CN108291451A - 密封翅片、密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法 - Google Patents

密封翅片、密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够抑制制造成本的上升，并得到高的泄漏抑制效果，进而降低透平机械的泄漏损失的密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法。密封翅片(6)抑制流体从在径向(R)上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体(51)之间的间隙的泄漏，与第二结构体(51)之间隔开余隙地设置于所述第一结构体，其中，具备：翅片主体(61)，沿径向(R)延伸；及突起部(62)，形成于翅片主体(61)的前表面(61a)与前端面(61c)之间，向上游侧凸出，突起部(62)的长度尺寸(L1)为翅片主体(61)的长度尺寸(L0)的1.5倍以下，突起部(62)的角度(θ1)为75度以下，翅片主体(61)的倾斜角度(θ2)设定在‑60度以上且60度以下的范围内。

Description

密封翅片、密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法
技术领域
本发明涉及抑制流体从相对旋转的两个结构体彼此之间泄漏的密封翅片、使用了该密封翅片的密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法。
背景技术
在蒸汽涡轮、燃气轮机及涡轮压缩机等透平机械中，当蒸汽等工作流体从静止侧与旋转侧之间形成的间隙泄漏时，该泄漏引起透平机械的效率的损失(泄漏损失)。因此，在透平机械中，为了防止工作流体的泄漏而使用迷宫密封等非接触型的密封结构。
作为与这样的透平机械的非接触型的密封结构相关的技术，存在专利文献1及专利文献2公开的技术。以下，对专利文献1及专利文献2公开的技术进行说明。在该说明中，为了参考而将专利文献1及专利文献2中使用的标号以带括弧的方式表示。
专利文献1(参照首页、段落[0021]及图1、2等)公开了“一种对静止体(11)与旋转体(12)之间进行密封的密封装置，具备从静止体(11)朝向旋转体(12)的表面(12a)突出设置且前端尖锐的翅片(13)和在旋转体(12)的表面(12a)形成的粗糙面部(17)”。根据专利文献1，利用粗糙面部(17)使翅片(13)的周边的流动紊乱，由此使流体(14)的压力损失增大，能够降低流体(14)从翅片(13)与旋转体(12)之间泄漏的量。
在专利文献2(参照首页、段落[0039]、[0045]及图1、2等)公开了“一种迷宫密封，在透平机械中将作为静止要素的静止壳体(12)与作为可动要素的叶片护罩(11)的相互间隙密封，使设置于径向内侧的构成密封翅片(26)的前端部的末端要素(34)从静止壳体(12)朝向泄漏流(21)的流动方向上游侧倾斜”。根据专利文献2，利用密封翅片(26)的形状而在密封翅片(26)的上游侧形成泄漏流(21)的循环涡流(36)，利用该循环涡流(36)，静止壳体(12)与叶片护罩(11)的相互间隙的有效区域缩小，能够减少在相互间隙中通过的泄漏流(21)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-196522号公报
专利文献2：日本特开2013-019537号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1公开的密封装置中，泄漏抑制效果甚至透平机械的泄漏损失抑制效果无法说是充分的。这是翅片(13)为朝向旋转体(12)笔直地延伸的笔直形状，无法说是对于从与旋转体(12)之间的流体(14)的流动(泄漏)施加充分限制的形状。
另外，由于加工上的制约而无法避免在翅片(13)的前端带有圆角(在此所说的“圆角”是对流体的流动会造成影响的一定曲率半径以上的圆角)的情况。当翅片(13)的前端部存在圆角时，流体(14)在翅片(13)的前端部处剥离的点(以下，称为“剥离点”)向实质上扩大与旋转体(12)的表面(12a)的余隙的方向移动，且流体(14)的剥离点处的行进方向朝向下游侧(通过翅片(13)的一侧)，缩流变弱。因此，与在前端部没有圆角的理想的形状相比，密封装置的泄漏抑制效果甚至透平机械的泄漏损失抑制效果损耗。
在专利文献2公开的迷宫密封中，在密封翅片(26)的前端部产生圆角的情况无法避免，会产生同样的课题。尤其是如专利文献2公开的密封翅片(26)那样，在前端部倾斜的形状中在前端部存在圆角时，该前端部的圆角的扇角容易成为90度[degree]以上(即带有圆角的范围容易变宽)，因此，与专利文献1公开的笔直形状的密封翅片相比，前端部的圆角引起的“泄漏抑制效果的损耗”较大。
此外，在专利文献2公开的迷宫密封中，需要用于使密封翅片(26)的末端要素(34)成为倾斜的形状的加工。由于密封翅片(26)要求一定的加工精度，因此其形状加工优选使用切削加工。然而，当进行切削加工时会产生毛刺，因此需要将该毛刺除去的作业，存在密封翅片(26)的制造成本成为高价的课题。
本发明鉴于上述那样的课题而创立，其目的在于提供一种抑制制造成本的上升，并得到高的泄漏抑制效果，而且能够减少透平机械的泄漏损失的密封翅片、密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法。
用于解决课题的方案
(1)为了实现上述的目的，本发明的密封翅片抑制流体从相互隔开间隙而在径向上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体之间的所述间隙泄漏，所述密封翅片从所述第一结构体朝向所述第二结构体延伸，所述密封翅片以在所述密封翅片的延伸方向的前端面与所述第二结构体之间隔开余隙的方式设置，其特征在于，所述密封翅片具备：翅片主体，在所述径向上延伸；及突起部，形成于所述翅片主体的在所述流体的流通方向上朝向上游侧的前表面和所述翅片主体的与所述第二结构体相对的前端面之间，且所述突起部向所述上游侧凸出，所述突起部的沿所述轴线的长度尺寸为所述翅片主体的所述长度尺寸的1.5倍以下，所述突起部的角度为75度以下，以所述翅片主体的所述前端面为基准的所述突起部的倾斜角度设定在-60度以上且60度以下的范围内。
(2)优选的是，所述突起部是前端尖锐的尖锐突起部。
(3)优选的是，在所述翅片主体在所述前端面与朝向所述流体的流通方向下游侧的背面之间具备朝向所述轴线侧的倾斜面。
(4)优选的是，所述尖锐突起部的沿所述轴线的长度尺寸为所述翅片主体的所述长度尺寸的0.1倍以上且0.5倍以下。
(5)优选的是，所述突起部的与所述第二结构体相对的端面形成为与所述翅片主体的所述前端面齐平。
(6)为了实现上述的目的，本发明的密封结构抑制流体从相互隔开间隙而在径向上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体之间的所述间隙泄漏，其特征在于，所述密封结构在所述第一结构体具备(1)～(5)中任一项记载的密封翅片，所述密封翅片朝向所述第二结构体延伸，并在所述密封翅片的延伸方向的前端面与所述第二结构体之间隔开余隙。
(7)为了实现上述的目的，本发明的透平机械的特征在于，具备(6)记载的密封结构。
(8)为了实现上述的目的，本发明的密封翅片的制造方法中，所述密封翅片是在抑制流体从相互隔开间隙而在径向上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体之间的所述间隙泄漏的密封结构中，从所述第一结构体朝向所述第二结构体延伸并在所述密封翅片的延伸方向的前端面与所述第二结构体之间隔开余隙地设置，其特征在于，包括切削步骤，该切削步骤对于翅片原材料，将厚度方向上的从前端表面起的一定的范围设定作为被切削部，沿着与所述厚度方向交叉的切削方向对所述被切削部进行切削，由此在与所述切削方向交叉的面上形成向所述切削方向凸出的突起部。
(9)优选的是，包括研磨步骤，该研磨步骤对所述突起部进行研磨而形成为前端尖锐的尖锐突起部。
发明效果
根据本发明，朝向密封翅片与第二结构体的余隙流动的流体由朝向上游侧设置于密封翅片的突起部引导，结果是，剥离点(流体从密封翅片剥离的点)处的流体的行进方向朝向上游侧(流体通过密封翅片的方向的反方向)，因此流体的缩流增强。
因此，能得到高的泄漏抑制效果，进而能够降低透平机械的泄漏损失。
而且，突起部的主要尺寸，即，突起部的沿轴线的长度尺寸、突起部的角度及突起部的倾斜角度设定为适当的范围，因此能够得到更高的泄漏抑制效果。
另外，能够利用与切削加工相伴的毛刺的产生来设置突起部，因此不需要毛刺的除去，而且能够廉价且容易地设置突起部，能够抑制设置突起部引起的制造成本的上升。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的蒸汽涡轮的整体结构的示意性的纵向剖视图。
图2是本发明的一实施方式的蒸汽涡轮的主要部分剖视图，是图1的I部的放大剖视图。
图3是表示本发明的一实施方式的密封翅片的前端的结构的示意性的剖视图(表示密封翅片的截面的斜线省略)。
图4A、图4B及图4C是用于说明本发明的一实施方式的密封翅片的作用的示意性的剖视图，图4A是本发明的一实施方式的密封翅片的图，图4B是以往的密封翅片的图，图4C是理想的以往结构的密封翅片的图(图4A、图4B及图4C都省略表示密封翅片的截面的斜线)。
图5是用于说明本发明的一实施方式的密封翅片的主要尺寸的设定范围的示意图，是表示泄漏流量的抑制效果E、尖锐突起部62的在轴向A上的长度尺寸L1、以及尖锐突起部62的角度θ1的相关关系的解析结果的图。
图6A、图6B及图6C是用于说明本发明的一实施方式的密封翅片的制造方法的示意性的剖视图，图6A是表示切削步骤的图，图6B是表示研磨步骤的图，图6C是表示研磨步骤后的制品完成状态的图(图6A、图6B及图6C都省略表示密封翅片的截面的斜线)。
图7是表示本发明的一实施方式的密封翅片的前端的变形例的结构的示意性的剖视图(省略表示密封翅片的截面的斜线)。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
在本实施方式中，说明将本发明的密封翅片、密封结构、透平机械及密封翅片的制造方法适用于蒸汽涡轮的例子。
需要说明的是，以下所示的实施方式只不过是例示，并没有排除以下的实施方式中未明示的各种变形或技术的适用。以下的实施方式的各结构在不脱离上述的主旨的范围内能够进行各种变形地实施，并且根据需要可以进行取舍选择，或者进行适当组合。
在以下的说明中，在记载为上游、下游时，只要没有特别说明，就是指相对于蒸汽涡轮内的蒸汽S的流动的上游、下游。即，图1～图4中的左侧为上游侧，右侧为下游侧。
另外，将朝向蒸汽涡轮的轴线CL的方向作为内周侧或内侧，将其相反侧、远离轴线CL的方向作为外周侧或外侧进行说明。
[1.蒸汽涡轮的整体结构]
如图1所示，本实施方式的蒸汽涡轮(透平机械)1具备：壳体(第一结构体)10；旋转自如地设置在壳体10的内部并将动力向未图示的发电机等机械传递的旋转轴30；设置于壳体10的静叶片40；设置于旋转轴30的动叶片50；以轴线CL为中心将旋转轴30支承为能够旋转的轴承部70。静叶片40及动叶片50是沿旋转轴30的径向R延伸的叶片。
壳体10静止，相对于此，动叶片50以轴线CL为中心旋转。即，壳体10与动叶片50(包括后述的护罩51)相互进行相对旋转。
蒸汽(流体)S经由与未图示的蒸汽供给源连接的蒸汽供给管20，从形成于壳体10的主流入口21被导入，从与蒸汽涡轮1的下游侧连接的蒸汽排出管22排出。
壳体10的内部空间被气密地密封并作为蒸汽S的流路。供旋转轴30插通的环状的隔板外圈11牢固地固定于该壳体10的内壁面。
轴承部70具备轴颈轴承装置71及推力轴承装置72，将旋转轴30支承为旋转自如。
静叶片40从壳体10朝向内周侧延伸，构成以围绕旋转轴30的方式呈放射状地配置多个的环状静叶片组，分别保持于上述的隔板外圈11。
这些由多个静叶片40构成的环状静叶片组在旋转轴30的轴向(以下，仅称为轴向)A上隔开间隔地形成多个，将蒸汽S的压力能量转换成速度能量，使速度能量增加后的蒸汽S向在下游侧相邻的动叶片50流入。
动叶片50牢固地安装于旋转轴30的旋转轴主体31的外周部，在各环状静叶片组的下游侧呈放射状地配置多个而构成环状动叶片组。
这些环状静叶片组和环状动叶片组设为一组一级。其中，在最终级的动叶片组中，在旋转轴30的周向(以下，仅称为周向)上相邻的动叶片50的前端部彼此由环状的护罩(第二结构体)51连结。也可以是，不仅是最终级的动叶片组，而且关于其他的动叶片组，进而关于静叶片组也由护罩51连结。
[2.密封结构]
[2-1.密封结构的整体结构]
如图2所示，在隔板外圈11的轴向下游侧形成有从隔板外圈11扩径并将壳体10的内周面作为底面(以下，也称为壳体底面)13的圆环状的槽(以下，称为环状槽)12。在环状槽12收容护罩51，壳体底面13隔着间隙Gd而在径向R上与护罩51相对。
蒸汽S中的大部分的蒸汽SM向动叶片50流入，其能量被转换成旋转能量，其结果是，向旋转轴30赋予旋转。另一方面，蒸汽S中的一部分(例如，约几％)的蒸汽(以下，称为泄漏蒸汽)SL未向动叶片50流入而向环状槽12泄漏。由于泄漏蒸汽SL的能量未被转换成旋转能量，因此泄漏蒸汽SL会招致使蒸汽涡轮1的效率下降的泄漏损失。
因此，在壳体10与动叶片50之间的间隙Gd设有作为本发明的一实施方式的密封结构(阶梯型的迷宫密封)2。以下，对密封结构2进行说明。
护罩51具备轴向A上的中央部分突出而形成为阶梯状的阶梯部3。具体而言，护罩51的径向R上的外周侧的面具有基体面4和阶梯部3，该阶梯部3形成有比基体面4在径向R上向外周侧突出的阶梯面5。
在壳体底面13设有朝向护罩51而在径向R上向内周侧分别延伸的三个密封翅片6A、6B、6C(在图1中省略)。以下，在不区分密封翅片6A、6B、6C的情况下，标记为密封翅片6。密封翅片6是以轴线CL(参照图1)为中心的环状的结构，图2所示的横截面形状(与周向垂直的截面的形状)在整周一定。
上游的密封翅片6A朝向阶梯部3的上游侧的基体面4突出，中间的密封翅片6B朝向阶梯部3的阶梯面5突出，下游侧的密封翅片6C朝向阶梯部3的下游侧的基体面4突出。中间的密封翅片6B形成为与上游侧的密封翅片6A及下游侧的密封翅片6C相比径向R上的长度短。
这些密封翅片6与护罩51之间在径向R上形成有微小间隙(以下，也称为余隙)m。考虑壳体10或动叶片50的热伸长量、动叶片50的离心伸长量等而在密封翅片6与动叶片50不接触的范围内设定这些微小间隙m的各尺寸。
在间隙Gd中，利用环状槽12、护罩51及密封翅片6形成有上游侧腔室25和下游侧腔室26。密封翅片6的在轴线方向上的位置根据向这些腔室25、26内泄漏的泄漏蒸汽SL的流动的行迹而适当设定。
[2-2.密封翅片]
密封翅片6在与护罩51的基体面4或阶梯面5相对的前端的结构具有较大的特征。关于该前端的结构，参照图3及图4A～图4C进行说明。
如图3所示，密封翅片6具备：从壳体底面13(参照图2)在径向R上朝向内侧笔直地延伸的翅片主体61；及在翅片主体61的内周端部一体设置的突起部62。突起部62是在翅片主体61的前表面(朝向上游侧的面)61a的内周端部分(前端部分)61b形成的朝向上游侧凸出的突起部。内周端部分61b是指前表面61a内的与翅片主体61的内周端面(前端面，与护罩51相对的面)61c相邻的假想性的一定的区域。换言之，在翅片主体61，在其前表面61a与内周端面61c之间形成有向上游侧凸出的突起部62。
在突起部62的突起前端62c(内周端面62a与其背面(内周端面62a的相反侧的面)62b相交的部位)，在保持原样的状态(保持未加工的状态)下存在圆角(在此所说的“圆角”是指对流体的流动造成影响的一定曲率半径以上的圆角)，因此实施尖锐加工。因此，以下，将突起部62也称为尖锐突起部62。换言之，尖锐突起部62是指通过尖锐加工，与未加工的情况相比突起前端62c相对地尖锐化后的突起部。
需要说明的是，突起前端62c的内周端面62a是指与护罩51相对的端面。
在此，尖锐突起部62形成为其内周端面62a与翅片主体61的内周端面61c齐平。换言之，使内周端面61c向上游侧延长而形成比前表面61a尖锐地凸出的突起部62。而且，在本实施方式中，内周端面61c及内周端面62a与轴线CL平行(也包括大致平行)且与翅片主体61的背面61d垂直(包括大致垂直)。
以下，参照图4A～图4C，说明本发明的一实施方式的密封翅片6的作用。
图4A、图4B及图4C是用于说明本发明的一实施方式的密封翅片的作用的示意性的剖视图，图4A是本发明的一实施方式的密封翅片的图，图4B是以往的密封翅片的图，图4C是理想的以往结构的密封翅片的图(图4A、图4B及图4C都省略表示密封翅片的截面的斜线)。
在图4A、图4B及图4C中，将本发明的一实施方式的密封翅片6与护罩51之间的余隙m、以往的密封翅片6′与护罩51之间的余隙m及理想的以往结构的密封翅片6*与护罩51之间的余隙m分别表示为相同的高度尺寸(以下，也标记为“形状上的余隙”)h。
在理想的以往结构的密封翅片，即，没有尖锐突起部62且在前端62c*没有圆角的密封翅片6*中，泄漏蒸汽SL如图4C的单点划线的箭头所示那样流动。即，由于前端62c*呈没有圆角的理想的形状，因此泄漏蒸汽SL的流动在该前端62c*处从密封翅片6*剥离(剥离点Pe成为前端62c*)，且剥离点Pe处的泄漏蒸汽SL的流动的方向D*成为笔直地朝向护罩51的方向。因此，能得到强的缩流。
因此，缩流后的泄漏蒸汽SL能得到相对于形状上的余隙h而充分窄的实质上的余隙h1*，能得到小的缩流系数(h1*/h)(能得到高的缩流效果)。
相对于此，在没有尖锐突起部62的以往的密封翅片6′中，泄漏蒸汽SL如图4B的单点划线的箭头所示那样流动。即，由于前端62c′带有圆角，因此泄漏蒸汽SL沿着圆角的一部分流动，在前端62c′的翅片根侧(图4B中的上侧)从密封翅片6′剥离地流动(剥离点Pe从前端62c′向根侧移动Δh)，缩流前的实质上的余隙成为比形状上的余隙h宽的余隙h′(h′＝h+Δh)。此外，剥离点Pe处的泄漏蒸汽SL的流动的方向D′朝向下游侧(通过密封翅片6′的一侧)，因此缩流也弱。
因此，缩流后的泄漏蒸汽SL的实质上的余隙h1′比理想的以往结构的密封翅片6*的实质上的余隙h1*变宽，其缩流系数(h1′/h)比理想的以往结构的密封翅片6*的缩流系数(h1*/h)增大(缩流效果降低)。因此，向密封翅片6′下游侧流动的蒸汽流量(以下，称为泄漏流量)FL增多。
相对于此，在本发明的一实施方式的密封翅片6中，泄漏蒸汽SL如图4A的单点划线的箭头所示那样流动。即，在密封翅片6的前端形成朝向上游侧的突起部62，因此剥离点Pe处的泄漏蒸汽SL的流动的方向D朝向上游侧(与通过密封翅片6的一侧相反的一侧)，因此能得到比理想的以往结构的密封翅片6*强的缩流，缩流后的泄漏蒸汽SL的实质上的余隙h1比理想的以往结构的密封翅片6*的实质上的余隙h1*窄。
这是因为，由于向上游凸出的尖锐突起部62的存在，除了对于泄漏蒸汽SL的流通阻力增大之外，泄漏蒸汽SL暂时被向上游侧引导，然后，进行U形转弯而通过密封翅片6与护罩51之间的余隙m时，泄漏蒸汽SL向护罩51接近U形转弯的量而流动(即实质上的余隙h1缩窄)。
此外，由于突起部62尖锐化，泄漏蒸汽SL的流动在突起部62的前端62c处剥离，缩流前的泄漏蒸汽SL的实质上的余隙与形状上的余隙h一致(也包括大体一致)。
因此，密封翅片6的缩流系数(h1/h)比理想的以往结构的密封翅片6*的缩流系数(h1*/h)减小(能得到高的缩流效果)。因此，泄漏流量FL减少。
在此，参照图3及图5，说明尖锐突起部62的主要尺寸L1、θ1、θ2的优选范围。
图5是表示泄漏流量的抑制效果E、尖锐突起部62的在轴向A上的长度尺寸L1、尖锐突起部62的角度(内周端面62a与背面62b所成的角度)θ1的相关关系的解析结果的图。抑制效果E是指以角度θ1为45度[degree]、长度尺寸L1相对于翅片主体61的在轴向A上的长度尺寸L0为0.25倍时利用密封翅片6得到的最大的泄漏降低量为100％来表示泄漏降低量的值。
如果尖锐突起部62的长度尺寸L1过短，则原本作为尖锐突起部62的突起的功能丧失，抑制效果E下降，如果过长，则由于尖锐突起部62的作用而缩流的泄漏蒸汽SL在通过微小间隙m的期间在下游侧扩展(实质上的余隙h1扩展)而再附着于密封翅片6的底面，因此抑制效果E下降。因此，长度尺寸L1与泄漏流量的抑制效果E的关系如图5所示。
根据图5，从得到50％以上的抑制效果E的情况出发，尖锐突起部62的长度尺寸L1优选为翅片主体61的长度尺寸L0的1.5倍以下(L1≤1.5×L0)，从得到80％以上的抑制效果E的情况出发，更优选为上述尺寸L0的0.1倍以上且0.5倍以下(0.1×L0≤L1≤0.5×L0)。
另外，尖锐突起部62的角度θ1越小(即尖锐突起部62越薄)，则能够使剥离点Pe处的泄漏蒸汽SL的流动的方向D〔参照图4A〕越朝向上游侧，因此角度θ1优选为较小。具体而言，从能够接近于垂直方向(即相对于护罩51而为笔直的方向)的情况出发，所述的流动的方向D优选为75度[degree]以下(θ1≤75)，从使所述的流动的方向D朝向上游侧的情况出发，所述的流动的方向D更优选为45度[degree]以下(θ1≤45)。
图3中的θ2是尖锐突起部62的倾斜角度，是对尖锐突起部62的角度θ1进行二等分的二等分线B与平行线P之间的交叉角度。平行线P是位于比翅片主体61的内周端面61c靠径向R上的外周侧处且与内周端面61c平行的线。
在此，着眼于比二等分线B与平行线P的交点靠左侧的交叉角时，将二等分线B比平行线P成为下方那样的交叉角设为负(minus)，将二等分线B比平行线P成为上方那样的交叉角设为正(plus)。因此，在图3所示的例子中，尖锐突起部62的倾斜角度θ2为负。
从使剥离点Pe处的泄漏蒸汽SL的流动的方向D能够接近于垂直方向(即相对于护罩51而为笔直的方向)的情况出发，该倾斜角度θ2优选为-60度[degree]以上且60度[degree]以下的范围(-60≤θ2≤60)。如果倾斜角度θ2过大，则突起部前端62c的位置甚至剥离点Pe从护罩51分离，与护罩51之间的形状余隙扩大，因此倾斜角度θ2的范围更优选为-60度[degree]以上且0度[degree]以下(-60≤θ2≤0)。
需要说明的是，图5所示的解析结果是尖锐突起部62的倾斜角度θ2为-10度[degree]的情况的解析结果。
[3.密封翅片的制造方法]
参照图6A、图6B及图6C说明作为本发明的一实施方式的密封翅片的制造方法时，在本密封翅片的制造方法中，首先，进行图6A所示的切削步骤，接下来进行图6B所示的研磨步骤，如图6C所示密封翅片6完成。
在图6A所示的切削步骤中，使用切削机的切削刀200对于在翅片原材料100的前端部设置的被切削部101(图6A中，由网点表示的部分)进行切削。被切削部101设定为翅片原材料100的从前端表面100a起的在厚度方向T(在向壳体10安装时与径向R一致的方向)上的一定的范围(即从前端表面100a至规定厚度量ΔT)。换言之，翅片原材料100相对于完成品(密封翅片6)，预计了被切削部101的厚度ΔT量而设定尺寸。
并且，将切削刀200沿着与厚度方向T交叉的切削方向C(向壳体10安装时的沿轴向A的方向)推进，对被切削部101进行切削。当切削进展而被切削部101的剩余部分变得极少时，该剩余部分无法对抗切削刀200的推进力而向切削方向C侧折弯并成为突起部101′(即作为毛刺而残留)，翅片原材料100成为中间制品100′。需要说明的是，切削加工也可以通过放电加工进行。
在图6B所示的研磨步骤中，突起部101′的与切削面102相反的一侧的面(以下，称为未加工面)103未被实施加工，因此通过研磨机201进行研磨。由此，如图6C所示，突起部101′形成作为前端变尖的尖锐突起部62，密封翅片6的制造完成。
尖锐突起部62的角度θ1(参照图3)能够根据研磨量或研磨角度进行调节。在利用研磨机201对突起部101′进行研磨而形成为尖锐突起部62时，尖锐突起部62的倾斜角度θ2(参照图3)可以根据利用研磨机201向突起部101′施加的按压力来调整。也可以与研磨步骤另行地设置对尖锐突起部62的倾斜角度θ2进行调节的弯曲加工等的加工步骤。
另外，将翅片主体61的前表面61a与尖锐突起部62的背面62b之间以带有圆角等而平滑地连结的方式研磨的情况能够顺畅地引导泄漏蒸汽SL，因此优选。
[4.效果]
根据本发明的一实施方式，具有以下的优点。
如图4A所示，朝向密封翅片6与护罩51的微小间隙(余隙)m流动的泄漏蒸汽SL由在密封翅片6的内周端部分61b朝向上游侧突出设置的突起部62引导，结果是，剥离点Pe处的泄漏蒸汽SL的流动的方向D朝向上游侧(通过密封翅片6的方向的反方向)，因此泄漏蒸汽SL的缩流增强，因此能得到高的泄漏抑制效果。
此外，突起部62形成作为前端变尖的尖锐突起部，因此从密封翅片6的泄漏蒸汽SL的剥离点Pe形成于突起部前端62c。因此，能够防止“由于突起部62的前端带有圆角而泄漏抑制效果损耗的情况”。即，能够抑制剥离点Pe比突起部前端62c向根侧(壳体10侧，图4A中的上侧)移动而实质上扩大与护罩51之间的微小间隙m的情况。
此外，通过将尖锐突起部62的主要尺寸即长度尺寸L1、角度θ1及倾斜角度θ2设定为适当的范围，能够得到更高的泄漏抑制效果。
另外，通过使用这样的泄漏抑制效果高的密封翅片6，能够抑制蒸汽涡轮1的泄漏损失而得到高的涡轮效率。
另外，由于利用伴随着切削加工而产生的毛刺来设置突起部62，因此不需要毛刺的除去，能够容易且廉价地设置突起部62。
[5.其他]
(1)密封翅片6的前端的形状没有限定为上述实施方式的形状。例如，对于图3所示的上述实施方式的结构，也可以如图7所示，将翅片主体61的背面(朝向下游侧的面)61d与内周端面61c之间倾斜地切掉，来设置随着接近内周端面61c而位于上游侧(即，朝向内周侧(轴线CL侧))的倾斜面61e。密封翅片6的整体的在轴向A上的长度尺寸(＝L1+L0)较长时，由于尖锐突起部62的作用而缩流的泄漏蒸汽SL在下游侧扩展而再附着于密封翅片6的底面，因此越短则密封翅片6的泄漏抑制效果越提高。因此，通过如图7所示构成而能够缩短密封翅片6的在轴向A上的长度尺寸来提高泄漏抑制效果。
(2)在上述实施方式中，将壳体10作为本发明的第一结构体并将护罩51作为本发明的第二结构体而在壳体10设置了密封翅片6，但也可以相反地将护罩51作为本发明的第一结构体并将壳体10作为本发明的第二结构体而将密封翅片6设置于护罩51。
(3)在上述各实施方式中，将本发明的密封结构适用于壳体10与动叶片50之间的密封结构，但也可以适用于旋转轴主体31与静叶片40之间的密封结构。
(4)在上述实施方式中，护罩51使用了阶梯型，但是护罩51也可以设为没有阶梯的直通型。
(5)在上述实施方式中，在密封翅片6A、6B、6C全部设置了尖锐突起部62，但是只要在密封翅片6A、6B、6C中的至少1个设置尖锐突起部62即可。
(6)在上述实施方式中，将密封翅片6的突起部62利用研磨步骤进行研磨而形成为前端变尖的尖锐突起部，但也可以省去研磨步骤。换言之，也可以将图6B所示的研磨前的中间制品100′作为具有突起部101′的密封翅片的完成品而使用于本发明的密封结构或透平机械。即便不使突起部101′成为尖锐突起部，由于利用突起部101′能够将泄漏蒸汽SL向上游引导，因此能够抵消圆角的影响而提高泄漏抑制效果。
(7)在上述实施方式中，说明了在蒸汽涡轮适用本发明的例子，但是本发明也可以适用于燃气轮机或涡轮压缩机等蒸汽涡轮以外的透平机械的密封，此外，只要是相对旋转的两个结构体之间的密封即可，也可以适用于透平机械以外的结构(例如旋转接头)的密封。
标号说明
1 蒸汽涡轮(透平机械)
2 密封结构
3 阶梯部
4 基体面
5 阶梯面
6、6A、6B、6C 密封翅片
10 壳体(第一结构体或第二结构体)
25、26 腔室
30 旋转轴
31 旋转轴主体
40 静叶片
50 动叶片
51 护罩(第二结构体或第一结构体)
61 翅片主体
61a 翅片主体61的前表面
61b 前表面61a的内周端部分(前端部分)
61c 翅片主体的内周端面(前端面)
61d 翅片主体61的背面
61e 翅片主体61的倾斜面
62 尖锐突起部
62a 尖锐突起部62的内周端面(前端面)
62b 尖锐突起部62的背面
62c 突起部前端
100 翅片原材料
100′ 中间制品
100a 翅片原材料100的前端表面
101 被切削部
101′ 突起部(毛刺)
102 突起部101′的切削面
103 突起部101′的未加工面
200 切削刀
201 研磨机
A 轴向
B 角度θ1的二等分线
C 切削方向
CL 轴线
D、D′、D* 泄漏蒸汽SL的流动的方向
Gd 间隙
h 密封翅片6与护罩51之间的间隙尺寸、形状上的余隙
h1、h1′、h1* 泄漏蒸汽SL的实质上的余隙
L0 翅片主体61的在轴向A上的长度尺寸
L1 尖锐突起部62的在轴向A上的长度尺寸
m 微小间隙(余隙)
R 径向
S 蒸汽(流体)
SL 泄漏蒸汽
T 厚度方向
ΔT 被切削部101的厚度
Δh 实质上的余隙的移动量
θ1 尖锐突起部62的角度
θ2 尖锐突起部62的倾斜角度。

Claims (9)

1.一种密封翅片，抑制流体从相互隔开间隙而在径向上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体之间的所述间隙泄漏，所述密封翅片从所述第一结构体朝向所述第二结构体延伸，所述密封翅片以在所述密封翅片的延伸方向的前端面与所述第二结构体之间隔开余隙的方式设置，所述密封翅片的特征在于，
所述密封翅片具备：翅片主体，在所述径向上延伸；及突起部，形成于所述翅片主体的在所述流体的流通方向上朝向上游侧的前表面和所述翅片主体的与所述第二结构体相对的前端面之间，且所述突起部向所述上游侧凸出，
所述突起部的沿所述轴线的长度尺寸为所述翅片主体的所述长度尺寸的1.5倍以下，所述突起部的角度为75度以下，以所述翅片主体的所述前端面为基准的所述突起部的倾斜角度设定在-60度以上且60度以下的范围内。
2.根据权利要求1所述的密封翅片，其特征在于，
所述突起部是前端尖锐的尖锐突起部。
3.根据权利要求1或2所述的密封翅片，其特征在于，
在所述翅片主体在所述前端面与朝向所述流体的流通方向下游侧的背面之间具备朝向所述轴线侧的倾斜面。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的密封翅片，其特征在于，
所述突起部的沿所述轴线的长度尺寸为所述翅片主体的所述长度尺寸的0.1倍以上且0.5倍以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密封翅片，其特征在于，
所述突起部的与所述第二结构体相对的端面形成为与所述翅片主体的所述前端面齐平。
6.一种密封结构，抑制流体从相互隔开间隙而在径向上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体之间的所述间隙泄漏，所述密封结构的特征在于，
所述密封结构在所述第一结构体具备权利要求1～5中任一项所述的密封翅片，所述密封翅片朝向所述第二结构体延伸，并在所述密封翅片的延伸方向的前端面与所述第二结构体之间隔开余隙。
7.一种透平机械，其特征在于，具备权利要求6所述的密封结构。
8.一种密封翅片的制造方法，所述密封翅片是在抑制流体从相互隔开间隙而在径向上相对且绕轴线进行相对旋转的第一结构体与第二结构体之间的所述间隙泄漏的密封结构中，从所述第一结构体朝向所述第二结构体延伸并在所述密封翅片的延伸方向的前端面与所述第二结构体之间隔开余隙地设置，所述密封翅片的制造方法的特征在于，
包括切削步骤，该切削步骤对于翅片原材料，将厚度方向上的从前端表面起的一定的范围设定作为被切削部，沿着与所述厚度方向交叉的切削方向对所述被切削部进行切削，由此在与所述切削方向交叉的面上形成向所述切削方向凸出的突起部。
9.根据权利要求8所述的密封翅片的制造方法，其特征在于，
所述密封翅片的制造方法包括研磨步骤，该研磨步骤对所述突起部进行研磨而形成为前端尖锐的尖锐突起部。
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