專利名稱：汽輪機(jī)噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合減少蒸汽輪機(jī)噴嘴動葉間產(chǎn)生的葉間損失，提高汽輪機(jī)內(nèi)部效率的汽輪機(jī)噴嘴。
近年來，為了提高蒸汽輪機(jī)的性能，引進(jìn)了各種各樣的技術(shù)開發(fā)成果，從而成功地實(shí)現(xiàn)了高的效率。在有助于提高性能的技術(shù)中，最注目的是以提高內(nèi)部效率為目的，這對于采用任何蒸汽輪機(jī)循環(huán)或者流體條件的均有效果，適用范圍廣成為最集中注目的問題。在蒸汽輪機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的損失中，2次流動損失是軸流汽輪機(jī)的很多級中都會產(chǎn)生的損失，對此解決對策的適合與否極大地左右著其內(nèi)部效率。
然而，對降低由噴嘴流路內(nèi)的2次流動渦流產(chǎn)生的2次流動損失的葉形、葉列缺乏深入的考察。近年來，隨著可以正確把握3元流的計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，使得對葉形、葉列從3維的觀點(diǎn)進(jìn)行深入考察成為了可能。
例如，相對于通過蒸汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)中心的徑向線朝著圓周方向的流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成噴嘴葉片。圖5表示的是采用上述彎曲的噴嘴的軸流汽輪機(jī)級的一部分。這里，噴嘴葉片挾持在隔板外輪2和隔板內(nèi)輪3之間。在該噴嘴葉片1中，將葉間流路的速度矢量在根部一側(cè)向著隔板內(nèi)輪3、在前端側(cè)則向著隔板內(nèi)輪2的方向作用，可以抑制隔板內(nèi)輪3及隔板外輪2兩者之間產(chǎn)生交界層。
另一方面，對于葉列性能，公知的是將噴嘴葉片1的后緣端和與之鄰接的另一噴嘴葉片1的背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T(參照圖6)在葉片長度方向上變化，來控制葉片長度方向上的流量分布，從而實(shí)現(xiàn)性能的提高。如圖7所示，將噴嘴葉片1的根部及前端部的喉部(throat)寬S1、S3做得比噴嘴葉片1中處部的喉部寬S2要大，通過將該部分流過的流量變大(以下將該噴嘴葉片稱為3元設(shè)計(jì)形1)，使鄰近壁面的2次流的損失降低，而相反，如圖8所示，不受葉片長度中央部附近的壁面影響的性能好的部分的槽寬S2大，在該部分上形成流通大量蒸汽的結(jié)構(gòu)(以下稱為3元設(shè)計(jì)形2)是公知的。將這種S/T分布沿著葉片的長度方向變化，通過控制3元蒸汽流，便能夠提高葉列性能。
然而，左右蒸汽輪機(jī)內(nèi)部效率的儲多因素之一的噴嘴動葉間會產(chǎn)生葉間損失。這種葉間損失一般情況下由下面所述的非定常損失和混合損失之和表示。即，非定常損失是由圖9所示的噴嘴后流的圓周方向的速度分布而產(chǎn)生的由尾流通過動葉(圖中未示)而產(chǎn)生的損失，通過噴嘴出口處的速度成分的變化而向流體動葉的流入角度周期性的變化而帶來的損失。尾流的深度與向著流動方向的距離的增加一起變小，隨之非定常損失也減小。
另外，混合損失是向自由空間噴出的流體通過相互的干涉而帶來的損失，它與非定常損失相反，隨著朝流動方向的距離的增加，損失變大。因此，如圖10所示的那樣，作為非定常損失ξ1和混合損失ξ2的和的葉間損失ξ3在損失減小的前者和損失增加的后者的交匯點(diǎn)上有損失最小的最佳值。
下面參照圖11進(jìn)行說明，在將表示這種最佳值的流動方向的距離定為Lopt，噴嘴的絕對流出角度由α2表示時(shí)，葉片間的最佳軸線方向上的距離δa可以由下式表示。
δa＝Lopt×sinα2另外，圖中符號4表示動葉。
另一方面，在以往的3元設(shè)計(jì)葉片中，通過彎曲的噴嘴葉片1(參照圖5)以及圖12所示的葉片長度方向的S/T分布的變化而使噴嘴出口處的絕對流出角度分布如圖3所示呈3元變化。這時(shí)，最佳軸線方向距離δa通過葉片長度方向上的變化由sinα2如圖14所示變化。即，即使讓葉片后緣端形狀朝著圓周方向彎曲，噴嘴動葉間的距離至此不改變，從而不能將汽輪機(jī)的內(nèi)部效率提高足夠高。
這里，本發(fā)明的目的是提供一種沿著葉片長度方向變化噴嘴動葉間的距離，保證軸線方向的最佳距離的汽輪機(jī)噴嘴。
實(shí)現(xiàn)上述目的的第1發(fā)明是在帶有挾持于環(huán)狀隔板外輪及隔板內(nèi)輪之間的多道噴嘴葉片的汽輪機(jī)噴嘴中，其特征是將各噴嘴葉片在葉片中央部分朝著圓周方向，并且朝著軸線方向向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
而第2發(fā)明是在帶有挾持于環(huán)狀隔板外輪及隔板內(nèi)輪之間的多道噴嘴葉片的汽輪機(jī)噴嘴中，其特征是將一個噴嘴葉片的后緣端和與之相鄰的另一個噴嘴葉片背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最小值處于葉片中央部分，并將各噴嘴葉片從葉片中央部分的軸線方向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
另外，第3發(fā)明是在帶有挾持于環(huán)狀隔板外輪及隔板內(nèi)輪之間的多道噴嘴葉片的汽輪機(jī)噴嘴中，其特征是將一個噴嘴葉片后緣端和與之相鄰的另一個噴嘴葉片背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最大值處于葉片中央部分，并將各噴嘴葉片從葉片中央部分的軸線方向流體流入一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
最好是各噴嘴葉片由將連接噴嘴葉片根部后緣端和前端部的后緣端的連線相對于噴嘴葉片的徑向線向流體流出一側(cè)傾斜一定角度而構(gòu)成。
圖1是表示用本發(fā)明汽輪機(jī)噴嘴的蒸汽輪機(jī)級的模式圖；圖2是表示本發(fā)明汽輪機(jī)噴嘴的模式圖；圖3是表示本發(fā)明另一實(shí)施例的模式圖；圖4是表示相對于噴嘴后緣端的傾斜角度的效率變化的圖表；圖5是表示以往的圓周方向彎曲的噴嘴的立體圖；圖6是以往噴嘴葉片的橫向剖視圖；圖7是表示以往3元設(shè)計(jì)的噴嘴的立體圖；圖8是表示以往3元設(shè)計(jì)的另一種噴嘴的立體圖；圖9是噴嘴尾流的說明圖；圖10是表示噴嘴動葉間損失分布的圖表；圖11是軸線方向距離的說明圖；圖12是表示3元設(shè)計(jì)形噴嘴的S/T的分布圖；圖13是表示3元設(shè)計(jì)形噴嘴的噴嘴出口流出角的分布圖；圖14是最佳軸線方向距離的說明圖。
圖中，11、21是噴嘴葉片，12是隔板、外輪，13是隔板、內(nèi)輪，15是動葉。
以下參照


本發(fā)明的實(shí)施例。圖1中，噴嘴葉片11挾持于隔板外輪12和隔板內(nèi)輪13之間。該噴嘴葉片11呈環(huán)狀配置多列，圖中所示的是其一片。緊接著該噴嘴葉片11設(shè)置有從轉(zhuǎn)盤14延伸出的動葉15，構(gòu)成軸流汽輪機(jī)的級。動葉15也與噴嘴葉片一樣配置成環(huán)狀的列，圖中所示的也是其中的一片。在動葉15的前端設(shè)置有連接各動葉的護(hù)罩16。
另外，該噴嘴葉片11將連接其根部后緣端與前端部后緣端的連線F相對于噴嘴葉片11的徑向線E朝著流體流出一側(cè)傾斜角度θ而配置。在本實(shí)施例中，噴嘴葉片11的傾斜角度θ在0～5°范圍內(nèi)。
圖2中示出了改進(jìn)的噴嘴葉片11。該噴嘴葉片11是相對于通過旋轉(zhuǎn)葉片中心的徑向線朝圓周方向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。另外，在葉片長度方向的各最高位置上，讓斷面相對于通過旋轉(zhuǎn)中心的徑向線E移動，朝軸線方向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
在朝圓周方向彎曲而構(gòu)成的噴嘴葉片11中，如前所述，噴嘴的出口流出角比以往的噴嘴葉片在根部一側(cè)要大，在中央部則要小，在前端側(cè)變大。通過該噴嘴出口流出角沿葉片長度方向的變化，使得由葉間的非定常損失和混合損失所確定的最佳軸線方向的距離沿著葉片長度方向發(fā)生變化。即，在中部最佳的軸線方向距離變小，反之，在根部及前端部變大。本實(shí)施例中，由于相對于通過旋轉(zhuǎn)中心的徑向線E而移動斷面，朝著軸線方向流入流出側(cè)彎曲，使得沿著葉片長度方向的噴嘴動葉間的距離La發(fā)生變化。由此，能夠使軸線方向的距離成為最佳的值。從而可以使葉間損失更小，能夠提高內(nèi)部的效率。
另外，將徑向線E與連接噴嘴葉片11根部的后緣端和前端部的后緣端的連線F之間的角度θ保持在0～5°范圍內(nèi)，例如，在噴嘴葉片11的彎曲形狀由于與其它構(gòu)成部件發(fā)生于涉等原因在難于保持在最佳值時(shí)，也能夠?qū)⑷~片間的軸間距離處于最佳值附近。
該角度θ根據(jù)葉片長度變化，葉片長度最長時(shí)限制在5°，圖4中示出了改變角度θ時(shí)效率的推移。在葉片長度較長的長葉片H1，中間長度的中葉片H2以及比中葉片H2更短的短葉片H3中，依次帶有效率在1.0之下的角度，在長葉片H1中該角度為5°。因此，可望將角度θ處于0～5°范圍之內(nèi)。
下面說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。本實(shí)施例適用于以降低壁面附近2次流動損失為目的的控制葉片長度方向流量分布的噴嘴(3元設(shè)計(jì)形1)。另外，各噴嘴葉片構(gòu)成為將噴嘴葉后緣端和與之鄰接的噴嘴噴片背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最小值處于葉片中央部，在與圖2的噴嘴葉片一樣的葉片長度方向的各高度位置上，將斷面相對于通過旋轉(zhuǎn)中心的徑向線E移動，在葉片中央部向軸線方向流體流出一側(cè)產(chǎn)生彎曲。
在該噴嘴葉片中，由于S/T的最小值在葉片中央部，上面所述的噴嘴流出角在葉片中央部變小，而在根部及前端部變大。通過噴嘴出口流出角沿葉片長度方向的變化，使中央部的最佳軸線方向距離變小，反之，根部及前端部變大，通過向軸線方向流體流出一側(cè)的彎曲，而沿著葉片長度方向變化噴嘴動葉間的距離。由此，能夠?qū)⑤S線方向上的距離保持在最佳值上。從而能夠減少葉間損失，提高內(nèi)部效率。
下面參照圖3說明另一個實(shí)施例。本實(shí)施例適用于控制葉片長度方向的流量分布的噴嘴(3元設(shè)計(jì)形2)。噴嘴葉片21的構(gòu)成是，由于將噴嘴葉片后緣端和與之鄰接的噴嘴葉片背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最大值定位于葉片中央位置，因此與上述實(shí)施例相反，在葉片長度方向的各高度位置上，將斷面相對于通過旋轉(zhuǎn)中心的徑向線E移動，在葉片中央部分沿著軸線方向的流體流入一側(cè)彎曲。
在本實(shí)施例中，由于將S/T的最大值處于葉片中央部位，如上面所述的那樣，與上述實(shí)施例相反，噴嘴流出角在葉片中央部位變大，在根部及前端部變小。這樣，該噴嘴出口流出角通過沿葉片長度方向變化，在中央部位最佳軸線方向上的距離變大，反之在根部及前端部則最佳軸線方向上的距離變小，從而通過沿軸線方向流體流入一側(cè)的彎曲而沿著軸線長度方向變化噴嘴動葉間的距離，能夠?qū)⑤S線方向上的距離保持在最佳值，并且能夠減少葉間損失，可提高內(nèi)部效率。
根據(jù)以上說明的第1發(fā)明，由于將各噴嘴葉片在中央部位的圓周方向并且向軸線方向流體流出側(cè)彎曲，從而能夠保持級中的最佳軸線方向距離，可減少葉間損失，提高汽輪機(jī)內(nèi)部效率。
而根據(jù)第2發(fā)明，由于將各噴嘴葉片的后緣端和與之相鄰接的噴嘴葉片的背面之間的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最小值處于葉片的中央部位，并將各噴嘴葉片在葉片中央部位向軸線方向流出一側(cè)彎曲，從而能夠確保級中的最佳軸線方向距離，可減少葉間損失，提高汽輪機(jī)的內(nèi)部效率。
另外，根據(jù)第3發(fā)明，由于將噴嘴葉片的后緣端和與之相鄰接的噴嘴葉片的背面之間的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最大值處于葉片的中央部位，并將各噴嘴葉片在葉片中央部位向軸線方向流入一側(cè)彎曲，從而能夠確保級中的最佳軸線方向距離，可減少葉間損失，提高汽輪機(jī)的內(nèi)部效率。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)噴嘴，帶有挾持于環(huán)狀隔板外輪及隔板內(nèi)輪之間的多道噴嘴葉片，其特征是將所述各噴嘴葉片在葉片中央部分朝著圓周方向，并且朝著軸線方向向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
2.一種汽輪機(jī)噴嘴，帶有挾持于環(huán)狀隔板外輪及隔板內(nèi)輪之間的多道噴嘴葉片，其特征是將所述一個噴嘴葉片的后緣端和與之相鄰的另一個噴嘴葉片背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最小值處于葉片中央部分，并將各噴嘴葉片從葉片中央部分的軸線方向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
3.一種汽輪機(jī)噴嘴，帶有挾持于環(huán)狀隔板外輪及隔板內(nèi)輪之間的多道噴嘴葉片，其特征是將所述一個噴嘴葉片后緣端和與之相鄰的另一個噴嘴葉片背面的最短距離S與環(huán)狀節(jié)距T之比S/T的最大值處于葉片中央部分，并將各噴嘴葉片從葉片中央部分的軸線方向流體流入一側(cè)彎曲而構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的汽輪機(jī)噴嘴，其特征是所述各噴嘴葉片由將連接噴嘴葉片根部后緣端和前端部的后緣端的連線相對于噴嘴葉片的徑向線向流體流出一側(cè)傾斜一定角度而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種沿著葉片長度方向變化噴嘴動葉間的距離,保證軸線方向的最佳距離的汽輪機(jī)噴嘴。其噴嘴葉片11朝圓周方向彎曲,同時(shí),在葉片長度方向的各高度位置上將斷面相對于通過旋轉(zhuǎn)中心的徑向線E移動,朝軸線方向流體流出一側(cè)彎曲而構(gòu)成。通過噴嘴出口流出角在葉片長度方向上變化而使最佳軸線方向的距離產(chǎn)生變化,能夠獲得最佳值。
文檔編號F01D9/04GK1186900SQ97125240
公開日1998年7月8日 申請日期1997年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月5日
發(fā)明者今井健一 申請人:株式會社東芝