專利名稱：渦輪葉柵構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪葉柵構(gòu)造，特別涉及對葉片體的根部(葉片根部)及葉片頂部(葉片尖端部)中的至少一個施加改良，來實現(xiàn)降低基于工作流體的二次流的二次流損失的渦輪葉柵構(gòu)造。
背景技術(shù)：
在最近的蒸汽渦輪及燃氣渦輪等的軸流流體機械中，葉柵的強化受到重新認識，其中之一有降低基于工作流體的二次流的二次流損失。
基于該二次流的二次流損失成為與由葉片型式的形狀決定的葉型損失相匹敵的較大的損失。
這里，考慮二次流是根據(jù)以下所示的機理產(chǎn)生的。
圖27是說明從例如文獻『ガスタ一ビンの基礎(chǔ)と実隙』(燃氣渦輪的基礎(chǔ)與實際)(三輪著，平成元年3月18日發(fā)行，(株)成文堂書店，119頁)中引用的二次流的產(chǎn)生機理的概念圖。
另外，圖27是以渦輪噴嘴為例示的圖，是從葉片體的后緣側(cè)觀察的概念圖。
流入到設(shè)在由圖27所示的一個葉片體1a和相鄰的另一個葉片體1b所形成的葉柵，以及支承葉片體1a、1b的頂部及根部的壁面3a、3b之間的流路4中的工作流體、例如蒸汽，在通過流路4時，被彎曲為圓弧狀而流入到下一個葉柵中。
此時，從相鄰的另一個葉片體1b的背側(cè)5朝向一個葉片體1a的腹側(cè)6而產(chǎn)生離心力。為了與該離心力平衡，一個葉片體1a的腹側(cè)6的靜壓變高。另一方面，相鄰的另一個葉片體1b的背側(cè)5由于工作流體的流速較大而靜壓變低。
因此，在流路4中，從一個葉片體1a的腹側(cè)6朝向相鄰的另一個葉片體1b的背側(cè)5產(chǎn)生壓力梯度。該壓力梯度在生成于各個葉片體1a、1b的根部側(cè)及頂部側(cè)上的邊界層中也產(chǎn)生。
但是，邊界層由于流速較慢、離心力也較小，所以不能完全克服從一個葉片體1a的腹側(cè)6朝向相鄰的另一個葉片體1b的背側(cè)5的壓力梯度，而產(chǎn)生從腹側(cè)6朝向背側(cè)5流動的所謂工作流體的二次流。在該二次流中包含有在工作流體與葉片體1a、1b的前緣7a、7b碰撞時產(chǎn)生的所謂的馬蹄渦(馬蹄形狀渦)8a、8b的一部分。
馬蹄渦8a、8b橫截流路4朝向相鄰的葉片體1b的背側(cè)5而成為通道渦9并流動，在達到相鄰的另一個葉片體1b的背側(cè)5時，一邊與角渦10干涉一邊將邊界層卷起。這是所謂的二次流渦。
該二次流渦是使主流(驅(qū)動流體)的流動紊亂，葉柵效率底下的主要原因。
圖28是根據(jù)對該工作流體的二次流給葉柵效率降低帶來怎樣的影響進行3維數(shù)值流體解析而得到的損失線圖。另外，圖中，縱軸表示葉片體的高度，并且橫軸表示全壓。
根據(jù)3維數(shù)值流體解析可知，在葉片根部及葉片頂部的各自側(cè)中產(chǎn)生了從一個葉片體1a的腹側(cè)6朝向相鄰的另一個葉片體1b的背側(cè)5流動的所謂的二次流。
此外，如果仔細地觀察3維數(shù)值流體解析，則也可看到，在通過上述的通道渦9a、9b在相鄰的另一個葉片1b卷起而產(chǎn)生的二次流渦、和最開始在葉片體1a、1b的前端7a、7b處碰撞而生成的、沿著背側(cè)5流動的馬蹄渦8a、8b合流的區(qū)域(圖28中的A區(qū)域、B區(qū)域)中全壓損失顯著地變大。
這樣，作為探明二次流的機理、隨著二次流的機理的探明而控制基于二次流的葉柵的效率降低的技術(shù)，公開了例如日本專利特開平1-106903號公報、特開平4-124406號公報、特開平9-112203號公報、特開2000-230403號公報等許多技術(shù)。
最近，在美國專利第6,419,446號說明書中公開了在葉片體1a、1b的前緣7a、7b和壁面3a、3b之間的連接部分周圍的停滯區(qū)中設(shè)置嘴(cusp)狀的突出片來抑制通道渦9a、9b的強度、實現(xiàn)降低二次流損失的技術(shù)。
在文獻“Controlling Secondary-Flow Structure by Leading-EdgeAirfoil Fillet and Inlet Swirl to Reduce Aero-dynamic Loss and SurfaceHeat Transfers(Proceedings of ASME TRUBO EXPO 2002，June 3-6，2002 Amsterdam the Netherlands，GT-2002-30529)”中報告了如下技術(shù)如果在葉片體1a、1b的前緣7a、7b和壁面3a、3b之間的連接部分周圍的停滯區(qū)中設(shè)置嘴狀的突出片，則在該部分中工作流體加速，通過加速后的工作流體的流動來抵消馬蹄渦8a、8b、減弱通道渦9a、9b的強度。
此外，根據(jù)該文獻，也涉及到了帶有圓形的(圓型)嘴狀的突出片的效果，并且報告了，嘴狀的突出片由于具有使馬蹄渦8a、8b從葉片體1a、1b的前緣7a、7b遠離的作用，所以能夠減弱通道渦9a、9b的強度、實現(xiàn)葉柵損失的降低，但是作為其條件需要圓型嘴狀的突出片的棱線(分離線)與工作流體的停滯點(對工作流體的葉片體的前緣的碰撞部分)一致。
但是，由于工作流體向葉片體1a、1b的流入隨著負荷(輸出)的變動而流量增減，所以難以控制其入射角。特別是，在啟動運轉(zhuǎn)時及部分負荷運轉(zhuǎn)時，工作流體的入射角的控制較難。
因此，期望實現(xiàn)與上述美國專利第6,419,446號說明書中記載的技術(shù)相比進一步擴大適用范圍、即使在有工作流體的流量變動、圓型嘴狀的突出片的棱線與工作流體的停滯點不一致的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)降低二次流損失的渦輪葉柵。
本發(fā)明是根據(jù)這樣的情況而做出的，其目的是提供一種即使工作流體的流量變動，隨之工作流體向葉片體的前緣的入射角變動，也能夠?qū)崿F(xiàn)降低基于二次流的二次流損失的渦輪葉柵構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容
有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造，為了達到上述目地，多個葉片在壁面上沿著圓周方向以列狀配置，其特征在于，在被支承于壁面上的各葉片體的與工作流體流相對置的前緣部和上述壁面之間的角部，設(shè)有向工作流體流的上游側(cè)延伸的包覆部。
另外，在上述觀點的優(yōu)選實施例中，上述包覆部設(shè)在葉片體的根部側(cè)及頂部側(cè)中的至少一個上。
上述包覆部可以從上游側(cè)朝向葉片體的前緣的高度方向而形成為隆起部。上述隆起部形成為從上游側(cè)的延伸末端部分朝向葉片體的前緣的高度方向的凹曲面狀。
形成為上述凹曲面狀的隆起部的特征在于，在從上游側(cè)的延伸末端部分向葉片體的前緣的距離為Lo、從壁面向上述前緣的高度方向的距離為Ho時，將距離Lo設(shè)定為Lo＝(2～5)Ho的范圍，并且，在工作流體的邊界層的厚度為T時，將從上述壁面向上述前緣的高度方向的距離Ho設(shè)定在Ho＝(0.5～2.0)T的范圍內(nèi)。
另外，形成為上述凹曲面狀的隆起部，也可形成為以與葉片體的前緣碰撞的工作流體的停滯點為基準、分別朝向上述葉片體的腹側(cè)及背側(cè)延伸的扇狀。形成為上述扇狀的隆起部，在以與葉片體的前緣碰撞的工作流體的停滯點為基準的角度為θ時，可以將該角度θ設(shè)定在θ＝±15°～±60°的范圍內(nèi)。
上述包覆部形成為從上游側(cè)朝向葉片體的前緣的高度方向的隆起部，并且，可以從預(yù)先分體制作的包覆連接片、與上述葉片體一體切削出的片、以及通過焊接施工形成的堆焊部中選擇任一個而構(gòu)成上述隆起部。
進一步，上述葉片體在葉片體的根部側(cè)及頂部側(cè)中的至少一個處，被上述壁面支承。
可以是，上述葉片體在其根部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面形成為從葉片體的前緣朝向上游側(cè)而右邊下降的直線狀的傾斜面。也可以是，上述葉片體在其根部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面形成為從葉片體的中間部分朝向上游的前緣側(cè)而右邊下降的傾斜曲面。
可以是，上述葉片體在其根部側(cè)及頂部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面分別形成為從葉片體的前緣朝向上游側(cè)而右邊下降的直線狀的傾斜面及右邊上升的直線狀的傾斜面。另外，也可以是，上述葉片體在其根部側(cè)及頂部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面分別形成為從葉片體的中間部分朝向上游的前緣側(cè)而右邊下降的傾斜曲面及右邊上升的傾斜曲面。
進一步，可以是，上述葉片體在其根部側(cè)及頂部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面形成為支承葉片體的根部側(cè)的壁面形成為從上述葉片體的中間部分朝向上游的前緣側(cè)而右邊下降的傾斜曲面，并且，支承上述葉片體的頂部側(cè)的壁面形成為從葉片體的前緣朝向上游側(cè)而右邊上升的直線狀的傾斜面。
另外，支承上述葉片體的壁面的特征在于平坦地形成。
根據(jù)上述有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉片構(gòu)造，由于構(gòu)成為，將鋪設(shè)在葉片體與壁面之間的角部的包覆部形成為截面為曲面狀的隆起部，使該隆起部的延伸末端部分朝向上游側(cè)延伸以增大表面積，在增大了表面積的上述曲面狀的隆起部處工作流體的流動加速，來抑制從上述葉片體的前緣生成馬蹄渦，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。相應(yīng)地，本發(fā)明的葉柵構(gòu)造可以適用于例如渦輪的動葉片、以及靜葉片(渦輪噴嘴)中，能夠減弱工作流體流引起的通道渦的強度、進一步降低二次流損失。
下面參照附圖的優(yōu)選的實施例，更詳細地說明本發(fā)明。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第1實施方式的概念圖。
圖2是從圖1的II-II方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖3是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第2實施方式的概念圖。
圖4是從圖3的IV-IV方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖5是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第3實施方式的概念圖。
圖6是從圖5的VI-VI方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖7是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第4實施方式的概念圖。
圖8是從圖7的VIII-VIII方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖9是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第5實施方式的概念圖。
圖10是從圖9的X-X方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖11是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第6實施方式的概念圖。
圖12是從圖11的XII-XII方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖13是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第7實施方式的概念圖。
圖14是從圖13的XIV-XIV方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖15是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第8實施方式的概念圖。
圖16是從圖15的XVI-XVI方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖17是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第9實施方式的概念圖。
圖18是從圖17的XVIII-XVIII方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖19是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第10實施方式的概念圖。
圖20是從圖19的XX-XX方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖21是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第11實施方式的概念圖。
圖22是從圖21的XXII-XXII方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖23是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第12實施方式的概念圖。
圖24是從圖23的XXIV-XXIV方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖25是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第13實施方式的概念圖。
圖26是從圖25的XXVI-XXVI方向觀察的渦輪葉柵構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖27是表示以往的渦輪葉柵構(gòu)造的概念圖。
圖28是表示以往的渦輪葉柵構(gòu)造的二次流損失的線圖。
具體實施例方式
下面引用附圖及附屬于附圖的標號說明有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的實施方式。
圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第1實施方式的概念圖。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造涉及例如植設(shè)在渦輪盤等大體平坦地形成的壁面13上的多個動葉片的列狀構(gòu)造，具備具有如下特征的構(gòu)造在沿著圓周方向配置成列狀的一個葉片體11a與相鄰的另一個葉片體11b的各自的前緣12a、12b、和壁面13之間的角部(根部)上，設(shè)有從前緣12a、12b朝向工作流體的上游側(cè)較長地延伸的包覆部(圓角)14a、14b。
上述包覆部(圓角)14a、14b包圍葉片體11a、11b的前緣12a、12b而鋪設(shè)。
包覆部14a、14b如圖2所示，從壁面13的工作流體流的上游側(cè)的延伸末端部分15a、15b朝向葉片體11a、11b的前緣12a、12b的高度方向，截面形成為例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b，該隆起部16a、16b可由下列中的任意一種構(gòu)成預(yù)先分體制作的包覆連接片、與葉片體11a、11b一體切出的片、通過焊接施工形成的堆焊部。
此外，截面形成為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，在從延伸末端部分15a、15b向葉片體11a、11b的前緣12a、12b的距離為Lo、從壁面13向前緣12a、12b的高度方向的距離為Ho時，使距離Lo為Lo＝(2～5)Ho，并且考慮到邊界層的厚度T，將從壁面13向高度方向的距離Ho設(shè)定在Ho＝(0.5～2.0)T左右的范圍內(nèi)。
這樣，本實施方式構(gòu)成為，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上設(shè)置從葉片體11a、11b的前緣12a、12b朝向工作流體流的上游側(cè)延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向隆起為例如凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，在該包覆部14a、14b處工作流體的流動加速，來抑制馬蹄渦的生成，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
圖3、圖4是表示例示了渦輪動葉片的有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第2實施方式的概念圖。
另外，對于與第1實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標號。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造與第1實施方式同樣，例如在植設(shè)于渦輪盤等大體平坦地形成的壁面13上的、并且沿著圓周方向配置成列狀的葉柵的一個葉片體11a與相鄰的另一個葉片體11b的各自的前緣12a、12b和壁面13之間的角部上，設(shè)置從前緣12a、12b朝向工作流體的上游側(cè)較長地延伸的包覆部(圓角)14a、14b，并且，將該包覆部14a、14b形成為相對于葉片的前緣12a、12b分別朝向葉片體11a、11b的腹側(cè)17a、17b及背側(cè)18a、18b延伸的扇狀。
形成為扇狀的包覆部14a、14b在對以停滯點(工作流體與前緣碰撞的位置)為基點朝向葉片體11a、11b的各自的腹側(cè)17a、17b及背側(cè)18a、18b分配角度θ時，將該角度θ設(shè)定為±15°≤θ≤±60°的范圍內(nèi)。
此外，形成為扇狀的包覆部14a、14b與第1實施方式同樣，如圖4所示，從壁面13的上游側(cè)的延伸末端部分15a、15b朝向葉片體11a、11b的前緣12a、12b的高度方向，截面形成為例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b，該隆起部16a、16b可由下列中的任意一種構(gòu)成預(yù)先分體制作的包覆連接片、與葉片體11a、11b一體切削出的片、通過焊接施工形成的堆焊部。
此外，截面形成為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b與第1實施方式同樣，在從延伸末端部分15a、15b向葉片體11a、11b的前緣12a、12b的距離為Lo、從壁面13向高度方向的距離為Ho時，使距離Lo為Lo＝(2～5)Ho，并且考慮到邊界層的厚度T，將從壁面13向高度方向的距離Ho設(shè)定在Ho＝(0.5～2.0)T左右的范圍內(nèi)。
這樣，本實施方式構(gòu)成為，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上，設(shè)置從葉片體11a、11b的前緣12a、12b朝向工作流體流的上游側(cè)延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向隆起為例如凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，并且使包覆部14a、14b對應(yīng)于工作流體的向前緣12a、12b的入射角的較大變動而形成為扇狀，在該包覆部14a、14b處工作流體的流動加速，另一方面使馬蹄渦遠離前緣12a、12b，來抑制馬蹄渦的生成，并且將邊界層減薄，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
另外，有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造應(yīng)用在渦輪動葉片中，但并不限于該例，例如也可以如圖5及圖6所示那樣，應(yīng)用在渦輪噴嘴(靜葉片)中。
即，渦輪噴嘴是用設(shè)在頂部側(cè)的隔板外環(huán)等平坦地形成的壁面13b和設(shè)在根部側(cè)的隔板內(nèi)環(huán)等平坦地形成的壁面13a，支承著沿著圓周方向配置為列狀的葉片體11a、11b。
對于具備這樣的結(jié)構(gòu)的渦輪噴嘴(靜葉片)，本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造是在葉片體11a、11b的前緣12a、12b的根部側(cè)與壁面13a之間的角部上設(shè)置形成為扇狀的包覆部14a1、14b1，并且在葉片體11a、11b的頂部側(cè)與壁面13b之間的角部上設(shè)置形成為扇狀的包覆部14a2、14b2。另外，其他結(jié)構(gòu)要素及與其對應(yīng)的部分由于與第2實施方式相同，所以省略重復(fù)說明。
這樣，本實施方式在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上設(shè)置從渦輪噴嘴的葉片體11a、11b的前緣12a、12b的根部側(cè)及頂部側(cè)分別朝向上游側(cè)延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向隆起為例如凹曲面狀的隆起部16a1、16a2、16b1、16b2的包覆部14a1、14a2、14b1、14b2，并且使包覆部14a1、14a2、14b1、14b2對應(yīng)于工作流體向前緣12a、12b的入射角的較大變動而形成為扇狀，通過包覆部14a1、14a2、14b1、14b2使工作流體的流動加速，另一方面使馬蹄渦遠離前緣12a、12b，來抑制馬蹄渦的生成，并且將邊界層減薄，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
圖7及圖8是表示例示了渦輪動葉片的有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第4實施方式的概念圖。
另外，對于與第1實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標號。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造與第1實施方式同樣，在植設(shè)于渦輪盤等的壁面13上的葉柵構(gòu)造中的一個葉片體11a與相鄰的另一個葉片體11b的各自的前緣12a、12b和壁面13之間的角部(根部)上，將從前緣12a、12b朝向上游側(cè)較長地延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b設(shè)置在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)向右邊下降的直線狀的傾斜面19。
另外，其他結(jié)構(gòu)要素及與其對應(yīng)的部分由于與第1實施方式相同，所以省略重復(fù)說明。
這樣，本實施方式構(gòu)成為，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上設(shè)置從葉片體11a、11b的前緣12a、12b朝向上游側(cè)延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)右邊下降的直線狀的傾斜面19，在該包覆部14a、14b及傾斜面19處工作流體的流動加速，來抑制馬蹄渦的生成，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
圖9及圖10是表示例示了渦輪動葉片的有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第5實施方式的概念圖。
另外，對于與第1實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標號。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造與第1實施方式同樣，在植設(shè)于渦輪盤等的壁面13上的葉柵的一個葉片體11a與相鄰的另一個葉片體11b的各自的前緣12a、12b和壁面13之間的角部(根部)上，將從前緣12a、12b朝向上游側(cè)較長地延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的長度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b設(shè)置在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從葉片體11a、11b的中間部分向上游的前緣12a、12b側(cè)的右邊下降的傾斜曲面20。
另外，其他結(jié)構(gòu)要素及與其對應(yīng)的部分由于與第1實施方式相同，所以省略重復(fù)說明。
這樣，本實施方式構(gòu)成為，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上設(shè)置從葉片體11a、11b的前緣12a、12b朝向上游側(cè)延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從葉片體11a、11b的中間部分朝向上游的前緣12a、12b側(cè)的右邊下降的傾斜曲面20，在該包覆部14a、14b及傾斜曲面20處工作流體的流動加速，來抑制馬蹄渦的生成，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
圖11及圖12是表示例示了渦輪動葉片的有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第6實施方式的概念圖。
另外，對于與第2實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標號。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造與第2實施方式同樣，在植設(shè)于渦輪盤等的壁面13上的葉柵的一個葉片體11a與相鄰的另一個葉片體11b的各自的前緣12a、12b和壁面13之間的角部上，將從前緣12a、12b朝向上游側(cè)較長地延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b并且相對于前緣12a、12b形成扇狀的包覆部14a、14b裝備在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊下降的直線狀的傾斜面19。
另外，其他結(jié)構(gòu)要素及與其對應(yīng)的部分由于與第2實施方式相同，所以省略重復(fù)說明。
這樣，本實施方式構(gòu)成為，將從葉片體11a、11b的前緣12a、12b朝向上游側(cè)延伸的、截面以扇狀形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b裝備在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊下降的直線狀的傾斜面19，在包覆部14a、14b及傾斜面19處工作流體的流動加速，使馬蹄渦遠離前緣12a、12b，來抑制馬蹄渦的生成，并且將邊界層減薄，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
圖13及圖14是表示例示了渦輪噴嘴(靜葉片)的有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第7實施方式的概念圖。
另外，對于與第1實施方式及第3實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標號。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造與第3實施方式同樣，在由設(shè)在渦輪噴嘴的頂部側(cè)的隔板外環(huán)等的壁面13a和設(shè)在渦輪噴嘴的根部側(cè)的隔板內(nèi)環(huán)等的壁面13b支承的葉柵構(gòu)造中的葉片體11a、11b的前緣12a、12b的各個頂部側(cè)及根部側(cè)與各個壁面13a、13b之間的角部上，設(shè)置有包覆部14a1、14a2、14b1、14b2。
包覆部14a1、14a2、14b1、14b2從渦輪噴嘴的葉片體11a、11b的前緣12a、12b的各個根部側(cè)及頂部側(cè)朝向上游側(cè)延伸，截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a1、16a2、16b1、16b2，并且，使隆起部16a1、16a2、16b1、16b2對應(yīng)于工作流體向前緣12a、12b的入射角的較大變動而形成為扇狀。
此外，在本實施方式中，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中的、根部側(cè)的壁面13a，形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊下降的直線狀的傾斜面19a，并且將頂部側(cè)的壁面13b也形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊上升的直線狀的傾斜面19b。
另外，其他結(jié)構(gòu)要素及與其對應(yīng)的部分由于與第1實施方式及第3實施方式相同，所以省略重復(fù)說明。
這樣，在本實施方式中，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上設(shè)置從葉片體11a、11b的前緣12a、12b的各個根部側(cè)及頂部側(cè)朝向上游側(cè)延伸的、截面以扇狀形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a1、16a2、16b1、16b2的包覆部14a1、14a2、14b1、14b2，使包覆部14a1、14a2、14b1、14b2對應(yīng)于工作流體向前緣12a、12b的入射角的較大變動而形成為扇狀。
另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中的、根部側(cè)的壁面13a形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊下降的直線狀的傾斜面19a，并且將頂部側(cè)的壁面13b形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊上升的直線狀的傾斜面19b，在各個根部側(cè)和頂部側(cè)的包覆部14a1、14a2、14b1、14b2及傾斜面19a、19b處工作流體的流動加速，使馬蹄渦遠離前緣12a、12b，來抑制馬蹄渦的生成，并且將邊界層減薄，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低葉片體11a、11b的各個根部側(cè)及頂部側(cè)的二次流損失。
另外，在本實施方式中，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中的、根部側(cè)的壁面13a形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊下降的直線狀的傾斜面19a，并且將頂部側(cè)的壁面13b形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊上升的直線狀的傾斜面19b，但并不限于該例，也可以如圖15及圖16所示那樣，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中，根部側(cè)的壁面13a形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊下降的直線狀的傾斜面19a，或者也可以如圖17及圖18所示那樣，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b中的頂部側(cè)的壁面13b形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)的右邊上升的直線狀的傾斜面19b。
圖19及圖20是表示例示了渦輪動葉片的有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造的第10實施方式的概念圖。
另外，對于與第2實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的標號。
有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造與第2實施方式同樣，例如在植設(shè)于渦輪盤等的壁面13上的葉柵的一個葉片體11a與相鄰的另一個葉片體11b的各自的前緣12a、12b和壁面13之間的角部上，將從前緣12a、12b朝向上游側(cè)較長地延伸的、截面形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b、并且相對于前緣12a、12b形成為扇狀的包覆部14a、14b，設(shè)置在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從葉片體11a、11b的前緣12a、12b的中間部分朝向上游的前緣12a、12b側(cè)的右邊下降的傾斜曲面20。
另外，其他結(jié)構(gòu)要素及與其對應(yīng)的部分由于與第2實施方式相同，所以省略重復(fù)說明。
這樣，本實施方式構(gòu)成為，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b上設(shè)置從葉片體11a、11b的前緣12a、12b朝向上游側(cè)延伸的、截面以扇狀形成為朝向前緣12a、12b的高度方向例如隆起為凹曲面狀的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，另一方面，將支承葉片體11a、11b的壁面13形成為從葉片體11a、11b的前緣12a、12b的中間部分朝向上游的前緣12a、12b側(cè)的右邊下降的傾斜曲面20，在包覆部14a、14b及傾斜曲面20處工作流體的流動加速，使馬蹄渦遠離前緣12a、12b，來抑制馬蹄渦的生成，并且將邊界層減薄，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失。
另外，有關(guān)本實施方式的渦輪葉柵構(gòu)造應(yīng)用在渦輪動葉片中，但并不限于該例，也可以應(yīng)用在渦輪噴嘴(靜葉片)中。在此情況下，渦輪噴嘴如圖21及圖22所示那樣，在葉片體11a、11b的前緣12a、12b的根部側(cè)與壁面13a之間的角部，具備形成為扇狀的包覆部14a1、14b1，并且在葉片體11a、11b的頂部側(cè)與壁面13b之間的角部，也具備扇狀的包覆部14a2、14b2。
此外，有關(guān)本實施方式的渦輪噴嘴是通過壁面13a、13b支承葉片體11a、11b的兩端，但也可以例如圖21及圖22所示那樣，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中、根部側(cè)及頂部側(cè)的各自的壁面13a、13b，形成為從葉片體11a、11b的中間部分朝向上游的前緣12a、12b側(cè)而右邊下降及右邊上升的各個傾斜曲面20a、20b，此外也可以如圖23及圖24所示那樣，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中的根部側(cè)的壁面13a，形成為從葉片體11a、11b的中間部分朝向上游的前緣12a、12b側(cè)而右邊下降的傾斜曲面20a，此外也可以如圖25及圖26所示那樣，將支承葉片體11a、11b的壁面13a、13b之中的根部側(cè)的壁面13a形成為從葉片體11a、11b的中間部分朝向上游的前緣12a、12b側(cè)而右邊下降的傾斜曲面20a，將頂部側(cè)的壁部13b形成為從前緣12a、12b朝向上游側(cè)右邊上升的直線狀的傾斜面19。
工業(yè)實用性由于有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造構(gòu)成為，將鋪設(shè)在葉片體與壁面之間的角部的包覆部形成為截面為曲面狀的隆起部，使該隆起部的延伸末端部分朝向上游側(cè)延伸以增大表面積，在增大了表面積的上述曲面狀的隆起部處工作流體的流動加速，來抑制從上述葉片體的前緣生成馬蹄渦，所以能夠減弱通道渦的強度，進一步降低二次流損失，本發(fā)明的葉柵構(gòu)造可以適用于例如渦輪的動葉片、以及靜葉片(渦輪噴嘴)中，是能夠減弱工作流體流引起的通道渦的強度、進一步降低二次流損失等的具有較強的工業(yè)實用性的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉柵構(gòu)造，多個葉片在壁面上沿著圓周方向以列狀配置，其特征在于，在被支承于壁面上的各葉片體的與工作流體流相對置的前緣部和上述壁面之間的角部，設(shè)有向工作流體流的上游側(cè)延伸的包覆部。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述包覆部設(shè)在葉片體的根部側(cè)及項部側(cè)中的至少一個上。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述包覆部從上游側(cè)朝向葉片體的前緣的高度方向而形成為隆起部。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述隆起部形成為從上游側(cè)的延伸末端部分朝向葉片體的前緣的高度方向的凹曲面狀。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，在形成為上述凹曲面狀的隆起部中，在從上游側(cè)的延伸末端部分向葉片體的前緣的距離為Lo、從壁面向上述前緣的高度方向的距離為Ho時，將距離Lo設(shè)定為Lo＝(2～5)Ho的范圍，并且，在工作流體的邊界層的厚度為T時，將從上述壁面向上述前緣的高度方向的距離Ho設(shè)定在Ho＝(0.5～2.0)T的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，形成為上述凹曲面狀的隆起部，形成以與葉片體的前緣碰撞的工作流體的停滯點為基準、分別朝向上述葉片體的腹側(cè)及背側(cè)延伸的扇狀。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，形成為上述扇狀的隆起部，在以與葉片體的前緣碰撞的工作流體的停滯點為基準的角度為θ時，將該角度θ設(shè)定在θ＝±15°～±60°的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述包覆部形成為從上游側(cè)朝向葉片體的前緣的高度方向的隆起部，并且，從預(yù)先分體制作的包覆連接片、與上述葉片體一體切削出的片、以及通過焊接施工形成的堆焊部中選擇任一個而構(gòu)成上述隆起部。
9.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述葉片體在葉片體的根部側(cè)及頂部側(cè)中的至少一個處，被上述壁面支承。
10.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述葉片體在其根部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面形成從葉片體的前緣朝向上游側(cè)而右邊下降的直線狀的傾斜面。
11.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述葉片體在其根部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面形成從葉片體的中間部分朝向上游的前緣側(cè)而右邊下降的傾斜曲面。
12.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述葉片體在其根部側(cè)及頂部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面分別形成從葉片體的前緣朝向上游側(cè)而右邊下降的直線狀的傾斜面及右邊上升的直線狀的傾斜面。
13.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述葉片體在其根部側(cè)及項部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面分別形成從葉片體的中間部分朝向上游的前緣側(cè)而右邊下降的傾斜曲面及右邊上升的傾斜曲面。
14.如權(quán)利要求9所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，上述葉片體在其根部側(cè)及頂部側(cè)被上述壁面支承，上述壁面形成為支承葉片體的根部側(cè)的壁面形成從上述葉片體的中間部分朝向上游的前緣側(cè)而右邊下降的傾斜曲面，并且，支承上述葉片體的頂部側(cè)的壁面形成從葉片體的前緣朝向上游側(cè)而右邊上升的直線狀的傾斜面。
15.如權(quán)利要求1所述的渦輪葉柵構(gòu)造，其特征在于，支承上述葉片體的壁面平坦地形成。
全文摘要
有關(guān)本發(fā)明的渦輪葉柵構(gòu)造，是多個葉片在壁面上沿著圓周方向以列狀配置的渦輪的葉柵構(gòu)造，是在被支承于壁面上的各葉片體的與工作流體流對置的前緣部和上述壁面之間的角部上設(shè)有朝向工作流體流的上游側(cè)延伸的包覆部的構(gòu)造。根據(jù)該渦輪葉柵構(gòu)造，即使工作流體向葉片體的前緣的入射角變動，也能夠?qū)崿F(xiàn)降低基于二次流的二次流損失。
文檔編號F01D9/02GK1875169SQ200480032510
公開日2006年12月6日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者松田壽, 豬亦麻子, 大友文雄, 川岸裕之, 野村大輔 申請人:株式會社東芝