【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸気タービン、ガスタービン、あるいは軸流圧縮機などの軸流型ターボ機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流型ターボ機械、例えば軸流タービンでは、図８に示すように流体が静翼１０１と動翼１０２とに亘って流れる主流に加えて、流体の一部が主流から分かれて静翼１０１の先端部と動翼１０２の先端部を回り込んで再び主流に流れ込む洩れ流れ（図中破線で示す）が生じる。この洩れ流れは静翼１０１の先端部と動翼１０２の先端部を回り込んだ後に、タービン周方向において主流に対して異なった角度（傾斜した）方向で主流に流れ込む。このように洩れ流れが角度を持って主流に入ると、両者のミキシングにより流体の流れが大きく乱れて損失が大きく、この損失がタービンの性能を低下させている。
【０００３】
そこで、従来は図８に示すように静翼１０１の先端部にシール１０３をタービン周方向に沿って設けるとともに、シール１０４をケーシング１０５に動翼１０２の先端部に対向してタービン周方向に沿って設けている。これらシール１０３、１０４は静翼１０１の先端部と動翼１０２の先端部を回り込む夫々の洩れ流れを阻害し、洩れ流れの流量を減少させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように静翼１０１の先端部と動翼１０２の先端部を回り込む洩れ流れを阻害して洩れ流れの流量を減少させる構成は、ロータが軸方向に膨張して動翼が軸方向に変位してケーシングに設けたシールに対して位置ずれを生じ、シールが期待したように洩れ流れを阻害することができない、などの理由により、洩れ流れが主流に入り込む時に生じるミキシングの発生を抑える作用に限界があった。
【０００５】
本発明は、洩れ流れが主流に入り込む時に生じるミキシングの発生を効果的に抑えることができる軸流型ターボ機械を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸流型ターボ機械は、ケーシングに設けられた静翼と、ロータに設けられた動翼とを具備する軸流型ターボ機械において、流体の洩れ流れが流体の主流に入る時の方向を主流の方向に向ける整流体を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な考え方について図７を参照して説明する。図７は静翼と動翼における流体の流れ方向（角度）を示す平面図である。図中１は静翼、２は動翼で、夫々横断面で示している。動翼２の入口における主流方向は図示するものである。すなわち、Ｖ１ａは絶対流入速度、Ｖ１ｂは相対流入速度、Ｖ１ｃは動翼回転周速度である。静翼１の先端部では洩れ流れがＶ１ｄの方向に流れて主流に入る。動翼２の出口における主流の流れ方向は図示するものである。すなわち、Ｖ２ａは絶対流出速度、Ｖ２ｂは相対流出速度、Ｖ２ｃは動翼回転周速度である。動翼２の先端部では洩れ流れがＶ２ｄの方向に流れて主流に入る。
【０００８】
本発明では、静翼１の先端部を流れる洩れ流れの速度Ｖ１ｄを、整流体により静翼１の出口における主流の絶対流出速度Ｖ１ａの方向に向ける。動翼２の先端部を流れる洩れ流れの速度Ｖ２ｄを、整流体により静翼１の出口における主流の絶対流出速度Ｖ２ａの方向に向ける。
【０００９】
本発明に係る第１ないし第３の実施の形態について図面を参照して説明する。これら各実施の形態はいずれも軸流型タービンに適用したものである。
【００１０】
第１の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。この実施の形態は動翼に対して洩れ流れ下流側に整流体を設けたものである。図１はこの軸流型タービンにおいて静翼および動翼を設けた部分（直径方向半分の部分）を模式的に示す断面図、図２は整流体を図１のＡ矢視方向から見て模式的に示す図である。
【００１１】
図中１は静翼、２は動翼である。静翼１はケーシング１１における軸方向に間隔を置いた複数箇所に、夫々ケーシング１１の半径方向に沿って配置されて周方向に複数並べて取付けられている。ケーシング１１の周方向に並ぶ各静翼１の先端部にはこれら静翼１を囲む部材１２が取付けられている。このようにケーシング１１の軸方向に間隔を置いた複数箇所に、複数の静翼１を周方向に並べて構成される静翼翼列が夫々設けられる。
【００１２】
動翼２はケーシング１１の内部に設けられたロータ１３における軸方向に間隔を置いた複数箇所に、夫々ロータ１３の半径方向に沿って配置されて周方向に複数並べて取付けられている。各動翼２は静翼１が設けられる各位置の間の位置に設けられる。ロータ１３の周方向に並ぶ各動翼２の先端部にはこれら動翼２を囲む覆い体（シュラウド）１４が夫々取付けられている。このようにロータ１３の軸方向に間隔を置いた複数箇所に、複数の動翼２を周方向に並べて構成される静翼翼列が夫々設けられる。
【００１３】
ケーシング１１における各動翼翼列に対向する各箇所は動翼２の先端部を囲む環状の溝部となっており、ロータ１３における各静翼翼列に対向する部分は静翼１の部材１２を囲む環状の溝部となっている。
【００１４】
各静翼翼列に並ぶ各静翼１に取付けられた部材１２の外周面には静翼翼列の周方向全体に亘りシール１５が取付けられている。ケーシング１１の溝部には、動翼翼列に並ぶ各動翼２に取付けられた覆い体１４の外周面に面して動翼翼列の周方向全体に亘りシール１６が取付けられている。シール１５は静翼１の部材１２とロータ１３の溝部との間を流れる流体の洩れ流れを阻害して流量を減少させようとするものであり、シール１６は動翼２の先端部（覆い体１４を含む）とケーシング１１との間を流れる流体の洩れ流れを阻害して流量を減少させようとするものである。
【００１５】
図１および図２では各シール１５、１６を１個ずつ設けているが、これに限定されず必要に応じてケーシング１１の軸方向およびロータ１３の軸方向に間隔を存して複数個を設けるようにしても良い。
【００１６】
図中２１は整流体で、この整流体２１は、動翼２の先端部とこの動翼２の先端部を囲むケーシング１１の溝部との間に形成される隙間を流れる流体の洩れ流れを案内してその方向（角度）を、動翼２の流体出口における主流の流れ方向に向けるものである。
【００１７】
整流体２１は動翼翼列において並ぶ動翼２の先端部に対して洩れ流れの下流側に位置して設けられている。すなわち、ケーシング１１に各動翼翼列に対向して形成された環状の溝部において、動翼翼列に並ぶ動翼２の先端部に対して洩れ流れの下流側に位置する箇所には、動翼２の周囲を囲む同一円周上に多数の整流体２１がロータ１３の周方向（動翼並び方向）に間隔を置いて並べて設けられている。各整流体２１はケーシング１１に一体に形成されている、または独立して製作されて適宜な手段によりケーシング１１に取付けられている。
【００１８】
各整流体２１は平坦な板材からなるもので、ロータ１３の中心軸線（軸方向）に対して平行で、図２に示すようにロータ１３の直径方向線に対して所定角度θをもって傾けて配置されている。例えば、図１においてＡ方向から見た場合、図２に示すように各整流体２１が揃ってロータ１３の直径方向線に対して反時計方向へ向けて所定角度θで傾いて配置されている。例えば整流体２１が傾く角度は３０度である。この整流体２１の角度は洩れ流れを動翼２の出口における主流の流れ方向に向けるためのものである。
【００１９】
前述したようにケーシング１１における各動翼翼列に対向する箇所は、動翼２の先端部および覆い体１４を囲む環状溝部となっており、後述するように流体の洩れ流れがこの溝部の幅方向（ロータ１３の軸方向）に沿って流れるようになっている。そこで、整流体２１は水平部と垂直部が直角に交叉する形状をなしている。すなわち、動翼２の先端部を囲む環状溝部において動翼２および覆い体１４を囲むように水平部分と垂直部分とが交叉する角部に、整流体２１がその水平部と垂直部を組合せて配置されている。
【００２０】
なお、整流体２１の水平部分と垂直部分の大きさ、ロータ周方向に沿う整流体２１の数および配置間隔、整流体２１の傾き角度θ、整流体２１のケーシング１１の面からの高さなどの条件は、整流体２１に要求される機能を効果的に発揮できるように設定する。特に整流体２１の傾き角度θは、洩れ流れを動翼２の出口における主流の流れ方向に向ける上で重要な条件である。また、整流体２１は平坦なものに限定されず、円弧をなすものであっても良い。
【００２１】
この構成における作用について述べる。流体はケーシング１１に設けた静翼翼列の各静翼１の翼面に沿って案内され、ロータ１３に設けた各動翼翼列の各動翼２の翼面に衝突する。この流体のエネルギーにより動翼２およびロータ１３が回転する。動翼２に衝突した流体は再び静翼翼列の各静翼１の翼面に沿って流れ、さらに動翼の各動翼２の翼面に案内される。この流体の流れは主流である。図では実線で示している。図７に示すように主流は動翼２の入口において絶対流入速度速度Ｖ１ａで流入し、動翼２の出口では絶対流出速度Ｖ２ａで流出する。
【００２２】
ここで、静翼翼列における各静翼１の出口から流出する流体の一部は主流から分かれて、動翼翼列における各動翼２の先端部に取付けた覆い体１４と、この覆い体１４を囲むケーシング１１の溝部との間の隙間をケーシング１１およびロータ１３の軸方向（溝部の幅方向）に沿って流れ、主流方向下流側にある静翼翼列における各静翼１の入口で再び主流と合流する。この流体の流れは洩れ流れである。図では破線で示している。
【００２３】
説明を加える。洩れ流れの流体は、動翼２の入口側から、動翼２の先端部に取付けた覆い体１４とこの覆い体１４を囲むケーシング１１の溝部との間の隙間に流入して動翼２の出口に向けて流れる。ここで、覆い体１４の外周側を囲んでケーシング１１に設けたシール１６は、覆い体１４とケーシング１１の溝部との間の隙間を流れる流体の洩れ流れを阻止する。このため、覆い体１４とケーシング１１との間の隙間へ流入する洩れ流れがある程度抑制されて流量がある程度減少する。シール１６を乗り越えた洩れ流れの流体は覆い体１４とケーシング１１との間の隙間を流れ、動翼２の出口においてケーシング１１の溝部の角部と覆い体１４の角部で挟まれた部分、すなわち動翼２の先端部に対して洩れ流れ下流側の部分に達する。
【００２４】
この箇所には複数の整流体２１がロータ１３の周方向に並べて設けられている。この箇所に整流体２１が設けられていない場合には、洩れ流れの流体は図７に示すように周方向において主流とは異なる角度を持った（傾斜した）方向で流れて主流の流体に合流する。これに対して各整流体２１は、図２に示すように動翼２に対して洩れ流れ下流側の部分に達した洩れ流れの流体を動翼２の出口における主流の流れ方向へ向けて案内する。
【００２５】
このため、動翼２の先端部である覆い体１４とケーシング１１の溝部との間の隙間における動翼２の出口において、ケーシング１１（ロータ１３）の周方向全体にわたり洩れ流れの流体が主流の流れ方向と同じ方向、または主流の流れ方向に寄った方向に沿って流れて主流の流体と合流する。すなわち、洩れ流れの流体はケーシング１１（ロータ１３）の周方向において主流に対して角度を持つことなく（傾斜することなく）、またはケーシング１１（ロータ１３）の周方向において主流に対して殆ど角度を持つことなく（殆ど傾斜することなく）流れて主流の流体に合流する。
【００２６】
このため、洩れ流れの流体が主流の流体に合流する際に両者のミキシングによる流体の流れの乱れが大変少なく、両者のミキシングによる損失を大変小さく抑えることができる。
【００２７】
また、整流体２１を、動翼２の先端部に対して洩れ流れの下流側に設けることにより、整流体２１が洩れ流れを主流の流れ方向に向ける作用を効果的に行わせることができる。
【００２８】
なお、整流体２１は動翼２の先端部を囲む溝部における角部（水平部分と垂直部分とが交叉する箇所）に組合せて配置されているので、洩れ流れがケーシング１１の溝部の角部と覆い体１４の角部で挟まれた部分を通過する時に安定して主流の流れ方向へ向けて流すことができる。
【００２９】
第２の実施の形態について図３および図４を参照して説明する。この実施の形態は静翼１に対して洩れ流れ下流側に整流体を設けたものである。図３はこの軸流型タービンにおいて静翼および動翼を設けた部分（直径方向半分の部分）を模式的に示す断面図、図４は図３の整流体をＢ矢視方向から見て模式的に示す図である。この実施の形態は、第１の実施の形態とは整流体を設ける構成が異なるのみで、この点を除いた他の部分の構成は同じである。このため、図３および図４において図１および図２と同じ部分は同じ符号を付して示している。
【００３０】
この実施の形態における整流体について述べる。図中２２は整流体であり、この整流体２２は静翼１の先端部に対して洩れ流れの下流側に設けられ、静翼１から流出する洩れ流れを案内してその方向を静翼１から流れる主流の流れ方向に向けるものである。
【００３１】
整流体２２は、静翼翼列において並ぶ静翼１の先端部に対して洩れ流れの下流側に位置して設けられている。すなわち、静翼翼列における静翼１の先端部に設けた部材１２における洩れ流れ方向下流側の側面には、複数の整流体２２が部材１２の周方向（静翼並び方向）に間隔を置いて並べて設けられている。この整流体２２は短冊形をなすもので、ロータ１３の中心軸線と平行でロータ１３の直径方向線に対して角度θをもって傾いてケーシング１１の内周と外周を結ぶ方向に沿って配置されている。
【００３２】
例えば、図３においてＢ方向から見た場合、図４に示すように各整流体２２が揃ってケーシング１１の直径方向に対して時計方向へ向けて角度θで傾いて配置されている。例えば整流体２２が傾く角度は３０度である。この整流体２２の角度は洩れ流れを静翼１の出口における主流の流れ方向に向けるためのものである。各整流体２２は部材１２の側面に一体に形成される、または独立して製作されて部材１２の側面に適宜な手段により固定されて設けられる。
【００３３】
なお、ロータ周方向に沿う整流体２２の配置間隔、整流体２２の傾き角度θ、整流体２２のケーシング１１の面からの高さなどの条件は、整流体２に要求される機能を効果的に発揮できるように設定する。特に整流体２２の傾き角度θは、洩れ流れを静翼１の出口における主流の流れ方向に向ける上で重要な条件である。
【００３４】
この構成における作用について述べる。ケーシング１１の内部における流体の主流と、動翼２の先端部を流れる洩れ流れは前述した第１の実施の形態における場合と同じである。図では主流は実線で示し、洩れ流れは破線で示している。
【００３５】
静翼２の先端部における洩れ流れについて述べる。動翼翼列における各動翼２の出口から流出する流体の一部は主流から分かれて、静翼１の先端部に取付けた部材１２とこの部材１２を囲むロータ１３における溝部との間の隙間をケーシング１１およびロータ１３の軸方向に沿って流れ、主流の流れ方向下流側に位置する動翼翼列における各動翼２の入口で再び主流と合流する。この流体の流れは洩れ流れである。
【００３６】
説明を加える。洩れ流れの流体は、静翼１の入口側から、静翼１の先端部に取付けた部材１２とこの部材１２を囲むロータ１３における溝部との間の隙間に流入して静翼１の出口に向けて流れる。ここで、静翼１の先端部の部材１２の外周部に設けたシール１５は部材１２とロータ１３の溝部との間の隙間を流れる洩れ流れである流体の流れを阻止する。このため、部材１２とロータ１３との間の隙間へ流入する洩れ流れがある程度抑制されて流量がある程度減少する。シール１５を乗り越えた洩れ流れの流体は、さらに部材１２とロータ１３の溝部との間の隙間を流れて静翼１の出口において、静翼１に先端部に設けられた部材１２の下流側側面とロータ１３の溝部の下流側側面とで挟まれた部分、すなわち静翼１に対して洩れ流れ下流側の部分に達する。
【００３７】
この箇所には複数の整流体２２がロータ１３の周方向に並べて設けられている。この箇所に整流体２２が設けられていない場合には、洩れ流れの流体は図７に示すように周方向において主流とは異なる角度を持った（傾斜した）方向で流れて主流の流体に合流する。これに対して各整流体２２は、静翼１に対して洩れ流れ下流側の部分に達した洩れ流れの流体を、静翼１の出口における主流の流れ方向へ向けて案内する。
【００３８】
これにより静翼１の先端部である部材１２とロータ１３の溝部との間の隙間における静翼１の出口において、ロータ１３（ケーシング１１）の周方向全体にわたり洩れ流れの流体が主流の流れ方向と同じ方向、または主流の流れ方向に寄った方向に沿って流れて主流と合流する。
【００３９】
すなわち、洩れ流れの流体はロータ１３（ケーシング１１）の周方向において主流に対して角度を持っことなく（傾斜することなく）、またはロータ１３（ケーシング１１）の周方向に対して殆ど角度を持っことなく（殆ど傾斜することなく）流れて主流の流体に合流する。このため、洩れ流れの流体が主流の流体に合流する際に、両者のミキシングにより発生する損失を大変小さく抑えることができる。
【００４０】
また、整流体２２を、静翼１の先端部に対して洩れ流れの下流側に設けることにより、整流体２２が洩れ流れを主流の流れ方向に向ける作用を効果的に行わせることができる。
【００４１】
第３の実施の形態について図５および図６を参照して説明する。この実施の形態は動翼２に対して洩れ流れ下流側に整流体を設けたものである。図５はこの軸流型タービンにおいて静翼および動翼を設けた部分（直径方向半分の部分）を模式的に示す断面図、図６は整流体を図５のＣ矢視方向から見て模式的に示す図である。この実施の形態は、第１の実施の形態とは整流体を設ける構成が異なるのみで、この点を除いた他の部分は同じである。このため、図５および図６において図１および図２と同じ部分は同じ符号を付して示している。
【００４２】
図中２３は整流体で、この整流体２３は動翼２の先端部とケーシング１１の溝部との間を流れる洩れ流れの方向（角度）を静翼１の出口における主流の流れ方向に向けるものである。
【００４３】
動翼翼列において並ぶ動翼２の先端部に対して洩れ流れの下流側に位置して整流体２３が設けられている。すなわち、ケーシング１１の溝部において、動翼翼列において並ぶ動翼２の先端部に対して洩れ流れの下流側に位置する箇所には、動翼２の周囲を囲む同一円周上に多数の整流体２３がロータ１３の周方向（動翼並び方向）に間隔を置いて並べて設けられている。各整流体２３はケーシング１１に一体に形成されている、または独立して製作されて適宜な手段によりケーシング１１に取付けられている。
【００４４】
各整流体２３は短冊形をなすもので、ロータ２の中心軸線を通る垂直面上ではこの中心軸線と平行で、且つこの垂直面と直交する面上で中心軸線に対して所定角度θをもって傾いて配置されている。例えば、図５においてＣ方向から見た場合、図６に示すように各整流体２３が揃ってロータ中心軸線に対して反時計方向へ向けて一定角度θで傾いて配置されている。例えば整流体２１が傾く角度は３０度である。この整流体２１の角度は洩れ流れの流体を案内してその方向を動翼２の出口における主流の流れ方向に向けるためのものである。なお、各整流体２３は動翼２の先端部に設けた覆い体１４に面する位置から下流側へ延びるように配置されている。
【００４５】
この構成における作用について述べる。静翼翼列における各静翼１の出口から流出する流体の一部は主流から分かれて，洩れ流れとして静翼１の先端部に取付けた覆い体１４と、この覆い体１４を囲むケーシング１１における環状の溝部との間の隙間をロータ１３の軸方向に沿って流れ、主流の流れ方向下流側にある静翼翼列における各静翼１の入口で再び主流と合流する。
【００４６】
各整流体２３は、動翼２に対して洩れ流れ下流側の部分に達した洩れ流れの流体を、動翼２の出口における主流の流れ方向へ向けて案内する。これにより動翼２の先端部である覆い体１４とケーシング１１の溝部との間の隙間における動翼２の出口において、洩れ流れの流体がケーシング１１およびロータ１３の周方向全体にわたり主流の流れ方向と同じ方向、または主流の流れ方向に寄った方向に沿って流出して主流の流体に合流する。すなわち、洩れ流れの流体はケーシング１１（ロータ１３）の周方向において主流に対して角度を持っことなく（傾斜することなく）、または殆ど角度を持っことなく（殆ど傾斜することなく）流れて主流の流体に合流する。
【００４７】
このため、洩れ流れの流体が主流の流体に合流する際に両者のミキシングによる流体の流れの乱れが大変少なく、両者のミキシングによる損失を大変小さく抑えることができる。
【００４８】
また、整流体２３を、動翼２の先端部に対して洩れ流れの下流側に設けることにより、整流体２３が洩れ流れを主流の流れ方向に向ける作用を効果的に行わせることができる。
【００４９】
前述した第１、第２および第３の各実施の形態の整流体は、軸流タービンに夫々単独で設けても良いが、動翼用の整流体である第１または第３の実施の形態の整流体と、静翼用の整流体である第２の実施の形態の整流体とを組合せると、より効果高めることができる。
【００５０】
また、整流体は軸流タービンの流体入口から流体出口までの前段に亘って設けると効果が大きいが、一部に設ける場合には相対的に低圧となる部分、具体的には軸流タービンの出口部における静翼および動翼に設けると、洩れ流れの方向を制御する効果が高い。
【００５１】
本発明は軸流タービンに限定されず、軸流圧縮機などの軸流型ターボ機械に広く適用することができる。軸流圧縮機において一部に設ける場合には相対的に低圧となる部分、例えば軸流圧縮機の入口部の各段に設けると洩れ流れの方向を制御する効果が高い。
【００５２】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、静翼と動翼とを具備する軸流型ターボ機械において、流体の一部が主流から別れて翼の先端部を回り込んで流れる洩れ流れが再び主流に入り込む時に、整流体により流体の洩れ流れが流体の主流に入る時の方向を主流の方向に向けるので、洩れ流れの流体が主流の流体に入り込む時に生じるミキシングによる損失を小さく抑えて、軸流型ターボ機械の性能の低下を抑えることができる。
【００５４】
また、本発明によれば、整流体を、動翼および静翼の先端部に対して洩れ流れの下流側に設けることにより、整流体が洩れ流れを主流の方向に向ける作用を効果的に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における軸流タービンの翼部を模式的に示す断面図。
【図２】同実施の形態における軸流タービンの翼部を模式的に示す図。
【図３】第２の実施の形態における軸流タービンの翼部を模式的に示す断面図。
【図４】同実施の形態における軸流タービンの翼部を模式的に示す図。
【図５】第３の実施の形態における軸流タービンの翼部を模式的に示す断面図。
【図６】同実施の形態における軸流タービンの翼部を模式的に示す図。
【図７】軸流タービンの翼部における流体の主流および洩れ流れを示す図。
【図８】従来の形態における軸流型ターボ機械の翼部を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１…静翼
２…動翼
１１…ケーシング
１２…部材
１３…ロータ
１４…覆い体
２１…整流体
２２…整流体
２３…整流体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an axial-flow type turbomachine such as a steam turbine, a gas turbine, and an axial-flow compressor.
[0002]
[Prior art]
In an axial-flow type turbomachine, for example, an axial-flow turbine, as shown in FIG. 8, in addition to the main flow in which the fluid flows over the stationary blade 101 and the moving blade 102, a part of the fluid separates from the main flow and A leakage flow (indicated by a broken line in the figure) is generated around the tip and the tip of the bucket 102 and flows back into the mainstream. This leakage flow flows around the tip of the stationary blade 101 and the tip of the rotor blade 102, and then flows into the main flow at a different angle (inclined) with respect to the main flow in the circumferential direction of the turbine. When the leakage flow enters the main flow at an angle as described above, the flow of the fluid is greatly disturbed by the mixing of the two and the loss is large, and this loss lowers the performance of the turbine.
[0003]
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 8, a seal 103 is provided along the turbine circumferential direction at the tip of the stationary blade 101, and a seal 104 is provided on the casing 105 along the turbine circumferential direction facing the tip of the rotor blade 102. Provided. These seals 103 and 104 inhibit the leakage flow around the tip of the stationary blade 101 and the tip of the moving blade 102, and reduce the flow rate of the leakage flow.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the configuration in which the flow of the leakage flow is reduced by obstructing the leakage flow around the tip of the stationary blade 101 and the tip of the moving blade 102 in this manner is such that the rotor expands in the axial direction and the moving blade moves in the axial direction. Displacement occurs with respect to the seal provided in the casing due to displacement, and the leakage cannot be inhibited as expected by the seal. Had limitations.
[0005]
An object of the present invention is to provide an axial-flow type turbomachine that can effectively suppress the occurrence of mixing that occurs when a leakage flow enters a mainstream.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An axial-flow type turbomachine according to the present invention is directed to an axial-flow-type turbomachine including a stationary blade provided on a casing and a moving blade provided on a rotor, in which a leakage flow of a fluid enters a main flow of the fluid. Is provided with a rectifier for directing the airflow in the mainstream direction.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The basic concept of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view showing the flow direction (angle) of the fluid between the stationary blade and the moving blade. In the figure, reference numeral 1 denotes a stationary blade, and 2 denotes a moving blade, each of which is shown in a cross section. The main flow direction at the inlet of the moving blade 2 is illustrated. That is, V1a is the absolute inflow speed, V1b is the relative inflow speed, and V1c is the rotating blade rotation peripheral speed. At the tip of the stationary blade 1, the leakage flow flows in the direction of V1d and enters the main flow. The flow direction of the main flow at the outlet of the moving blade 2 is illustrated. That is, V2a is the absolute outflow speed, V2b is the relative outflow speed, and V2c is the rotating blade rotation peripheral speed. At the tip of the rotor blade 2, the leaked flow flows in the direction of V2d and enters the main flow.
[0008]
In the present invention, the velocity V1d of the leak flow flowing at the tip of the stationary blade 1 is directed to the direction of the absolute outflow velocity V1a of the main flow at the outlet of the stationary blade 1 by the rectifier. The velocity V2d of the leakage flow flowing at the tip of the moving blade 2 is directed to the direction of the absolute outflow velocity V2a of the main flow at the outlet of the stationary blade 1 by the flow regulating body.
[0009]
First to third embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Each of these embodiments is applied to an axial turbine.
[0010]
A first embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a straightening body is provided on the downstream side of the leakage flow with respect to the rotor blade. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a portion (a half portion in the diameter direction) in which a stationary blade and a moving blade are provided in this axial flow turbine, and FIG. 2 is a schematic diagram of the straightening body viewed from the direction of arrow A in FIG. FIG.
[0011]
In the figure, 1 is a stationary blade, and 2 is a moving blade. The stationary blades 1 are arranged along the radial direction of the casing 11 at a plurality of locations spaced apart in the axial direction of the casing 11, and are mounted side by side in the circumferential direction. A member 12 that surrounds the stationary blades 1 is attached to the tip of each stationary blade 1 that is arranged in the circumferential direction of the casing 11. At a plurality of locations spaced apart in the axial direction of the casing 11 as described above, a stationary blade cascade configured by arranging a plurality of stationary blades 1 in the circumferential direction is provided.
[0012]
The rotor blades 2 are arranged along the radial direction of the rotor 13 at a plurality of locations spaced apart in the axial direction of the rotor 13 provided inside the casing 11 and are arranged in a plurality in the circumferential direction. Each moving blade 2 is provided at a position between each position where the stationary blade 1 is provided. A cover (shroud) 14 surrounding each of the moving blades 2 is attached to the tip of each of the moving blades 2 arranged in the circumferential direction of the rotor 13. At a plurality of locations spaced apart in the axial direction of the rotor 13 as described above, stationary blade cascades each including a plurality of moving blades 2 arranged in the circumferential direction are provided.
[0013]
Each portion of the casing 11 opposed to each blade cascade is an annular groove surrounding the tip of the rotor blade 2, and a portion of the rotor 13 opposed to each stator blade cascade is an annular groove surrounding the member 12 of the stator blade 1. Of the groove.
[0014]
A seal 15 is attached to the outer peripheral surface of the member 12 attached to each stationary blade 1 arranged in each stationary blade cascade over the entire circumferential direction of the stationary blade cascade. A seal 16 is attached to the groove of the casing 11 so as to face the outer peripheral surface of the cover 14 attached to each of the moving blades 2 arranged in the moving blade cascade, over the entire circumferential direction of the moving blade cascade. The seal 15 is intended to reduce the flow rate by obstructing the leakage flow of the fluid flowing between the member 12 of the stationary blade 1 and the groove of the rotor 13, and the seal 16 is provided at the tip of the rotor blade 2 (covering body). 14 and the casing 11 to reduce the flow rate by inhibiting the leakage flow of the fluid flowing between the casing 11 and the casing 11.
[0015]
1 and 2, each of the seals 15 and 16 is provided one by one. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of seals are provided at intervals in the axial direction of the casing 11 and the axial direction of the rotor 13 as necessary. You may do it.
[0016]
In the figure, reference numeral 21 denotes a rectifying body. The rectifying body 21 guides a leak flow of a fluid flowing through a gap formed between a tip portion of the moving blade 2 and a groove portion of the casing 11 surrounding the tip portion of the moving blade 2. Then, the direction (angle) is directed to the flow direction of the main flow at the fluid outlet of the bucket 2.
[0017]
The rectifier 21 is provided on the downstream side of the leakage flow with respect to the tip of the moving blades 2 arranged in the moving blade cascade. That is, in the annular groove formed in the casing 11 so as to face each blade cascade, the rotor blade 2 is located at a position located downstream of the leakage flow with respect to the tip of the rotor blades 2 arranged in the rotor cascade. A number of rectifiers 21 are arranged on the same circumference surrounding the periphery of the rotor 13 at intervals in the circumferential direction of the rotor 13 (the direction in which the blades are arranged). Each rectifier 21 is formed integrally with the casing 11 or is manufactured independently and attached to the casing 11 by an appropriate means.
[0018]
Each straightening body 21 is made of a flat plate material, and is arranged parallel to the central axis (axial direction) of the rotor 13 and inclined at a predetermined angle θ with respect to the diameter direction line of the rotor 13 as shown in FIG. Have been. For example, when viewed from the direction A in FIG. 1, as shown in FIG. 2, the respective rectifiers 21 are arranged so as to be inclined at a predetermined angle θ counterclockwise with respect to the diameter direction line of the rotor 13. . For example, the angle at which the rectifier 21 is inclined is 30 degrees. The angle of the rectifier 21 is for directing the leakage flow in the main flow direction at the outlet of the bucket 2.
[0019]
As described above, the portion of the casing 11 opposed to each bucket row is an annular groove surrounding the tip of the bucket 2 and the cover 14, and as described later, the leakage flow of the fluid causes (The axial direction of the rotor 13). Therefore, the rectifier 21 has a shape in which the horizontal portion and the vertical portion cross at a right angle. That is, the rectifier 21 combines the horizontal part and the vertical part at the corner where the horizontal part and the vertical part intersect so as to surround the rotor blade 2 and the cover 14 in the annular groove surrounding the tip of the rotor blade 2. Are located.
[0020]
In addition, the size of the horizontal part and the vertical part of the rectifier 21, the number and arrangement intervals of the rectifiers 21 along the rotor circumferential direction, the inclination angle θ of the rectifier 21, the height of the rectifier 21 from the surface of the casing 11, and the like. Are set so that the function required for the rectifier 21 can be effectively exerted. In particular, the inclination angle θ of the rectifier 21 is an important condition for directing the leakage flow in the main flow direction at the outlet of the bucket 2. In addition, the rectifier 21 is not limited to a flat one, and may be an arc.
[0021]
The operation in this configuration will be described. The fluid is guided along the blade surface of each of the stationary blades 1 of the stationary blade cascade provided on the casing 11, and collides with the blade surface of each of the rotor blades 2 of each of the rotor blade cascades provided on the rotor 13. The blade 2 and the rotor 13 rotate by the energy of this fluid. The fluid that has collided with the moving blades 2 flows again along the blade surface of each of the stationary blades 1 of the stationary blade cascade, and is further guided to the blade surface of each of the moving blades 2 of the moving blade. This fluid flow is the mainstream. In the figure, it is shown by a solid line. As shown in FIG. 7, the main flow flows in at the inlet of the moving blade 2 at an absolute inflow velocity V1a, and flows out at the outlet of the moving blade 2 at an absolute outflow velocity V2a.
[0022]
Here, a part of the fluid flowing out from the outlet of each stationary blade 1 in the stationary blade cascade is separated from the main flow, and a cover 14 attached to the tip of each rotor blade 2 in the rotor blade cascade, and this cover 14 The air flows in the gap between the surrounding casing 11 and the groove along the axial direction (width direction of the groove) of the casing 11 and the rotor 13, and the main flow again flows at the inlet of each vane 1 in the vane cascade on the downstream side in the main flow direction. Join. This fluid flow is a leak flow. In the figure, it is shown by a broken line.
[0023]
Add a description. The fluid of the leakage flow flows from the inlet side of the moving blade 2 into a gap between the cover 14 attached to the tip of the moving blade 2 and the groove of the casing 11 surrounding the covering 14, and flows into the moving blade 2. Flow towards the exit. Here, the seal 16 provided on the casing 11 so as to surround the outer peripheral side of the cover 14 prevents the leakage flow of the fluid flowing through the gap between the cover 14 and the groove of the casing 11. Therefore, the leakage flow flowing into the gap between the cover 14 and the casing 11 is suppressed to some extent, and the flow rate is reduced to some extent. The fluid of the leaked flow that has passed over the seal 16 flows through a gap between the cover 14 and the casing 11, and a portion between the corner of the groove of the casing 11 and the corner of the cover 14 at the outlet of the moving blade 2, In other words, the leakage flow reaches the downstream portion of the tip of the rotor blade 2.
[0024]
At this location, a plurality of rectifiers 21 are provided side by side in the circumferential direction of the rotor 13. If the rectifier 21 is not provided at this location, the leaked flow fluid flows in a direction having an angle (inclined) different from the main flow in the circumferential direction as shown in FIG. 7 and merges with the main flow fluid. I do. On the other hand, each straightener 21 guides the fluid of the leakage flow reaching the downstream portion of the leakage flow with respect to the moving blade 2 toward the main flow direction at the outlet of the moving blade 2 as shown in FIG. I do.
[0025]
For this reason, at the outlet of the moving blade 2 in the gap between the cover 14, which is the tip of the moving blade 2, and the groove of the casing 11, the fluid of the leaked flow flows over the entire circumferential direction of the casing 11 (rotor 13). It flows in the same direction as the flow direction or in a direction closer to the flow direction of the main flow, and merges with the main flow fluid. That is, the leaked flow fluid has no angle with the main flow in the circumferential direction of the casing 11 (rotor 13) (without inclination), or almost no angle with the main flow in the circumferential direction of the casing 11 (rotor 13). Flows (with almost no inclination) and merges with the mainstream fluid.
[0026]
Therefore, when the leaked fluid merges with the mainstream fluid, the disturbance of the fluid flow due to the mixing of both fluids is very small, and the loss due to the mixing of both fluids can be suppressed very small.
[0027]
In addition, by providing the rectifier 21 downstream of the leakage flow with respect to the tip of the bucket 2, the rectifier 21 can effectively perform the function of directing the leakage flow in the main flow direction.
[0028]
Since the flow regulating body 21 is disposed in combination with a corner (a location where a horizontal portion and a vertical portion intersect) in a groove surrounding the tip of the rotor blade 2, the leakage flow is reduced to the corner of the groove of the casing 11. When passing through the portion sandwiched between the corners of the cover body 14, it is possible to stably flow in the main flow direction.
[0029]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a straightening body is provided on the downstream side of the leakage flow with respect to the stationary blade 1. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a portion (a half portion in the diameter direction) of the axial flow type turbine in which a stationary blade and a moving blade are provided, and FIG. 4 is a schematic view of the straightening body of FIG. FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the configuration in which a rectifier is provided, and the configuration of the other parts except for this point is the same. Therefore, in FIGS. 3 and 4, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0030]
A rectifier according to this embodiment will be described. In the figure, reference numeral 22 denotes a rectifier, which is provided downstream of the leakage flow with respect to the tip of the stationary blade 1, guides the leakage flow flowing out of the stationary blade 1, and changes the direction of the leakage flow. It is directed in the direction of flow of the main stream flowing from the main body.
[0031]
The flow regulating body 22 is provided on the downstream side of the leakage flow with respect to the tip end of the stationary blades 1 arranged in the stationary blade cascade. That is, a plurality of rectifiers 22 are arranged at intervals in the circumferential direction of the member 12 (in the direction in which the stationary blades are arranged) on the downstream side surface of the member 12 provided at the tip end portion of the stationary blade 1 in the stationary blade cascade. They are provided side by side. The rectifying body 22 has a rectangular shape, and is arranged in a direction parallel to the central axis of the rotor 13 and at an angle θ with respect to a diametrical line of the rotor 13 so as to connect the inner circumference and the outer circumference of the casing 11. I have.
[0032]
For example, when viewed from the direction B in FIG. 3, as shown in FIG. 4, the rectifiers 22 are arranged at an angle θ clockwise with respect to the diameter direction of the casing 11. For example, the angle at which the rectifier 22 is inclined is 30 degrees. The angle of the rectifier 22 is for directing the leakage flow in the main flow direction at the outlet of the stationary blade 1. Each rectifier 22 is integrally formed on the side surface of the member 12, or is independently manufactured, and is fixed to the side surface of the member 12 by an appropriate means.
[0033]
Conditions such as the arrangement interval of the rectifiers 22 along the circumferential direction of the rotor, the inclination angle θ of the rectifiers 22, and the height of the rectifiers 22 from the surface of the casing 11 are effective for the functions required for the rectifiers 2. Set to be able to demonstrate. In particular, the inclination angle θ of the rectifier 22 is an important condition for directing the leakage flow in the main flow direction at the outlet of the stationary blade 1.
[0034]
The operation in this configuration will be described. The main flow of the fluid inside the casing 11 and the leakage flow flowing at the tip of the bucket 2 are the same as in the first embodiment described above. In the figure, the main flow is indicated by a solid line, and the leakage flow is indicated by a broken line.
[0035]
The leakage flow at the tip of the stationary blade 2 will be described. A part of the fluid flowing out from the outlet of each moving blade 2 in the moving blade cascade is separated from the main flow, and a gap between the member 12 attached to the tip of the stationary blade 1 and the groove of the rotor 13 surrounding the member 12 is formed. It flows along the axial direction of the casing 11 and the rotor 13 and merges again with the main flow at the inlet of each moving blade 2 in the moving blade cascade located on the downstream side in the main flow direction. This fluid flow is a leak flow.
[0036]
Add a description. The leaked fluid flows from the inlet side of the stationary blade 1 into the gap between the member 12 attached to the tip of the stationary blade 1 and the groove of the rotor 13 surrounding the member 12 and exits from the exit of the stationary blade 1. Flow towards Here, a seal 15 provided on the outer peripheral portion of the member 12 at the tip end portion of the stationary blade 1 prevents the flow of a fluid, which is a leak flow, flowing through the gap between the member 12 and the groove of the rotor 13. Therefore, the leakage flow flowing into the gap between the member 12 and the rotor 13 is suppressed to some extent, and the flow rate is reduced to some extent. The leaked fluid that has passed over the seal 15 further flows through the gap between the member 12 and the groove of the rotor 13, and at the outlet of the stationary blade 1, the downstream side surface of the member 12 provided at the tip of the stationary blade 1. And a portion between the downstream side surface of the groove portion of the rotor 13, that is, a portion on the downstream side of the leakage flow with respect to the stationary blade 1.
[0037]
At this location, a plurality of rectifiers 22 are provided side by side in the circumferential direction of the rotor 13. If the rectifier 22 is not provided at this location, the leaked fluid flows in a direction having an angle (inclined) different from the main flow in the circumferential direction as shown in FIG. 7 and merges with the main flow fluid. I do. On the other hand, each straightening body 22 guides the fluid of the leak flow that has reached the portion on the downstream side of the leak flow with respect to the stationary blade 1 toward the main flow direction at the outlet of the stationary blade 1.
[0038]
As a result, at the outlet of the stationary blade 1 in the gap between the member 12 which is the tip end of the stationary blade 1 and the groove of the rotor 13, the leakage flow fluid flows in the main flow direction over the entire circumferential direction of the rotor 13 (casing 11). Flows along the same direction as that of the main flow, or a direction closer to the flow direction of the main flow, and merges with the main flow.
[0039]
That is, the leaked flow fluid has no angle (without inclination) with respect to the main flow in the circumferential direction of the rotor 13 (casing 11), or almost has an angle with respect to the circumferential direction of the rotor 13 (casing 11). It flows without (with almost no inclination) and joins the mainstream fluid. For this reason, when the leaked fluid merges with the mainstream fluid, the loss caused by mixing of the two can be extremely reduced.
[0040]
In addition, by providing the rectifier 22 downstream of the leakage flow with respect to the tip of the stationary blade 1, the rectifier 22 can effectively function to direct the leakage flow in the main flow direction.
[0041]
A third embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a straightening body is provided on the downstream side of the leakage flow with respect to the moving blade 2. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a portion (a half portion in the diameter direction) in which the stationary blades and the moving blades are provided in this axial flow turbine, and FIG. FIG. This embodiment differs from the first embodiment only in the configuration in which a rectifier is provided, and the other parts except for this point are the same. Therefore, in FIGS. 5 and 6, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0042]
In the figure, reference numeral 23 denotes a rectifier, which directs the direction (angle) of the leakage flow flowing between the tip of the rotor blade 2 and the groove of the casing 11 to the main flow direction at the outlet of the stationary blade 1. It is.
[0043]
A rectifier 23 is provided on the downstream side of the leakage flow with respect to the tip of the moving blades 2 arranged in the moving blade cascade. That is, in the groove portion of the casing 11, at a position located on the downstream side of the leakage flow with respect to the tip portion of the moving blades 2 arranged in the moving blade cascade, a large number of rectifiers are arranged on the same circumference surrounding the moving blade 2. Reference numerals 23 are provided side by side at intervals in the circumferential direction of the rotor 13 (the direction in which the rotor blades are arranged). Each rectifier 23 is formed integrally with the casing 11 or is manufactured independently and attached to the casing 11 by an appropriate means.
[0044]
Each straightening body 23 has a rectangular shape, and is inclined at a predetermined angle θ with respect to the center axis on a plane that is parallel to the center axis on a vertical plane passing through the center axis of the rotor 2 and that is orthogonal to the vertical plane. Is arranged. For example, when viewed from the direction C in FIG. 5, as shown in FIG. 6, the rectifiers 23 are arranged at a predetermined angle θ counterclockwise with respect to the center axis of the rotor. For example, the angle at which the rectifier 21 is inclined is 30 degrees. The angle of the flow regulating member 21 is for guiding the fluid of the leakage flow to direct the direction to the main flow direction at the outlet of the bucket 2. Each straightening body 23 is arranged so as to extend downstream from a position facing the cover 14 provided at the tip of the bucket 2.
[0045]
The operation in this configuration will be described. A part of the fluid flowing out of the outlet of each vane 1 in the vane cascade is separated from the main flow, and a cover 14 attached to the tip of the vane 1 as a leakage flow, and an annular portion of the casing 11 surrounding the cover 14 Flows along the axial direction of the rotor 13 and merges again with the main flow at the inlet of each vane 1 in the vane cascade on the downstream side in the main flow direction.
[0046]
Each straightener 23 guides the fluid of the leak flow that has reached the downstream portion of the leak flow with respect to the moving blade 2 in the main flow direction at the outlet of the moving blade 2. As a result, at the outlet of the moving blade 2 in the gap between the cover 14 which is the tip of the moving blade 2 and the groove of the casing 11, the leakage flow fluid flows in the main flow direction over the entire circumferential direction of the casing 11 and the rotor 13. And flows out in the same direction as that of the mainstream, or in a direction closer to the mainstream flow direction, and joins the mainstream fluid. That is, the leaked fluid flows in the circumferential direction of the casing 11 (rotor 13) with no angle (without inclination) or almost without angle (with little inclination) with respect to the main flow, Merges with the fluid.
[0047]
Therefore, when the leaked fluid merges with the mainstream fluid, the disturbance of the fluid flow due to the mixing of both fluids is very small, and the loss due to the mixing of both fluids can be suppressed very small.
[0048]
In addition, by providing the flow regulating body 23 on the downstream side of the leakage flow with respect to the tip end portion of the bucket 2, the function of the flow regulating body 23 directing the leakage flow in the main flow direction can be effectively performed.
[0049]
The rectifiers of the first, second and third embodiments described above may be provided independently of each other in the axial flow turbine. However, the rectifiers for the rotor blades according to the first and third embodiments are used. By combining the rectifier of the second embodiment with the rectifier of the second embodiment, which is a rectifier for a stationary blade, the effect can be further enhanced.
[0050]
In addition, the rectifier is effective when provided over the previous stage from the fluid inlet to the fluid outlet of the axial flow turbine, but when provided in a part, a relatively low pressure portion, specifically, the axial flow turbine is provided. When provided on the stationary blade and the moving blade at the outlet portion, the effect of controlling the direction of the leak flow is high.
[0051]
The present invention is not limited to an axial flow turbine, but can be widely applied to an axial flow type turbomachine such as an axial compressor. When provided in a part of the axial compressor, a relatively low pressure portion, for example, provided in each stage of the inlet portion of the axial compressor has a high effect of controlling the direction of the leakage flow.
[0052]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented with various modifications.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the axial-flow type turbomachine having the stationary blades and the moving blades, when a part of the fluid separates from the main flow and leaks around the tip of the blade and flows into the main flow again, the fluid is regulated. Since the direction in which the leakage flow of the fluid enters the main flow of the fluid is directed to the main flow, the loss due to mixing that occurs when the leakage flow enters the main flow fluid is reduced, and the performance of the axial-flow type turbomachine is reduced. Can be suppressed.
[0054]
Further, according to the present invention, the flow straightener is provided on the downstream side of the leak flow with respect to the tips of the moving blades and the stationary blades, so that the flow straightener effectively directs the leak flow in the main flow direction. Can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a blade of an axial flow turbine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a blade of the axial flow turbine according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view schematically showing a blade of an axial flow turbine according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a blade of the axial flow turbine according to the embodiment.
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a blade of an axial flow turbine according to a third embodiment.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a blade of the axial flow turbine according to the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a main flow and a leakage flow of a fluid in a blade portion of an axial turbine.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a blade of an axial-flow type turbomachine according to a conventional embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator blade 2 ... Blade 11 ... Casing 12 ... Member 13 ... Rotor 14 ... Cover 21 ... Rectifier 22 ... Rectifier 23 ... Rectifier