CN113383146B - 用于部分送入涡轮的损失降低装置和部分送入涡轮 - Google Patents

Abstract

至少一个实施方式的损失降低装置用于包含调速级喷嘴的部分送入涡轮，该调速级喷嘴构成为在周向上具有工作流体的送入部和非送入部，其中，该损失降低装置具备圆环板部，该圆环板部构成为，相对于在外周面安装有调速级动叶片的转子盘以存在间隙的方式配置在所述调速级喷嘴的相反侧，从所述调速级喷嘴送入的所述工作流体作用于该调速级动叶片，并且该圆环板部具有在与所述调速级喷嘴的所述送入部对应的位置形成的开口部，并且所述圆环板部的内周缘位于比所述转子盘的所述外周面靠径向内侧的位置。

Description

用于部分送入涡轮的损失降低装置和部分送入涡轮

技术领域

本发明涉及用于部分送入涡轮的损失降低装置和部分送入涡轮。

背景技术

例如，在蒸气涡轮、燃气涡轮等轴流式涡轮中，为了高效率化，有时采用所谓的部分送入涡轮。

在部分送入涡轮中，构成为在周向上设置工作流体的送入部和非送入部，从初级喷嘴(调速级喷嘴)经由送入部而部分送入工作流体(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-202090号公报

发明要解决的技术问题

在专利文献1所记载的部分送入涡轮中，调速级喷嘴的下一级即第一级喷嘴(静叶片)遍及整周地设置。因此，从调速级喷嘴经由送入部而部分送入的工作流体遍及在外周面安装有调速级动叶片的转子盘与第一级喷嘴(静叶片)之间的空间的整周之后，流入第一级喷嘴。因此，降低在该空间中流动的工作流体的损失有助于部分送入涡轮的高效化。

发明内容

鉴于上述的情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于，抑制部分送入涡轮的损失。

用于解决技术问题的技术手段

(1)在本发明的至少一个实施方式的用于部分送入涡轮的损失降低装置中，

该部分送入涡轮包含调速级喷嘴，该调速级喷嘴构成为在周向上具有工作流体的送入部和非送入部，其中，

所述损失降低装置具备圆环板部，该圆环板部构成为，相对于在外周面安装有调速级动叶片的转子盘以存在间隙的方式配置在所述调速级喷嘴的相反侧，从所述调速级喷嘴送入的所述工作流体作用于所述调速级动叶片，并且所述圆环板部具有在与所述调速级喷嘴的所述送入部对应的位置形成的开口部，并且所述圆环板部的内周缘位于比所述转子盘的所述外周面靠径向内侧的位置。

如上所述，在部分送入涡轮中，从调速级喷嘴经由送入部而部分送入的工作流体通过在外周面安装有调速级动叶片的转子盘与包含第一级喷嘴(静叶片)的静叶片环之间的空间，而流入遍及整周地设置的多个静叶片彼此之间。此时，通过该空间的工作流体受到该转子盘的旋转的影响，因而部分送入涡轮的效率有可能降低。因此，期望降低通过该空间的工作流体从该转子盘受到的影响。

关于这方面，在上述(1)的结构中，具备圆环板部，该圆环板部相对于该转子盘以存在间隙的方式配置在调速级喷嘴的相反侧。另外，圆环板部构成为，其内周缘位于比该转子盘的外周面靠径向内侧的位置。因此，圆环板部的从内周缘所在的径向位置到该转子盘的外周面所在的径向位置为止的圆环状的区域在从轴向观察时与该转子盘重叠。因此，在上述空间中的、比圆环板部靠静叶片侧并且在从轴向观察时与上述圆环状的区域重叠的区域中，在该区域与该转子盘之间存在圆环板部中的上述圆环状的区域，因此工作流体不容易受到该转子盘的旋转的影响。

因此，根据上述(1)的结构，如上所述，工作流体不容易受到该转子盘的旋转的影响，因此能够抑制部分送入涡轮的损失。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构中，所述圆环板部的所述内周缘构成为，位于比静叶片的所述径向内侧的端部靠所述径向内侧的位置，该静叶片包含于隔着所述圆环板部配置在与所述转子盘相反的一侧的静叶片环。

如上所述，在上述空间中的、比圆环板部靠静叶片侧并且在从轴向观察时与上述圆环状的区域重叠的区域中，存在上述圆环状的区域，因而工作流体不容易受到该转子盘的旋转的影响。这里，在上述(2)的结构中，上述圆环状的区域的径向内侧的端部即圆环板部的内周缘位于比静叶片环中的静叶片的径向内侧的端部靠径向内侧的位置。因此，根据上述(2)的结构，在上述空间中的、比圆环板部靠静叶片侧并且在从轴向观察时与从比静叶片环中的静叶片的径向内侧的端部靠径向内侧的位置到该转子盘的外周面所在的径向位置为止的圆环状的区域重复的区域中，能够降低工作流体由于该转子盘的旋转而受到的影响。

由此，根据上述(2)的结构，流入静叶片的工作流体更不容易受到该转子盘的旋转的影响，因此能够进一步抑制部分送入涡轮的损失。

(3)在几个实施方式中，在上述(2)的结构中，还具备连接部件，该连接部件的一端与所述圆环板部的内周缘连接，另一端与所述静叶片环的内周环连接。

根据上述(3)的结构，圆环板部的内周缘在上述空间内稳定地固定。

(4)在几个实施方式中，在上述(3)的结构中，所述连接部件具有从转子轴的外周分离地形成的圆筒形状。

根据上述(4)的结构，上述连接部件从外周侧覆盖转子轴，因此在上述空间中，能够降低向设置于静叶片环的多个静叶片彼此之间流入的工作流体由于转子轴的旋转而受到的影响。

(5)在几个实施方式中，上述(1)至(4)中任意的结构中，相对于所述转子盘的整周，形成所述送入部的区域的比例为45％以下。

本发明的发明者们潜心研究的结果为，判明如下，若相对于转子盘的整周形成送入部的区域的比例为45％以下、即部分送入率为45％以下，则通过上述(1)至(4)中的任意结构中的圆环板部，能够有效地抑制部分送入涡轮的损失。

因此，根据上述(5)的结构，能够有效地抑制部分送入涡轮的损失。

(6)本发明的至少一个实施方式的部分送入涡轮具备：

上述结构(1)至(5)中任意的结构的所述损失降低装置；

所述转子盘；

以及所述调速级喷嘴。

根据上述(6)的结构，具备上述结构(1)至(5)中任意的结构的损失降低装置，因此能够抑制部分送入涡轮的损失。

发明的效果

根据本发明的至少一个实施方式，能够抑制部分送入涡轮的损失。

附图说明

图1是具备一个实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。

图2是具备其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。

图3是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。

图4是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。

图5是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。

图6是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。

图7是图1的III-III向视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式记载的或者附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等并不是将本发明的范围限定于此的意思，仅仅是说明例。

例如，关于“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对的或者绝对的配置的表达，不仅严格地表示这样的配置，还表示具有公差、或者得到相同的功能的程度的角度、距离而相对地位移的状态。

例如，关于“同一”、“相等”和“均质”等表示事物相等的状态的表达，不仅表示严格相等的状态，还表示存在公差、或者得到相同的功能的程度的差的状态。

例如，关于四边形状、圆筒形状等表示形状的表达，不仅表示几何学上严格意义上的四边形状、圆筒形状等形状，而且在得到相同的效果的范围内，还表示包含凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“含有”、“具有”、“具备”、“包含”、或者“有”一个结构要素这样的表达并不是排除其他的结构要素的存在的排他性的表达。

图1是具备一个实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。图2是具备其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。图3是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。图4是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。图5是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。图6是具备另一其他的实施方式的损失降低装置的涡轮的示意性的剖视图。图7是图1的III-III向视图。

如图1～图6所示，几个实施方式的涡轮1为所谓的轴流式涡轮，具备外壳2、转子轴4、固定于转子轴4的转子盘6、调速级喷嘴8、动叶片12、静叶片14以及损失降低装置100。

此外，在以下的说明中，将转子轴4的延伸方向也简称为轴向，将转子轴4的周向也简称为周向。另外，关于轴向，将外壳2内的工作流体的主要流动的沿着轴向的朝向称为下游方向、或者下游侧，将与该下游方向相反的方向称为上游方向、或者上游侧。在图1～图6中，图示右侧为下游侧，图示左侧为上游侧。

在转子盘6的外周面6a沿周向隔开间隔地安装有多个动叶片12。通过转子盘6和安装于该转子盘6的多个动叶片12而形成动叶片级30。此外，也可以如图1、图2所示，在转子盘6形成有用于调整转子盘6的旋转平衡的平衡孔6b。平衡孔6b是沿着轴向贯通转子盘6的贯通孔。

静叶片14在沿周向隔开间隔地配置多个的状态下，径向内侧的端部安装于内周环16的外周面，径向外侧的端部安装于外周环18的内周面。通过包含内周环16、外周环18、安装于各环16、18的多个静叶片14的静叶片环22而形成有静叶片级40。

在几个实施方式的涡轮1中，动叶片级30与静叶片级40沿着轴向交替地配置。此外，在图1～图6中，图示了包含配置在后述的调速级喷嘴8的正下游侧的调速级动叶片12A的动叶片级31、配置在该动叶片级31的正下游侧的第一静叶片级41以及配置在第一静叶片级41的正下游侧的第一动叶片级32。

调速级喷嘴8构成为，周向上具有工作流体的送入部61和非送入部63(参照图7)，被支承于与外壳2一体地固定的工作流体供给管52的供给口54，送入工作流体(蒸气、燃烧气体)。

即，涡轮1为在周向上具有工作流体的送入部61和非送入部63的部分送入涡轮。

如图1～图7所示，在几个实施方式的涡轮1中，损失降低装置100设置在包含调速级动叶片12A的动叶片级31与第一静叶片级41之间的空间65。此外，该空间65在转子轴4的外周面与外壳2的内周面之间遍及整周地形成。

关于损失降低装置100，在后面详述。

在图1～图6所示的几个实施方式的涡轮1中，经由固定支承于外壳2的工作流体供给管52而流入到供给口54内的工作流体流入调速级喷嘴8和调速级动叶片12A，进行膨胀做功。接下来，工作流体流入下游侧的静叶片级40和动叶片级30，进行膨胀做功。由此，对转子轴4进行旋转驱动。

(关于损失降低装置100)

在图1～图6所示的几个实施方式的涡轮1这样的部分送入涡轮中，在调速级喷嘴8的下一级即第一静叶片级41中静叶片14遍及整周地设置。因此，从调速级喷嘴8经由送入部61而部分送入的工作流体在遍及在外周面安装有调速级动叶片12A的转子盘6与第一静叶片级41的静叶片环22之间的空间65的整周之后，流入第一静叶片级41的静叶片14。因此，降低在该空间65中流动的工作流体的损失有助于部分送入涡轮的高效化。

因此，在图1～图6所示的几个实施方式的涡轮1中，通过设置具备以下详述的几个实施方式的圆环板部110的损失降低装置100，而降低上述的工作流体的损失。

在图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，如图1～图7所示，具备以相对于在外周面安装有调速级动叶片12A的转子盘6存在间隙67的方式配置在调速级喷嘴8的相反侧的圆环板部110，从调速级喷嘴8送入的工作流体作用于调速级动叶片12A。圆环板部110构成为，具有在与调速级喷嘴8的送入部61对应的位置形成的开口部112以及在与非送入部63对应的位置形成的封闭部113，并且圆环板部110的内周缘114位于比包含调速级动叶片12A的动叶片级31的转子盘6的外周面6a靠径向内侧的位置。

此外，在图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，圆环板部110的外周缘118形成为，位于至少比包含调速级动叶片12A的动叶片级31的转子盘6的外周面6a靠径向内侧的位置。

如上所述，在几个实施方式的涡轮1这样的部分送入涡轮中，从调速级喷嘴8经由送入部61部分送入的工作流体在通过了调速级动叶片12A之后，通过空间65，流入遍及整周而设置的第一静叶片级41的多个静叶片14彼此之间。此时，通过该空间65的工作流体有可能受到该转子盘6的旋转的影响，从而部分送入涡轮的效率降低。

关于这点，在图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，具备上述的圆环板部110。该圆环板部110构成为，其内周缘114位于比该转子盘6的外周面6a靠径向内侧的位置。因此，圆环板部110的从内周缘114所在的径向位置到该转子盘6的外周面6a所在的径向位置为止的圆环状的圆环区域116在从轴向观察时与该转子盘6重叠。因此，上述空间65中的、比圆环板部110靠静叶片14侧(下游侧)并且在从轴向观察时与圆环区域116重叠的重叠区域65a中，在重叠区域65a与该转子盘6之间存在圆环板部110的圆环区域116，因此工作流体不容易受到该转子盘6的旋转的影响。

因此，根据图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100，如上所述，工作流体不容易受到该转子盘6的旋转的影响，因此能够抑制部分送入涡轮的损失。

在图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，圆环板部110的内周缘114构成为，位于比静叶片14的径向内侧的端部14a靠径向内侧的位置，该静叶片14包含于隔着圆环板部110配置在与转子盘6相反的一侧的第一静叶片级41的静叶片环22。

由此，能够将重叠区域65a扩大到比第一静叶片级41中的静叶片14的径向内侧的端部14a靠径向内侧的位置。即，在上述空间65中的的重叠区域65a中，能够降低工作流体由于该转子盘6的旋转而受到的影响，该重叠区域65a比圆环板部110靠下游侧并且在从轴向观察时与圆环区域116重叠，该圆环区域116是从比第一静叶片级41的静叶片环22中的静叶片14的径向内侧的端部14a靠径向内侧的位置到包含调速级动叶片12A的动叶片级31的转子盘6的外周面6a所在的径向位置为止的区域。

由此，流入第一静叶片级41中的静叶片14的工作流体更不容易受到该转子盘6的旋转的影响，因此能够进一步抑制部分送入涡轮的损失。

在图1～4所示的几个实施方式的损失降低装置100中，除了开口部112的形成区域之外的圆环板部110的外周缘118固定于外壳2。另外，在图5、图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，通过将圆环板部110的外周缘118的附近的区域与第一静叶片级41的外周环18的上游侧的端面18a之间连接的连接部件131，而将圆环板部110的外周缘118附近的区域固定于第一静叶片级41的外周环18。

在图3、图4、图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，还具备连接部件120，该连接部件120的一端与圆环板部110的内周缘114连接，另一端与第一静叶片级41的静叶片环22的内周环16连接。

在图3所示的一个实施方式中，连接部件120为在周向上隔开间隔地配置的多个轴状部件122。另外，在图4、图6所示的几个实施方式中，连接部件120为具有从转子轴4的外周分离地形成的圆筒形状的圆筒部件124。

由此，圆环板部110的内周缘114在上述空间65内稳定地固定。

另外，根据图4、图6所示的几个实施方式，圆筒部件124从外周侧覆盖转子轴4，因此在上述空间65中，能够降低流入到设置于第一静叶片级41的静叶片环22的多个静叶片14彼此之间的工作流体由于转子轴4的旋转而受到的影响。

在图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，圆环板部110与包含调速级动叶片12A的动叶片级31的转子盘6的沿着轴向的距离x1比圆环板部110与第一静叶片级41的内周环16或者外周环18的沿着轴向的距离x2小。因此，上述空间65中的该转子盘6与圆环板部110的距离x1较短，因此上述空间65内的工作流体不容易受到该转子盘6的旋转的影响。另外，上述空间65中的圆环板部110与第一静叶片级41的距离x2较长，因此从调速级喷嘴8经由送入部61而部分送入的工作流体在通过了调速级动叶片12A之后，在比圆环板部110靠下游侧的空间65内容易遍及整周。因此，流入到第一静叶片级41的静叶片14彼此之间的工作流体的流动容易变得均匀而不取决于周向位置。由此，能够抑制部分送入涡轮的损失。

此外，如图1、图2所示，在包含调速级动叶片12A的动叶片级31的转子盘6形成有平衡孔6b的情况下，例如，如图2所示，可以以在从轴向观察时平衡孔6b与圆环板部110重叠的方式形成圆环板部110。由此，能够降低经由平衡孔6b而成为泄漏流的工作流体对工作流体的主流的影响，能够抑制部分送入涡轮的损失。

在图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100中，相对于转子盘6的整周，形成有送入部61的区域的比例可以为45％以下。

即，本发明的发明者们潜心研究的结果为，判明如下，若相对于转子盘6的整周，形成送入部61的区域的比例为45％以下、即部分送入率为45％以下，则通过图1～图6所示的几个实施方式的圆环板部110，能够有效地抑制部分送入涡轮的损失。

因此，根据图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100，通过使部分送入率为45％以下，能够有效地抑制部分送入涡轮的损失。

在图1～图6所示的几个实施方式的涡轮1中，具备图1～图6所示的几个实施方式的损失降低装置100，因此能够抑制部分送入涡轮的损失。

本发明不限于上述的实施方式，还包含对上述的实施方式施加了变形的方式和将这些方式适当地组合的方式。

符号说明

1 涡轮(部分送入涡轮)

2 外壳

4 转子轴

6 转子盘

8 调速级喷嘴

12 动叶片

12A 调速级动叶片

14 静叶片

16 内周环

18 外周环

22 静叶片环

61 送入部

65 空间

65a 重叠区域

112 开口部

114 内周缘

116 圆环区域

120 连接部件

Claims (4)

1.一种用于部分送入涡轮的损失降低装置，该部分送入涡轮包含调速级喷嘴，该调速级喷嘴构成为在周向上具有工作流体的送入部和非送入部，其特征在于，

所述损失降低装置具备圆环板部，该圆环板部构成为，相对于在外周面安装有调速级动叶片的转子盘以存在间隙的方式配置在所述调速级喷嘴的相反侧，从所述调速级喷嘴送入的所述工作流体作用于所述调速级动叶片，并且所述圆环板部具有在与所述调速级喷嘴的所述送入部对应的位置形成的开口部，并且所述圆环板部的内周缘位于比所述转子盘的所述外周面靠径向内侧的位置，

所述圆环板部的所述内周缘构成为，位于比静叶片的所述径向内侧的端部靠所述径向内侧的位置，该静叶片包含于隔着所述圆环板部配置在与所述转子盘相反的一侧的静叶片环，

所述损失降低装置还具备连接部件，该连接部件的一端与所述圆环板部的内周缘连接，另一端与所述静叶片环的内周环连接。

2.根据权利要求1所述的用于部分送入涡轮的损失降低装置，其特征在于，

所述连接部件具有从转子轴的外周分离地形成的圆筒形状。

3.根据权利要求1或2所述的用于部分送入涡轮的损失降低装置，其特征在于，

相对于所述转子盘的整周，形成所述送入部的区域的比例为45％以下。

4.一种部分送入涡轮，其特征在于，具备：

权利要求1至3中任一项所述的所述损失降低装置；

所述转子盘；以及

所述调速级喷嘴。