
参照图2对本发明的涡轮叶栅端壁的第二实施方式进行说明。
如图2所示，本实施方式的涡轮叶栅端壁(以下称为“第三级静叶片轮毂端壁”。)20是在一个涡轮第三级静叶片(以下称为“第三级静叶片”。)B1和与该第三级静叶片B1相邻配置的第三级静叶片B1之间分别具有第四凸部21的部件。在图2中的第三级静叶片轮毂端壁20上描绘的实线表示第四凸部21的等高线及后述的第五凸部22的等高线。
第四凸部21如下所述的部分：在5～25％Cax(本实施方式中大致14％Cax)、0～20％间距(本实施方式中大致3％间距)的位置具有顶点P2，从该顶点P2朝向下游侧及相邻配置的第三级静叶片B1的背面缓慢地倾斜并且从该顶点P2朝向上游侧稍微急速地倾斜(以比从顶点P2朝向下游侧及相邻配置的第三级静叶片B1的背面的倾斜角大(急)的倾斜角倾斜)、整体平缓地(平滑地)隆起。
并且，该第四凸部21的顶点P2的高度(凸量)为第三级静叶片B1的轴弦长(第三级静叶片B1的轴方向长度)的5％～20％(本实施方式中大约12.5％)。
如图2所示，本实施方式的第三级静叶片轮毂端壁20具有从相邻配置的第三级静叶片B1的大致-10％Cax至大致85％Cax之间的位置的背面朝向第四凸部21的下围部缓慢地倾斜的第五凸部22。
根据本实施方式的第三级静叶片轮毂端壁20，能够降低第四凸部21附近的静压，能够增加动作流体向轴方向的流动，因此能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动损失，能够实现提高涡轮性能。
参照图3对本发明的涡轮叶栅端壁的第3实施方式进行说明。
如图3所示，本实施方式的涡轮叶栅端壁(以下称为“第四级静叶片尖端端壁”。)30是在一个涡轮第四级静叶片(以下称为“第四级静叶片”)B2和与该第四级静叶片B2相邻配置的第四级静叶片B2之间分别具有第一凹部31的部件。在图3中的第四级静叶片尖端端壁30上描绘的实现表示第一凹部31的等深线、及后述的第六凸部32的等高线。
第一凹部31如下所述的部分：在5～25％Cax(本实施方式中大致17％Cax)且70～90％间距(本实施方式中大致83％间距)的位置具有底点(凹陷的极值点)P3，从该底点P3朝向下游侧及相邻配置的第四级静叶片B2的腹面缓慢地倾斜并且从该底点P3朝向上游侧稍微急速地倾斜(以比从底点P3朝向下游侧及相邻配置的第四级静叶片B2的腹面的倾斜角大的(急的)倾斜角倾斜)、整体平缓地(平滑地)凹陷。
并且，该第一凹部31的底点P3的深度(凹量)为第四级静叶片B2的轴弦长(第四级静叶片B2的轴方向长度)的5％～15％(本实施方式中为大约6％)。
如图3所示，本实施方式的第四级静叶片尖端端壁30具有第六凸部32，所述第六凸部32在大致90％Cax、大致90％间距的位置具有顶点P4，并且朝向底点P3及相邻配置的第四级静叶片B2的腹面缓慢地倾斜。
根据本实施方式的第四级静叶片尖端端壁30，能够增加第一凹部31附近的静压，能够增加动作流体向轴方向的流动，因此能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动的损失，能够实现提高涡轮性能。
参照图4对本发明的涡轮叶栅端壁的第4实施方式进行说明。
如图4所示，本实施方式的涡轮叶栅端壁(以下称为“第四级静叶片轮毂端壁”。)40是在一个涡轮第四级静叶片(以下称为“第四级静叶片”。)B2和与该第四级静叶片B2相邻配置的第四级静叶片B2之间分别具有第二凹部41的部件。图4中第四级静叶片轮毂端壁40上描绘的实线表示第二凹部41的等深线。
第二凹部41为如下所述的部分：在5～25％Cax(本实施方式中大致18％Cax)且70～90％间距(本实施方式中大致81％间距)的位置具有底点(凹陷的极值点)P5，从该底点P5朝向下游侧及相邻配置的第四级静叶片B2的腹面缓慢地倾斜并且从该底点P5朝向上游侧稍微急速地倾斜(以比从底点P5朝向下游侧及相邻配置的第四级静叶片B2的腹面的倾斜角大的(急速的)倾斜角倾斜)、整体平缓地(平滑地)凹陷。
并且，该第二凹部41的底点P5的深度(凹量)为第四级静叶片B2的轴弦长(第四级静叶片B2的轴方向长度)的5％～15％(本实施方式中大约9.4％)。
根据本实施方式的第四级静叶片轮毂端壁40，能够增加第二凹部41附近的静压，能够增加动作流体向轴方向的流动，因此能够降低横流，并且能够降低伴随着横流的二次流动的损失，能够实现提高涡轮性能。
另外，根据具备上述实施方式的涡轮叶栅端壁10、20、30、40的涡轮，由于具备可降低横流并且可降低伴随着横流的二次流动损失的涡轮叶栅端壁10、20、30、40，因此可以实现提高涡轮整体的性能。
在上述实施方式中，优选在喉部附近的涡轮叶栅端壁10、20、30、40上进一步设置(形成)图5所示的第七凸部51。
通过在喉部附近的涡轮叶栅端壁10、20、30、40上设置这样的第七凸部51，通过喉部附近的动作流体的流速增加，其静压降低，并且第三级静叶片B1、第四级静叶片B2的背面沿叶片高度方向(图6中上下方向)产生的压力梯度如图6中的叶片面内实线所示的等压线所示缓和，因此能够抑制在第三级静叶片B1、第四级静叶片B2的背面产生的涡流，能够降低伴随着该涡流的二次流动损失。
本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的技术思想的范围内可适当根据需要变形实施、变更实施、及组合实施。
另外，在上述实施方式中，作为涡轮叶栅端壁以第三级静叶片尖端端壁、第三级静叶片轮毂端壁、第四级静叶片尖端端壁、及第四级静叶片轮毂端壁为例进行了说明，本发明不限于此，也可适用于涡轮动叶片的轮毂端壁、涡轮动叶片的尖端端壁、或其他级的静叶片尖端端壁、或其他级的静叶片轮毂端壁。
进而，本发明的涡轮叶栅端壁可用于燃气涡轮机及蒸汽涡轮机这两者。

Claims (4)

1.一种涡轮叶栅端壁，位于环状排列的多个涡轮静叶片或涡轮动叶片的尖端侧或轮毂侧，其特征在于，
在设0％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的前缘位置、100％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的后缘位置、0％间距为涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面上的位置、100％间距为与上述涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面相对的涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面上的位置的情况下，
在一个涡轮静叶片或涡轮动叶片和与该涡轮静叶片或涡轮动叶片相邻配置的其他的涡轮静叶片或涡轮动叶片之间具备凸部，所述凸部在5～25％Cax且3～20％间距的位置具有顶点，从该顶点朝向下游侧及相邻配置的涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面倾斜，并且从该顶点朝向上游侧倾斜，整体隆起，
所述凸部的顶点的高度为与该凸部相邻的所述涡轮静叶片或涡轮动叶片的轴方向长度的13％～20％。
2.一种涡轮叶栅端壁，位于环状排列的多个涡轮静叶片或涡轮动叶片的尖端侧或轮毂侧，其特征在于，
在设0％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的前缘位置、100％Cax为轴方向上的涡轮静叶片或涡轮动叶片的后缘位置、0％间距为涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面上的位置、100％间距为与上述涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面相对的涡轮静叶片或涡轮动叶片的背面上的位置的情况下，
在一个涡轮静叶片或涡轮动叶片和与该涡轮静叶片或涡轮动叶片相邻配置的其他的涡轮静叶片或涡轮动叶片之间具备凹部，所述凹部在5～25％Cax且70～90％间距的位置具有底点，从该底点朝向下游侧及相邻配置的涡轮静叶片或涡轮动叶片的腹面倾斜，并且从该底点朝向上游侧倾斜，整体凹陷，
所述凹部的底点的深度为与该凹部相邻的所述涡轮静叶片或涡轮动叶片的轴方向长度的5％～15％。
3.如权利要求1或2所述的涡轮叶栅端壁，其特征在于，
在喉部附近设置有整体平缓地隆起的第二凸部或凸部。
4.一种涡轮，其特征在于，具备权利要求1所述的涡轮叶栅端壁。
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