CN103097666B - 透平机 - Google Patents

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Abstract

本发明的透平机具备：叶片体（50），具有叶片（59）和围带（51），其中，上述叶片（59）设于被旋转自如地支撑的转子及设于上述转子的周围的定子中的一方，从上述一方的一侧朝向另一方的一侧沿径向延伸，上述围带（51）在叶片（59）的径向前端部沿周向延伸；及收容凹体（11），设于上述转子及定子中的另一方，沿周向延伸，并且留有间隙(G)地收容围带（51）且相对于叶片体（50）旋转；从沿着叶片（59）流动的主流（M）漏出的漏流（L）流经间隙（G），上述透平机（1）中，围带（59）中的、与收容凹体（11）相对的周面（53C）和比周面（53C）更靠漏流（L）的下游而形成于主流（M）侧的后缘端部（56）之间形成导向曲面（57），上述导向曲面（57）将沿着周面（53C）流动的漏流（L）以顺沿的方式从周面（53C）引导至后缘端部（56）。

Description

透平机
技术领域
本发明涉及例如发电厂、化工厂、天然气厂、钢铁厂及船舶等所使用的透平机。
本申请主张2010年9月17日在日本提交的第2010-209570号专利申请的优先权，并将其内容援用于本文中。
背景技术
如公知那样，作为汽轮机的一种，存在具备外壳、旋转自如地设于外壳的内部的轴体、固定配置于外壳的内周部的多个静叶片及在这些多个静叶片的下游侧呈放射状地设于轴体的多个动叶片的汽轮机。在这样的汽轮机中的冲动式透平机的情况下，通过静叶片将蒸汽的压力能转化为速度能，通过动叶片将该速度能转化为旋转能（机械能）。而且，在反动式透平机的情况下，在动叶片内将压力能转化为速度能，并通过蒸汽喷出的反动力而转化为旋转能（机械能）。
在这种汽轮机中，在动叶片的前端部和围绕动叶片而形成蒸汽流路的外壳之间形成间隙，而且，在静叶片的前端部和轴体之间也形成间隙。漏流（泄漏蒸汽）从主流上游侧朝向下游侧流经这些间隙，若该漏流在主流下游侧与主流汇合，将使主流的流动紊乱而产生损失（以下称为“混合损失”。），导致透平机效率降低。
下述专利文献1中提出了如下构成：在上述间隙中的漏流的流路出口侧，将引导漏流的导向板安装于围带，使漏流的方向与从动叶片流出的主流的方向一致。通过这样的构成，能够抑制在漏流和主流汇合时产生的主流的紊乱，降低混合损失。
专利文献1：日本特开2007-321721号公报
发明内容
但是，在以往技术中，存在在上述间隙的下游侧形成搅拌主流的漏流涡流而产生混合损失这样的问题。
本发明考虑到这样的情况而作出，以实现混合损失的进一步降低而提高透平机效率为课题。
本发明所涉及的透平机具备：转子，被旋转自如地支撑；定子，设于上述转子的周围；叶片体，具有叶片和围带，其中，上述叶片设于上述转子和上述定子中的一方，从上述一方的一侧朝向另一方的一侧沿径向延伸，上述围带在上述叶片的径向前端部沿周向延伸；及收容凹体，设于上述转子和上述定子中的另一方，沿周向延伸，并且留有间隙地收容上述围带且相对于上述叶片体旋转，从沿着上述叶片流动的主流漏出的漏流流经上述间隙，在该透平机中，上述围带中的、与上述收容凹体相对的周面和比上述周面更靠上述漏流的下游而形成于上述主流侧的后缘端部之间形成导向曲面，上述导向曲面将沿着上述周面流动的漏流以顺沿的方式从上述周面引导至上述后缘端部。
根据该构成，形成于周面和后缘端部之间的导向曲面将沿着周面流动的漏流以顺沿的方式从周面引导至后缘端部，因此漏流从后缘端部向主流侧流出，在叶片体与收容凹体的间隙和主流流路的分界区形成从主流的上游侧朝向下游侧的涡流（以下称为正涡流。）。
假设，不具备导向曲面而使后缘端部和周面经由角部连续，沿着周面流动的漏流在该角部剥离而形成沿与正涡流相反的方向流动的反涡流。该反涡流在上述间隙和主流流路的分界区与主流逆向流动，而且，在围带的后缘将主流引入至上述间隙，因而搅拌主流。
另一方面，由上述构成形成的正涡流在上述间隙和主流流路的分界区未与主流逆向流动，而且，没有在围带的后缘将主流引入至上述间隙，因此不会搅拌主流。
因此，能够抑制混合损失的产生，能够提高透平机效率。
而且，上述后缘端部形成为沿转轴方向延伸的轴向翅片。
根据该构成，后缘端部形成为沿转轴方向延伸的轴向翅片，因此能够削减被后缘端部引导的漏流的径向速度分量。因此，主流的径向速度分量和漏流的径向速度分量的差分变小。因此，能够使漏流平滑地与主流汇合，因此能够进一步降低混合损失。
而且，在上述导向曲面形成沿与上述围带相对于上述收容凹部的相对旋转方向相反的方向引导的导向通路，上述导向通路被设置为，在上述周面侧使上述漏流流入的流入部和在上述后缘端部侧使上述漏流流出的流出部沿与上述相对旋转方向相反的方向错开。
根据该构成，形成沿与围带相对于收容凹部的相对旋转方向相反的方向引导的导向通路，因此能够对沿相对旋转方向流动的漏流的周向速度分量赋予与相对旋转方向相反方向的周向速度分量，从而减小漏流的周向速度分量和主流的周向速度分量的差分。因此，能够使漏流平滑地与主流汇合，因此能够进一步降低混合损失。
而且，上述导向通路形成为槽状。
而且，利用沿上述导向曲面的法线方向突出的突壁形成上述导向通路。
根据该构成，能够比较简单地形成导向通路。
而且，上述导向曲面被设置为，与周向相交的剖面的剖面轮廓形成为圆弧状。
而且，上述导向曲面被设置为，与周向相交的剖面的剖面轮廓形成为椭圆状。
根据该构成，能够比较简单地形成导向曲面。
而且，上述导向曲面至少与上述叶片的表面相比形成凹凸状。
根据该构成，导向曲面形成为凹凸状，因此使沿着导向曲面流动的漏流紊流化。由此，能够提高漏流对导向曲面的附着性，使漏流难以从导向曲面剥离。由此，能够更切实地将漏流引导至围带的后缘端部。
发明效果
根据本发明，能够实现混合损失的进一步降低，能够提高透平机效率。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的汽轮机1的概略构成剖视图。
图2是表示图1中的主要部分I的主要部分放大剖视图。
图3是汽轮机1的作用说明图，是与周向相交的剖面的主要部分放大图。
图4是汽轮机1的作用说明图，是主要部分放大剖面立体图。
图5A是表示汽轮机1的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
图5B是表示汽轮机1的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
图5C是表示汽轮机1的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
图6是汽轮机1的比较例01的主要部分放大剖视图。
图7是汽轮机1的变形例1A的主要部分放大剖视图。
图8是本发明的第二实施方式所涉及的汽轮机2的主要部分放大剖视图。
图9是汽轮机2的主要部分放大剖面立体图。
图10A是表示汽轮机2的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
图10B是表示汽轮机2的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
图10C是表示汽轮机2的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
图11是汽轮机2的变形例2A的主要部分放大剖视图。
图12是本发明的第三实施方式所涉及的汽轮机3的主要部分放大剖面立体图。
图13是汽轮机3的叶片排列图。
图14A是表示汽轮机3的主流速度V和漏流速度v的速度的矢量线图。
图14B是表示汽轮机3的主流速度V和漏流速度v的速度的矢量线图。
图14C是表示汽轮机3的主流速度V和漏流速度v的速度的矢量线图。
图15是本发明的第四实施方式所涉及的汽轮机4的主要部分放大剖面立体图。
图16是汽轮机4的叶片排列图。
图17A是表示汽轮机4的主流速度V和漏流速度v的速度的矢量线图。
图17B是表示汽轮机4的主流速度V和漏流速度v的速度的矢量线图。
图17C是表示汽轮机4的主流速度V和漏流速度v的速度的矢量线图。
图18是省略了本发明所涉及的导向曲面57的模型1的分析结果。
图19是形成了本发明所涉及的导向曲面57的模型2的分析结果。
图20是表示本发明所涉及的模型1、2的透平机效率和泄漏流量-主流流量比的图表。
图21是表示将本发明适用于静叶片40的示例的主要部分放大剖视图，与图1中的主要部分J相当。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
（第一实施方式）
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的汽轮机（透平机）1的概略构成剖视图。
汽轮机1主要由以下构成：外壳（定子）10；调节阀20，对流入到外壳10的蒸汽S的量和压力进行调节；轴体（转子）30，旋转自如地设于外壳10的内部，将动力传递至未图示的发电机等机械；静叶片40，保持于外壳10；动叶片（叶片体）50，设于轴体30；及轴承部60，将轴体30支撑为能够绕轴旋转。
外壳10内部空间被气密性地密封，并形成蒸汽S的流路。该外壳10具有牢固地固定于外壳内壁面的环状的隔板外轮（收容凹体）11而围绕轴体30。
调节阀20在外壳10的内部安装有多个，分别具备蒸汽S从未图示的锅炉流入的调节阀室21、阀体22及阀座23，在阀体22离开阀座23时蒸汽流路打开，蒸汽S经由蒸汽室24流入到外壳10的内部空间。
轴体30具备轴主体31及从该轴主体31的外周沿径向延伸的多个盘部32。该轴体30将旋转能传递至未图示的发电机等机械。
该轴体30在外壳10的内部插通隔板外轮11。
静叶片40具有从隔板外轮11朝向轴体30沿径向延伸的叶片49及在叶片49的径向前端部沿周向延伸的轮毂围带41。
该静叶片40以围绕轴体30的方式呈放射状地配置多个而构成环状静叶栅，分别保持于上述的隔板外轮11。各静叶片40通过轮毂围带41沿周向连续而彼此连接，整体上观察呈环状相连的轮毂围带41与轴体30相对。
由这些多个静叶片40构成的环状静叶栅沿转轴方向隔开间隔地形成六个，将蒸汽S引导至与下游侧相邻的动叶片50侧。
动叶片50具有从轴体30朝向隔板外轮11沿径向延伸的叶片59和在叶片59的径向前端部沿周向延伸的叶冠（围带）51。
该动叶片50在各环状静叶栅的下游侧呈放射状地配置多个而构成环状动叶栅，分别牢固地安装于轴体30所具有的盘部32的外周部。这些动叶片50的前端部被设置为，各动叶片50以整体上观察呈环状的叶冠51而彼此连接，并与隔板外轮11相对。
这样的环状动叶栅和环状静叶栅被设为一组一级。即，在汽轮机1中构成六级。而且，蒸汽S的主流M从调节阀20侧沿转轴方向交替地流经静叶片40和动叶片50。在以下的说明中，将轴体30的转轴方向称为“轴向”，将轴向的主流上游侧称为“轴向上游侧”，将轴向的主流下游侧称为“轴向下游侧”。
图2是表示图1中的主要部分I的主要部分放大剖视图。
如图2所示，在叶冠51的前端侧形成阶梯部52A～52C。
这些阶梯部52A～52C以距叶片59的高度从轴向上游侧朝向轴向下游侧逐渐变高的方式形成为阶梯状。在这些阶梯部52A～52C，分别沿周向延伸并与径向正交的外周面（周面）53A～53C构成叶冠51的阶梯状的外周面。
在隔板外轮11，在与叶冠51对应的部位形成有环状槽（环状的凹部）11A，在该环状槽11A内呈环状连接的多个叶冠51以留有间隙G的状态被收容。
该间隙G如图2所示，与周向正交的剖面的剖面形状形成为U字形（或倒U字形），形成于叶冠51的前缘54与隔板外轮11的上游槽侧面11a之间的轴向间隙ga和形成于叶冠51的后缘55与隔板外轮11的下游槽侧面11b之间的轴向间隙gb由形成于叶冠51的外周面53（53A～53C）与隔板外轮11的槽底面11c之间的径向间隙gc连通。
为了密封该间隙G，在隔板外轮11的环状槽11a的槽底面11c配置有与三个阶梯部52（52A～52C）一一对应地延伸的三个密封片15（15A～15C），在密封片15（15A～15C）的前端与各外周面53（53A～53C）之间形成有微小间隙H（H1～H3）。
在该叶冠51，在后缘55中的位于主流M侧且与主流M接触的后缘端部56与阶梯部52C的外周面53C之间形成有导向曲面57。
导向曲面57中，与周向相交的剖面的剖面轮廓形成为四分之一椭圆状。该导向曲面57随着从微小间隙H3的轴向下游的始端（外周面53C的终端）前进至轴向下游侧而曲率半径变大，并将外周面53C和后缘端部56连接。
回到图1，轴承部60具备轴颈轴承装置61及滑动轴承装置62，将轴体30旋转自如地支撑。
接着，使用附图对由上述构成组成的汽轮机1的动作进行说明。图3是汽轮机1的作用说明图，是与周向相交的剖面的主要部分放大图。
首先，将调节阀20（参照图1）设为打开状态时，蒸汽S从未图示的锅炉流入到外壳10的内部空间。
蒸汽S依次通过各级的环状静叶栅和环状动叶栅。此时，通过静叶片40将压力能转化为速度能，经过了静叶片40的蒸汽S中的大部分流入到构成同一级的动叶片50间（主流M），通过动叶片50将蒸汽S的速度能转化为旋转能，从而向轴体30施加旋转力。另一方面，如图3所示，蒸汽S中的一部分（例如百分之几）从静叶片40流出之后，从轴向间隙ga流入到间隙G而成为漏流L。
该漏流L经过微小间隙H1、H2到达密封片15B、15C之间的腔。而且，到达该腔的漏流L沿着外周面53C通过微小间隙H3。
通过了微小间隙H3的漏流L沿着外周面53C流到轴向下游侧之后，以附着于导向曲面57的状态流动直至后缘端部56。
图4是用于说明汽轮机1的作用的主要部分放大剖面立体图，图5是表示汽轮机1的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
若更详细地对上述作用进行说明，通过了微小间隙H3的漏流L由于没有对动叶片50施加旋转能而保存了由静叶片40赋予的速度能的大部分。即，周向（转子旋转方向）速度分量比较大，且该周向速度分量大于动叶片50（叶冠51）的周向速度分量。因此，如图4所示，通过了微小间隙H3的漏流L沿着导向曲面57向径向内侧且转子旋转方向流动。
而且，漏流L从后缘端部56向通过了动叶片50的主流M流出。此时，如图5A～C所示，主流M的主流速度V仅具有轴向速度分量，而漏流L的漏流速度v具有周向速度分量vθ（=vθ1）和径向速度分量vR（=vR1）。
如图3所示，从后缘端部56向主流M流出的漏流L一部分与主流M混合，另一方面，另一部分被主流M从轴向上游侧朝向下游侧冲走之后，与环状槽11A的下游槽侧面11b接触，从径向内侧朝向外侧流动。
这样一来，通过沿着导向曲面57朝向径向内侧的流动、沿着主流M朝向轴向下游侧的流动和大致沿着下游槽侧面11b朝向径向外侧的流动，在导向曲面57、槽底面11c和下游槽侧面11b隔开的空间中如图3所示形成绕着纸面逆时针方向流动的正涡流C。
该正涡流C在间隙G和主流流路的分界区未与主流M逆向流动（图3中的箭头c1），而且没有沿着后缘55将主流M引入至间隙G，因此不会搅拌主流M。
这样一来，汽轮机1高效地进行工作。
如以上说明那样，根据汽轮机1，形成于外周面53C和后缘端部56之间的导向曲面57将沿着外周面53C流动的漏流L以顺沿的方式从外周面53C引导至后缘端部56，因此通过漏流L从后缘端部56向主流M侧流出而形成正涡流C。该正涡流C在间隙G和主流流路的分界区未与主流M逆向流动，而且没有沿着叶冠51的后缘55将主流M引入至间隙G，因此不会搅拌主流M。
因此，能够抑制混合损失的产生，能够提高透平机效率。
图6是汽轮机1的比较例01的主要部分放大剖视图。另外，在图6的比较例中，对与汽轮机1对应的构成要素标以相同的标号。
如图6所示，在不形成导向曲面57而利用与轴向相交的端面057将外周面53C和后缘端部56连接的情况下，在形成于端面057和外周面53C之间的角部057a，沿着外周面53C流动的漏流L将剥离。而且，漏流L沿轴向下游侧流经在径向上与外周面53C大致相同的位置，在到达下游槽侧面11b之后沿着下游槽侧面11b朝向径向内侧，从而形成沿与正涡流C相反的方向流动的反涡流X。
即，当沿着外周面53C流动的漏流L在与主流M间隔开的位置剥离而形成反涡流X时，该反涡流X在间隙G和主流流路的分界区相对于主流M逆向流动（图6中的箭头x1），而且由于在叶冠51的后缘55将主流M引入至间隙G（箭头x2），因而搅拌主流M而产生混合损失。
但是，由汽轮机1的构成形成的正涡流C在间隙G和主流流路的分界区未与主流M逆向流动（图3中的箭头c1），而且没有沿着叶冠51的后缘55将主流M引入至间隙G，因此不会搅拌主流M，能够抑制混合损失的产生，能够提高透平机效率。
另外，在本实施方式中，将导向曲面57设置为与周向相交的剖面的剖面轮廓形成为四分之一椭圆状，但也可以是与椭圆外周中的其他一部分相当的形状的椭圆轮廓。
而且，例如如图7所示的变形例1A那样，导向曲面57A也可以形成为圆弧状（在图7的示例中为四分之一圆弧状）。
而且，在本实施方式中，导向曲面57形成为将外周面53C和后缘端部56连接的构成，但如图7所示的变形例1A那样，导向曲面57A和后缘端部56也可以利用与轴向相交的端面58来连接。即，导向曲面57无需形成为将漏流L仅沿着导向曲面57引导至后缘端部56，在使漏流L从导向曲面57A流出之后沿着其他面（例如端面58）到达后缘端部56也能够得到与上述效果同样的效果。即，导向曲面57A只要形成为使漏流L沿着与导向曲面57A连续的其他面最终到达后缘端部56即可。换言之，导向曲面57A使沿着外周面53C流动的漏流L以沿着导向曲面57A及其他面的方式从外周面53C引导至后缘端部56的情况也包含于本发明中。
而且，在本实施方式中，以与径向正交的方式形成外周面53C，但对于以随着向轴向下游侧前进而逐渐扩大直径或缩小直径的方式形成的外周面，也能够适用本发明。即，外周面53C只要与径向相交就能够适用本发明。
（第二实施方式）
接着，使用附图对本发明的第二实施方式所涉及的汽轮机2进行说明。
图8是汽轮机2的主要部分放大剖视图，图9是汽轮机2的主要部分放大剖面立体图。另外，在图8及图9中，对与图1～图7同样的构成要素，标以相同的标号并省略其说明。
如图8所示，汽轮机2中，与汽轮机1的后缘端部56相当的后缘端部70不同于汽轮机1。
后缘端部70形成从叶冠51向轴向下游侧延伸的轴向翅片，轴向间隙gb变窄。该后缘端部70的径向外侧与导向曲面57连接，并且形成随着从导向曲面57向轴向下游侧前进而逐渐朝向径向内侧的锥面70a。
如图9所示，通过了微小间隙H3的漏流L沿着导向曲面57流向后缘端部70。到达后缘端部70的漏流L在被后缘端部70引导而使流向沿轴向下游侧发生较大改变之后，沿着锥面70a流动，并从轴向间隙gb向主流M侧流出。
图10A～C是表示汽轮机2的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。对上述作用进行更详细地说明，以漏流速度v1（径向速度分量vR1、周向速度分量vθ1、轴向速度分量0）（参照图5A～C）到达后缘端部70的漏流L被后缘端部70引导，以漏流速度v2（径向速度分量vR2、周向速度分量vθ1、轴向速度分量vZ1）向主流M流出。即，从导向曲面57流出的漏流L通过后缘端部70将径向速度分量vR的一部分转化为轴向速度分量vZ，径向速度分量vR从vR1大幅减小至vR2（参照图10A～C及图5的A、B），另一方面，轴向速度分量vZ从0增加至vZ1（参照图10A～C及图5的B、C）。
因此，漏流L以轴向速度分量增加至vZ1的状态从后缘端部70向轴向下游侧流出，因此正涡流C较强地形成，将沿着导向曲面57流动的漏流L推靠于导向曲面57。
而且，漏流L的径向速度分量vR从vR1减小至vR2，相对于主流M的径向速度分量（≈0）的差分减小。即，抑制主流M的搅拌并使漏流L平滑地与主流M汇合。
如以上说明那样，根据汽轮机2，后缘端部70形成为沿轴向延伸的轴向翅片，因此径向速度分量vR的一部分转化为轴向速度分量vZ。由此，正涡流C较强地形成，将沿着导向曲面57流动的漏流L推靠于导向曲面57。因此，漏流L更难剥离，能够稳定地得到主流M的搅拌抑制效果。
而且，后缘端部70形成为沿轴向延伸的轴向翅片，因此能够削减被后缘端部70引导的漏流L的径向速度分量vR。由此，主流M的径向速度分量（≈0）和漏流L的径向速度分量vR（=vR2<vR1）的差分变小。因此，能够抑制主流M的搅拌并使漏流L平滑地与主流M汇合，因此能够进一步降低混合损失。
另外，在本实施方式中，如图11所示的变形例2A那样，也可以使用导向曲面57A。
而且，导向曲面57和锥面70a可以以具有曲率的方式平滑地连续，也可以以形成角的方式不连续地构成。
而且，轴向翅片的前端可以设置与轴向相交的端面（参照图8），也可以不设置端面而形成尖缘。
（第三实施方式）
接着，使用附图对本发明的第三实施方式所涉及的汽轮机3进行说明。
图12是汽轮机3的主要部分放大剖面立体图，图13是汽轮机3的叶片排列图。另外，在图12及图13中，对与图1～图11同样的构成要素，标以相同的标号并省略其说明。
如图12所示，汽轮机3在导向通路81形成于汽轮机1的导向曲面57这一方面不同于上述的汽轮机1。
如图12所示，导向通路81形成为槽状，在从径向外侧向内侧观察的情况下，从导向曲面57的始端（外周面53C的终端）弯曲地延伸至后缘端部56。更具体而言，如图13所示，使漏流L从外周面53C流入的流入部81a和在后缘端部56使漏流L流出的流出部81b形成为沿与转子旋转方向相反的方向错开。换言之，导向通路81的流出部81b形成得比流入部81a更靠转子旋转方向的下游侧。
该导向通路81在导向曲面57相互隔开间隔地沿周向形成多个。
上述导向通路81基于设定于汽轮机3的额定转数或动叶片50的周向位置，设定导向通路81的条数、流入部81a及流出部81b的周向位置和延伸方向，以使得在流入到间隙G的漏流L向主流M侧流出时减小周向速度分量vθ（后述。）。
接着，对汽轮机3的作用进行说明。
如图13所示的速度三角形那样，在上游级的动叶片50的流出部，相对速度为w1的蒸汽S由于动叶片50的转速u1而以绝对速度c1从动叶片50流出。接着，流入到静叶片40的蒸汽S以绝对速度c1流入到静叶片40之后，通过静叶片40来变更流向，以绝对速度c2从静叶片40流出。而且，以该绝对速度c2流出的蒸汽S由于动叶片50的转速u2而以相对速度w2向动叶片50流入。
对动叶片50施加了旋转能的主流M如图13所示，由于动叶片50的转速u2而以绝对速度c2（=V）、相对速度w2（=V’）从动叶片50流出。
另一方面，漏流L由于基本没有对动叶片50施加旋转能，因此以保存了从静叶片40流出时的速度能（绝对速度c2、相对速度w2）的大部分的漏流速度v（绝对速度v，相对速度v’）通过微小间隙H3。
通过了微小间隙H3的漏流L中的流入到导向通路81的一部分在流经导向通路81的过程中，被赋予与动叶片50的旋转方向（正速度分量）相反方向的周向速度分量（负速度分量），从而周向速度分量减小。若从动叶片50侧观察，漏流L流经导向通路81而由漏流L向动叶片50的旋转方向赋予周向速度分量，由此从漏流L回收旋转能。
因此，流过导向曲面57的漏流L整体的速度能小于从静叶片40流出时的速度能。
因此，漏流L的速度v3小于上述第一实施方式中的漏流L的速度v1。
这样一来，漏流L以漏流速度v3（绝对速度v、相对速度v’）从后缘端部56向主流M流出。
图14A～C是表示汽轮机3的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
如图14A～C所示，对到达后缘端部56时的漏流速度v1（第一实施方式）和漏流速度v3进行比较时，漏流L的周向速度分量vθ减小，相对于主流M的周向速度分量的差分减小而保持基本一致。而且，与主流M正交的速度分量V3=（VR3 2+Vθ3 2）0.5小于第一实施方式中的速度分量V1=（VR1 2+Vθ1 2）0.5。因此，漏流L平滑地与主流M汇合。
如以上说明那样，根据汽轮机3，形成沿与叶冠51相对于隔板外轮11的相对旋转方向相反的方向引导的导向通路81，因此对沿相对旋转方向流动的漏流L赋予相反方向的周向速度分量vθ，漏流L的周向速度分量vθ变小。因此，能够抑制主流M的搅拌并使漏流L平滑地与主流M汇合，因此能够进一步降低混合损失。
而且，能够利用导向通路81回收漏流L的速度能，因此能够提高透平机效率。
另外，在本实施方式中，导向通路81形成为槽形，但例如利用沿导向曲面57的法线方向突出的突壁（或叶片状体）形成导向通路81也能够得到与上述效果同样的效果。
而且，在本实施方式中，也可以取代导向曲面57而使用导向曲面57A（参照图7及图11）。另外，在利用端面58将导向曲面57A和后缘端部56之间连接的情况下，也可以在端面58形成导向通路。
（第四实施方式）
接着，使用附图对本发明的第四实施方式所涉及的汽轮机4进行说明。
图15是汽轮机4的主要部分放大剖面立体图，图16是汽轮机4的叶片排列图。另外，在图15及图16中，对与图1～图14C同样的构成要素，标以相同的标号并省略其说明。
如图15所示，汽轮机4是对已在第二实施方式中说明的后缘端部70和已在第三实施方式中说明的导向通路81进行重叠地适用的汽轮机。
在汽轮机4中，将辅助导向通路82形成于后缘端部70的锥面70a，该辅助导向通路82在轴向上游侧与导向通路81连通并且在轴向下游侧朝向间隙G开放。
接着，对汽轮机4的作用进行说明。
如图16所示，对动叶片50施加了旋转能的主流M由于动叶片50的转速u2而以绝对速度c2（=V）、相对速度w2（=V’）从动叶片50流出。
另一方面，漏流L以保存了从静叶片40流出时的速度能（绝对速度c2、相对速度w2）的大部分的漏流速度v（绝对速度v、相对速度v’）向导向曲面57及导向通路81流入。
由于漏流L在导向通路81被赋予与动叶片50的旋转方向相反方向的周向速度分量vθ，从而漏流L整体的周向速度分量vθ减小。
到达后缘端部70的漏流L被后缘端部70引导而使流向沿轴向下游侧发生较大改变，径向速度分量vR大幅减小至vR4，另一方面轴向速度分量vZ从0增加至vZ1。
而且，漏流L从轴向间隙gb向主流M侧流出，而以顺沿的方式与主流M汇合。
图17A～C是表示汽轮机4的主流速度V和漏流速度v的矢量线图。
如图17A～C所示，对向主流M流出时的漏流速度v1（第一实施方式）和漏流速度v4进行比较时，周向速度分量vθ从vθ1大幅减小。而且，径向速度分量vR从vR1大幅减小至vR4，另一方面，轴向速度分量vZ从0增加至vZ1。即，在漏流速度v的周向速度分量vθ、径向速度分量vR、轴向速度分量vZ的全部中，相对于主流速度V的各方向速度分量的差分变小，因此以进一步抑制了主流M的搅拌的状态使漏流L极其平滑地与主流M汇合。
如以上说明那样，根据汽轮机4，以进一步抑制了主流M的搅拌的状态使漏流L极其平滑地与主流M汇合，因此能够极其有效地降低混合损失，能够大幅提高透平机效率。
而且，由于轴向速度分量vZ增加，正涡流C较强地形成，将沿着导向曲面57流动的漏流L推靠于导向曲面57，因此漏流L变得更难剥离，能够稳定地得到主流M的搅拌抑制效果。
而且，能够利用导向通路81及辅助导向通路82来回收漏流L的速度能，因此能够提高透平机效率。
（模拟）
此处，对于因导向曲面57的有无引起的透平机效率及泄漏流量-主流流量比的关系，对进行模拟而得到的结果进行说明。
图18是省略了导向曲面57的模型1的模拟结果，图19是形成了导向曲面57的模型2的模拟结果。另外，在图18及图19中，对与图1～图17C同样的构成要素，标以相同的标号并省略其说明。
各模型中，将后缘端部56和下游槽侧面11b的轴向距离形成得比上述各实施方式大。
而且，在图18所示的对比模型1中，形成为利用与轴向相交的端面057和与径向相交的外周面053D将外周面53C和后缘端部56之间连接的构成。
如图18所示，在省略了导向曲面57的模型1中，沿着外周面53C流动的漏流L在由外周面53C和端面057形成的角部057a剥离。因此，在端面057的轴向下游侧形成反涡流X，并且在反涡流X的轴向下游侧且径向外侧与反涡流X相接地形成涡流。因此，反涡流X相对于主流M逆向流动并且在后缘端部56卷起主流M，从而搅拌主流M。
另一方面，在如图19所示的模型2中，导向曲面57将沿着外周面53C流动的漏流L引导至后缘端部56，在后缘端部56向主流M侧流出。因此，没有在导向曲面57的轴向下游侧形成反涡流X，而在间隙G形成大的正涡流C。因此，不会在间隙G和主流流路的边界对主流M产生搅拌。
图20是表示模型1、2的透平机效率和泄漏流量-主流流量比的图表，图中左侧所示的两种柱形图表示模型1，图中右侧所示的两种柱形图表示模型2。两种柱形图中，标有点图案的柱形图表示透平机效率，空白的柱形图表示泄漏流量-主流流量比。
如图20所示，对于泄漏流量-主流流量比，在模型1及模型2中基本无变化，另一方面，对于透平机效率，模型2大于模型1。即，能够确认与模型1相比模型2的透平机效率更良好。
另外，上述实施方式中所示的动作步骤或各构成部件的各种形状或组合等是一个示例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等进行各种变更。
例如，在上述各实施方式中，将隔板外轮11与外壳10作为分体，但也可以与外壳10一体形成。
而且，上述各实施方式的导向曲面57、57A也可以形成为凹凸状。通过这样形成，沿着导向曲面57、57A流动的漏流L被紊流化，漏流L对导向曲面57、57A的附着性提高，因此漏流L将难以从导向曲面57、57A剥离。因此，能够更切实地将漏流L引导至叶冠51的后缘端部56。
另外，上述的“凹凸状”包含从通过实施压窝加工等而得到的能够目视的程度的大小的凹凸状至不能够目视的程度的微小的凹凸状。
而且，在上述各实施方式中，将导向曲面57、57A的剖面轮廓形成为椭圆状或圆弧状，但可以形成为例如具有拐点的剖面轮廓，也可以将曲率不同的多个圆弧彼此或圆弧和直线平滑地连接。
而且，在上述各实施方式中，将本发明适用于最后一级的动叶片50，但也能够将本发明适用于任意一级的动叶片50。
而且，在上述各实施方式中，将本发明适用于动叶片50，但如图21所示，也可以将本发明适用于静叶片40（在图21中对与图1～图20中的构成要素同样的构成要素标以相同的标号，对能够近似的构成要素标以相同的标号并括上括弧。）。在图21的情况下，轴体30为转子，通过轴主体31及相互邻接的盘部32构成收容凹体，在轮毂围带（围带）41的内周面（周面）43C和后缘端部46之间形成导向曲面47。
而且，在上述各实施方式中，将叶冠51形成为阶梯状，但也可以不形成阶梯差而形成为平面状。
而且，在上述各实施方式中，设置三个阶梯部52，但可以设置两个，也可以设置四个以上。而且，阶梯部52可以不形成为阶梯状，也可以形成为凸凹状。
而且，无需如上述实施方式那样使密封片15和阶梯部52必须一一对应，对于它们的数量能够任意地设计。
而且，在上述实施方式中，将本发明适用于凝汽式的汽轮机，但也可以将本发明适用于其他型式的汽轮机例如两级抽气透平机、抽气透平机、混气透平机等的透平机型式。
而且，在上述实施方式中，将本发明适用于汽轮机，但也能够将本发明适用于燃气轮机。
工业实用性
本发明涉及一种透平机，具备：转子，被旋转自如地支撑；定子，设于上述转子的周围；叶片体，具有叶片和围带，其中，上述叶片设于上述转子和上述定子中的一方，从上述一方的一侧朝向另一方的一侧沿径向延伸；上述围带在上述叶片的径向前端部沿周向延伸；及收容凹体，设于上述转子和上述定子中的另一方，沿周向延伸，并且留有间隙地收容上述围带且相对于上述叶片体旋转；从沿着上述叶片流动的主流漏出的漏流流经上述间隙，在上述透平机中，上述围带中的、与上述收容凹体相对的周面和比上述周面更靠上述漏流的下游而形成于上述主流侧的后缘端部之间形成导向曲面，上述导向曲面将沿着上述周面流动的漏流以顺沿的方式从上述周面引导至上述后缘端部。根据本发明，能够抑制混合损失的产生，能够提高透平机效率。
附图标记说明
1、1A、2、2A、3、4…汽轮机（透平机）
10…外壳（定子）
11…隔板外轮（收容凹体）
30…轴体（转子）
31…轴主体（收容凹体）
32…盘部（收容凹体）
40…静叶片（叶片体）
41…轮毂围带（围带）
43C…内周面（周面）
50…动叶片（叶片体）
51…叶冠（围带）
53C…外周面（周面）
46、56、70…后缘端部
57、57A…导向曲面
81…导向通路
G…间隙
L…漏流
M…主流

Claims (7)

1.一种透平机，具备：
转子，被旋转自如地支撑；
定子，设于所述转子的周围；
叶片体，具有叶片和围带，其中，所述叶片设于所述转子和所述定子中的一方，从所述一方的一侧朝向另一方的一侧沿径向延伸；所述围带在所述叶片的径向前端部沿周向延伸；及
收容凹体，设于所述转子和所述定子中的另一方，沿周向延伸，并且，留有间隙地***述围带且相对于所述叶片体旋转，
从沿着所述叶片流动的主流漏出的漏流流经所述间隙，
所述透平机的特征在于，
所述围带中的、与所述收容凹体相对的所述围带前端的周面的轴向下游的终端和比所述终端更靠所述漏流的下游而形成于所述主流侧的后缘端部之间形成导向曲面，所述导向曲面呈从所述周面连续的凸状的曲面状并将沿着所述周面流动的漏流以顺沿的方式从所述周面引导至所述后缘端部。
2.根据权利要求1所述的透平机，其中，
所述后缘端部形成为沿转轴方向延伸的轴向翅片。
3.根据权利要求1或2所述的透平机，其中，
在所述导向曲面形成沿与所述围带相对于所述收容凹体的相对旋转方向相反的方向引导的导向通路，
所述导向通路被设置为，在所述周面侧使所述漏流流入的流入部和在所述后缘端部侧使所述漏流流出的流出部沿与所述相对旋转方向相反的方向错开。
4.根据权利要求3所述的透平机，其中，
所述导向通路形成为槽状。
5.根据权利要求3所述的透平机，其中，
所述导向通路由沿所述导向曲面的法线方向突出的突壁形成。
6.根据权利要求1所述的透平机，其中，
所述导向曲面被设置为，与周向相交的剖面的剖面轮廓形成为凸状的圆弧状。
7.根据权利要求1所述的透平机，其中，
所述导向曲面被设置为，与周向相交的剖面的剖面轮廓形成为凸状的椭圆状。
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