CN107257883A - 轴流式涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴流式涡轮机，上述轴流式涡轮机包括：外壳，具有转子安装部和用于包围上述转子安装部的流体供给部；转子，设置于在上述外壳所设置的旋转轴，位于转子安装部，沿着圆周方向安装有多个叶片；以及多个喷嘴，设置于包围上述转子安装部的流体供给部，用于向上述叶片喷射高压流体，安装于上述转子的叶片的流体碰撞面相对于旋转中心轴的法线方向轴朝向转子的旋转方向倾斜而成，形成于上述流体供给部的喷嘴以与叶片的流体碰撞面的法线方向平行的角度设置。如上所述的本发明具有如下效果，即，使本发明的叶片的流体碰撞面的角度最优化来使流体顺畅流动并最大程度提高涡轮机的旋转率。

Description

轴流式涡轮机

技术领域

本发明涉及轴流式涡轮机，更详细地，转子的叶片角度得到改善的轴流式涡轮机。

背景技术

通常，用于发电板等的气体涡轮机或蒸汽涡轮机通过工作流体的流动方向分为流体向涡轮机的旋转轴方向流动的轴流式涡轮机、流体从旋转轴弯曲流动的斜流涡轮机、流体向旋转直径方向流动的径向涡轮机。其中，尤其，轴流式涡轮机适合于大容量的发电板，从而广泛用于火力发电厂中的蒸汽涡轮机等。

这种轴流式涡轮机在经济性提高和环境负荷减少的观点上，需要提高发电板的加一层的发电效率，且需要涡轮机的高性能化。支配涡轮机性能的因素包括短路损失、排气损失、机械损失等，尤其，降低短路损失会有效提高性能。上述短路损失具有多种形态，大体分为因叶片形状自身所引起的翼型损失、因横穿叶片间流路的流动所引起的2次流动损失、工作流体向叶片之间流路外泄漏而发生的泄漏损失等。其中，泄漏损失为泄漏流动，分为因在主流之外的路径流动所导致的具有蒸汽的能量无法被有效利用的旁通损失、当从主流超出的泄露流动再次向主流流入时所发生的混合损失及再流入的泄漏流动干扰下流翼列而发生的干扰损失等。因此，为了减少这些泄漏损失，减少泄漏流动量并使泄漏流动没有损失地向主流流动。

考虑到这种问题，日本专利公开第2011-106474号公开了在相同叶片端部的泄漏流动流路部设置引导泄漏流动的引导板的技术。通过上述引导板，泄漏流动的流出方向与从上述相同叶片流出的主流方向相同，由此可降低在泄露流动和主流的合流时的混合损失。

但是，这种轴流式涡轮机很难使从因流体与叶片碰撞而发生的主流超出的损失或泄漏损失和短路损失最小化。

韩国公开专利10-0550366号中公开了轴流式多级涡轮机。

发明内容

技术问题

本发明所要解决的技术问题在于，提供可减少作为基于流体的流动的能量损失的主流损失和泄漏损失及混合损失，进而，可相对提高涡轮机效率的轴流式涡轮机。

结局问题的方案

用于解决上述问题的本发明的轴流式涡轮机的特征在于，包括：外壳，具有转子安装部和用于包围上述转子安装部的流体供给部；转子，设置于在上述外壳所设置的旋转轴，位于转子安装部，沿着圆周方向安装有多个叶片；以及多个喷嘴，设置于包围上述转子安装部的流体供给部，用于向上述叶片喷射高压流体，安装于上述转子的叶片的流体碰撞面相对于旋转中心轴的法线方向轴朝向转子的旋转方向倾斜而成，形成于上述流体供给部的喷嘴以与叶片的流体碰撞面的法线方向平行的角度设置。

在本发明中，在从上述外壳的流体供给部向旋转轴方向延伸的支撑部设置固定叶片，上述固定叶片设置于在上述转子所设置的叶片与旋转轴之间，用于引导流体。

设置于上述转子的叶片的流体碰撞面相对于转子的旋转中心轴倾斜规定角度而成。

用于解决上述技术问题的本发明的轴流式涡轮机的特征在于，包括：外壳，在上部形成至少一个流体流入口，在内部形成转子安装部；旋转轴，以能够旋转的方式设置于上述外壳，贯通转子安装部；以及转子，设置于上述旋转轴，在边缘部形成多个转子旋转力发生部，形成于上述转子的转子旋转力发生部包括：流体引导部，从上部面沿着旋转方向形成；叶片形成部，从上述流体引导部沿着半径方向形成，在转子的旋转中心轴相对于作为直角方向的法线方向朝向旋转方向倾斜而成，使流体碰撞；以及引导排出部，从上述叶片形成部沿着转子的外周面形成。

在本发明中，上述引导排出部从上述叶片形成面沿着旋转方向的相反方向形成，在与其对应的外壳的内周面形成流体引导阻力突起。

发明的效果

本发明的轴流式涡轮机提供如下效果，即，调节流体作用的翼角度和流体碰撞而引起旋转作用的叶片的流体碰撞面的角度来使流体顺畅地流动，并可减少当从喷嘴喷射的流体碰撞各个叶片时有可能发生的短路损失和泄漏损失，从而提高涡轮机的旋转率。

附图说明

图1为示出本发明轴流式涡轮机的一实施例的一部分切除剖视图。

图2为本发明的轴流式涡轮机的一部分切除立体图。

图3为图1所示的轴流式涡轮机的横向剖视图。

图4为抽样示出本发明的转子的一部分去除立体图。

图5为示出本发明的轴流式涡轮机的其他实施例的剖视图。

图6为抽样示出图5所示的转子的一部分去除立体图。

图7为示出本发明的轴流式涡轮机和以往轴流式涡轮机的蒸汽速度和转数的关系的图表。

具体实施方式

本发明的轴流式涡轮机的一实施例呈现在图1至图4。

参照附图，本发明的轴流式涡轮机10包括：外壳20，内部形成转子安装部21，形成有上述转子安装部21和通过划分隔壁23划分的流体供给部22；转子40，设置于在上述外壳20设置的旋转轴30，以此设置于转子安装部21，沿着圆周方向安装多个叶片41；以及多个喷嘴50，设置于上述划分隔壁23，向上述叶片41的流体碰撞面42喷射向上述流体供给部22供给的流体来使转子40进行旋转。

上述外壳20的转子安装部21在外壳20的内部向旋转轴30的垂直方向层叠多个，在各个转子安装部21设置转子40。而且，在位于最上部侧的转子安装部21的外周面，通过划分隔壁23向圆周方向划分的流体供给部22通过设置于侧上部面或侧面的至少一个流体供给管24接收流体。

而且，沿着轴方向位于下部侧的流体供给部22'以能够使上部侧的转子安装部21和使转子安装部21的流体流入的方式具有连通结构。

如图3及图4，安装于上述转子40的叶片41的流体碰撞面42相对于旋转中心轴C的法线方向轴B向转子40的旋转方向轴倾斜。优选地，上述倾斜角度a为5度至45度。在上述倾斜角度为5度以下的情况下，向叶片41的碰撞面碰撞的流体受到限制，从而导致短路损失相对变大，在大于45度以上的情况下，基于主流的碰撞损失，即，对于主流方向的分力将会变大。

而且，用于向叶片的流体碰撞面42喷射从上述流体供给部22供给的流体的喷嘴50以与叶片41的流体碰撞面42的法线方向平行的角度设置。优选地，上述喷嘴50的喷射口与流体碰撞面42的中心对应。而且，虽然未图示，优选地，上述喷嘴50为了减少管内的损失，从喷嘴50的喷射口越靠近流体供给部22，内径逐渐变大。

另一方面，设置于上述转子40的叶片41的流体碰撞面42相对于转子40的旋转中心轴C倾斜规定角度而成。上述流体碰撞面42与叶片的形状或设置角度无关地倾斜，优选地，上述流体碰撞面42的倾斜角度d为0～65度。对于上述流体碰撞面42的旋转中心轴C倾斜角度b为65度以上的情况下，对于主流方向的分力相对变大，从而导致泄漏损失的发生相对变大。

而且，在上述外壳20的划分隔壁23的下部侧形成从流体供给部侧向旋转轴方向延伸规定长度的支撑部25。在上述支撑部的叶片41形成可以使碰撞流体碰撞面42的流体顺畅地向下部侧的流体供给部22侧流动的贯通孔26。

而且，上述支撑部25的端部侧靠近上述叶片41的内侧端部侧，在叶片41和流体碰撞之后，为了不干扰进行旋转的叶片41，引导流体的固定板45按规定间隔设置。优选地，上述固定板向转子40的旋转方向侧倾斜。

图5及图6示出本发明的轴流式涡轮机的其他实施例。在本实施例中，与上述实施例相同的结构要素具有相同附图标记。

参照附图，本发明的轴流式涡轮机70包括：外壳20，在上部形成至少一个流体供给管24，在内部形成单一的转子安装部21；旋转轴30，以能够旋转的方式设置于上述外壳20，贯通转子安装部21；以及多个转子90，在上述旋转轴30的边缘部形成多个转子旋转力发生部80。

上述转子90包括：流体引导部81，呈圆板形状，沿着上述边缘形成，通过流体的碰撞，向转子90提供旋转力的转子旋转力发生部80从上述转子90的上部面沿着旋转方向形成；叶片形成部82，从上述流体引导部81沿着半径方向形成，相对于对作为转子90的旋转中心轴C直角方向的法线方向轴B向旋转方向倾斜而成，通过上述流体引导部81流入的流体所碰撞；以及引导排出部83，从上述叶片形成部82向转子的外周面突出的引导排出部83。上述引导排出部83从上述叶片形成部82向旋转方向的相反方向倾斜，在与其对应的外壳的内周面形成流体引导阻力突起27。

如图6所示，优选地，上述转子旋转力发生部80的叶片形成部82的倾斜角度a相对于旋转中心轴C的法线方向轴B形成5度至45度。而且，设置于上述转子90的叶片形成部82的流体碰撞面85相对于转子90的旋转中心轴C倾斜规定角度而成。优选地，上述流体碰撞面85的倾斜角度为0～65度。

形成于与上述转子90的外周面相向的外壳20的内周面的流体引导阻力突起27向下方引导从流体引导排出部83排出的流体并同时以能够使基于流体碰撞的反作用力向转子用的方式具有与转子90的流体引导排出部83对应的至少一个面(未图示)。

说明如上所述的本发明的轴流式涡轮机的作用效果如下。

首先，本发明通过使流体作用的翼面的角度最优化来使流体顺畅流动并以最大程度提高涡轮机的旋转率。图1至图4所示的轴流式涡轮机10通过外壳20的流体供给管24向上述流体供给部22流入高压的流体。

而且，向流体供给部22流入的高温高压的流体通过喷嘴50以高温喷射并碰撞与喷嘴50对应的叶片41的流体碰撞面42，由此使转子40高速旋转。

在这种过程中，上述固定板45将流体前进方向旋转轴贯通的贯通孔26侧引导来防止转子40的叶片41的干扰的发生，由此可防止与叶片41的流体碰撞面42碰撞的流体再次混合，因此可使流体的混合损失最小化。

尤其，本发明的转子40的叶片41的流体碰撞面42相对于旋转中心轴C的法线方向轴B向转子40的旋转方向轴倾斜，因此，可使从喷嘴喷射的流体的碰撞面相对变大，当叶片41的旋转时，可减少后续向喷嘴50侧流入的叶片的干扰阻力。这可以获得流体连续向转子40的叶片41碰撞的效果，从喷嘴50喷射的流体的短路损失可相对减少。

根据本发明人员的实验，如图7所示，本发明的轴流式涡轮机通过低的速度，即，在相对低的蒸汽速度获得高的转数。更详细地，为了获得相同转数，与以往的轴流式涡轮机相比，本发明的轴流式涡轮机具有低的流体喷射速度。本发明的轴流式涡轮机的效率相对提高。

另一方面，本发明的图5及图6所示的本发明的轴流式涡轮机70通过高温高压的流体，当转子90的旋转时，作用力和反作用力同时向转子90作用。即，向转子旋转力发生部80的流体引导部81流入的流体碰撞叶片形成部82并以转子90的旋转力第一次进行作用，通过沿着上述旋转方向和相反方向形成的流体引导排出部83排出并第二次进行作用。尤其，通过流体引导排出部83排出的流体碰撞流体引导阻力突起27并发生反作用力来增加转子90的旋转力。

尤其，上述叶片形成部82相对于旋转中心轴C的法线方向轴B向转子40的旋转方向轴倾斜，因此，可使从喷嘴喷射的流体的碰撞面相对变大，并可减少流体的阻力。

本发明适用上述结构部，从而以多种方式变形，并可采取多种形态。

而且，本发明并不局限于在上述说明中提及的特殊形态，而是包括通过发明要求保护范围定义的本发明的精神和范围内的所有变形技术方案和等同技术方案及代替技术方案，或者本发明叶片面及翼在不毁损作为本发明范围的叶片及翼角度范围内，根据现场状况或流体的种类可呈现出多种形态或形状。

产业上的可利用性

本发明的轴流式涡轮机的技术思想实际上可反复实施相同结果，尤其，上述本发明可用成各种发电设施、产业用动力源。

Claims (6)

1.一种轴流式涡轮机，其特征在于，

包括：

外壳，具有转子安装部和用于包围上述转子安装部的流体供给部；

转子，设置于在上述外壳所设置的旋转轴，位于转子安装部，沿着圆周方向安装有多个叶片；以及

多个喷嘴，设置于包围上述转子安装部的流体供给部，用于向上述叶片喷射高压流体，

安装于上述转子的叶片的流体碰撞面相对于旋转中心轴的法线方向轴朝向转子的旋转方向倾斜而成，形成于上述流体供给部的喷嘴以与叶片的流体碰撞面的法线方向平行的角度设置。

2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，在从上述外壳的流体供给部向旋转轴方向延伸的支撑部设置固定叶片，上述固定叶片设置于在上述转子所设置的叶片与旋转轴之间，用于引导流体。

3.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，设置于上述转子的叶片的流体碰撞面相对于转子的旋转中心轴倾斜规定角度而成。

4.根据权利要求3所述的轴流式涡轮机，其特征在于，上述叶片的流体碰撞面相对于旋转中心轴的法线方向轴朝向转子的旋转方向侧倾斜5度至45度，上述流体碰撞面相对于转子的旋转中心轴倾斜的角度为0～65度。

5.一种轴流式涡轮机，其特征在于，

包括：

外壳，在上部形成至少一个流体流入口，在内部形成转子安装部；

旋转轴，以能够旋转的方式设置于上述外壳，贯通转子安装部；以及

转子，设置于上述旋转轴，在边缘部形成多个转子旋转力发生部，

形成于上述转子的转子旋转力发生部包括：

流体引导部，从上部面沿着旋转方向形成；

叶片形成部，从上述流体引导部沿着半径方向形成，在转子的旋转中心轴相对于作为直角方向的法线方向朝向旋转方向倾斜而成，使流体碰撞；以及

引导排出部，从上述叶片形成部沿着转子的外周面形成。

6.根据权利要求5所述的轴流式涡轮机，其特征在于，上述引导排出部从上述叶片形成面沿着旋转方向的相反方向形成，在与其对应的外壳的内周面形成流体引导阻力突起。