JP2019082154A - タービン及び動翼 - Google Patents

Abstract

【課題】スワール成分をさらに低減することが可能なタービンを提供する。【解決手段】シュラウド上流面３４３、シール上流面６２Ａ、凹部上流面５２、及び凹部底面５１によってキャビティＣが画成され、シュラウド３４は、シュラウド上流面３４３から、凹部上流面５２に向かって突出し、キャビティＣを高圧空間Ｖ１と低圧空間Ｖ２とに区画する凸部３４Ｂをさらに有し、シュラウド３４に、高圧空間Ｖ１と低圧空間Ｖ２とを連通する複数の孔部８が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、タービン及び動翼に関する。

蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、ロータに取り付けられた複数の動翼と、ロータ及び動翼を外側から覆うケーシングと、ケーシングの内面に取り付けられた複数の静翼と、を備えている。軸線方向の一方側から高温高圧の蒸気が流入することで、動翼にエネルギーが付加され、回転軸は回転する。この回転エネルギーによって、蒸気タービンに接続された発電機等が駆動される。

ここで、上記のような蒸気タービンでは、ロータの円滑な回転を実現するため、動翼の先端部（シュラウド）とケーシングの内周面との間には、一定のクリアランスが設けられることが一般的である。しかしながら、当該クリアランスを流通する蒸気は、動翼や静翼に衝突することなく下流側に流れ去ってしまうことから、ロータの回転駆動に際して何ら寄与するところがない。加えて、クリアランスを流通する蒸気は、スワール成分（周方向の速度成分）を含んでいる。このようなスワール成分によって、クリアランス内部における圧力分布が不均一になり、その結果としてロータに振動を生じる可能性がある。したがって、スワール成分を低減することが可能な技術が望まれている。

このような技術の一例として、例えば下記特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載された装置では、動翼のシュラウドの上流側に位置する静翼のノズル部に、蒸気の流れ方向を案内する案内羽根が設けられている。

特開２００６−１０４９５２号公報

ここで、特許文献１に記載された装置では、案内羽根がシュラウドの上流側であるノズル部のみに設けられている。このため、ノズル部側の蒸気の流れを案内することはできる一方で、案内羽根から離れた位置にあるシュラウド近傍では蒸気の流れを案内することはできない。したがって、シュラウド近傍では、依然としてスワール流れが形成されてしまう可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、スワール成分をさらに低減することが可能なタービン及び動翼を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から径方向外側に向かって延びる翼本体、および該翼本体の先端に設けられたシュラウド本体を有するシュラウドを備える動翼と、前記回転軸及び前記動翼を外周側から囲うとともに、内周に前記シュラウドを収容する凹部が形成されたケーシングと、互いに対向する前記シュラウド本体の外周面と前記ケーシングの凹部における径方向内側を向く凹部底面との少なくとも一方に設けられて他方に向かって突出するシール部と、を備え、前記シュラウド本体における上流側を向くシュラウド上流面、前記シール部における上流側を向くシール上流面、前記凹部における上流側に位置する凹部上流面、及び前記凹部底面によってキャビティが画成され、前記シュラウドは、前記シュラウド上流面から、前記凹部上流面に向かって突出するとともに周方向にわたって延びて、前記キャビティを径方向内側の高圧空間と径方向外側の低圧空間とに区画する凸部をさらに有し、前記シュラウドに、前記高圧空間と前記低圧空間とを連通する複数の孔部が形成されている。

この構成によれば、凸部によってキャビティが２つの空間（高圧空間、低圧空間）に区画される。凸部よりも径方向内側に位置する高圧空間側では、径方向外側に位置する低圧空間側よりも圧力が高くなる。さらに、高圧空間と低圧空間とは、シュラウドに形成された孔部によって連通されている。したがって、孔部内では、高圧空間側から低圧空間側に向かって、圧力差に基づく流れが形成される。ここで、低圧空間側では、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向後方側から前方側に向かう旋回流が形成されている。しかしながら、上記の構成では、孔部を通じた流れを、低圧空間側で生じているスワール成分（旋回流成分）に衝突させることで、当該スワール成分を低減することができる。

本発明の第二の態様によれば、前記複数の孔部は、前記凸部における径方向内側を向く凸部内周面に形成された入口部から、前記凸部における径方向外側を向く凸部外周面に形成された出口部にかけて、前記凸部を貫通するように形成されていてもよい。

この構成によれば、凸部内周面に形成された入口部から、凸部外周面に形成された出口部に向かって孔部内に蒸気の流れが形成される。この流れが、出口部側に形成されているスワール成分を含む流れに衝突することで、当該スワール成分を低減することができる。

本発明の第三の態様によれば、前記孔部は、前記入口部から前記出口部にかけて、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって延びてもよい。

この構成によれば、孔部が、入口部から出口部にかけて、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって斜めに延びている。一方で、出口部側では、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向後方側から前方側に向かうスワール成分を含む流れが形成されている。即ち、孔部に案内された蒸気は、スワール成分と交差するように流れる。これにより、スワール成分をさらに低減することができる。

本発明の第四の態様によれば、前記複数の孔部は、周方向に間隔をあけて配列されていてもよい。

この構成によれば、周方向にわたって複数の孔部が形成されていることから、周方向の全域にわたってスワール成分を低減することができる。

本発明の第五の態様によれば、前記複数の孔部は、周方向に間隔をあけて配列されるとともに、軸線方向に間隔をあけて配列された複数の列部を有し、互いに隣り合う前記列部同士で、周方向における位置が異なっていてもよい。

この構成によれば、孔部が周方向に配列されるとともに、軸線方向に複数の列部を形成することから、周方向及び軸線方向における比較的に広い範囲でスワール成分を低減することができる。

本発明の第六の態様によれば、前記複数の孔部は、前記シュラウド上流面に形成された入口部から、前記シュラウド本体の外周面に形成された出口部にかけて、前記シュラウド本体を貫通するように形成されていてもよい。

この構成によれば、シュラウド上流面に形成された入口部から、シュラウド本体の外周面に形成された出口部に向かって孔部内に蒸気の流れが形成される。この流れが、出口部側に形成されているスワール成分を含む流れに衝突することで、当該スワール成分を低減することができる。

本発明の第七の態様によれば、前記孔部は、前記入口部から前記出口部にかけて、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって延びてもよい。

この構成によれば、孔部が、入口部から出口部にかけて、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって斜めに延びている。一方で、出口部側では、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向後方側から前方側に向かうスワール成分を含む流れが形成されている。即ち、孔部に案内された蒸気は、スワール成分と交差するように流れる。これにより、スワール成分をさらに低減することができる。

本発明の第八の態様によれば、前記シュラウド本体の外周面は、前記凸部における径方向外側を向く凸部外周面と面一であってもよい。

この構成によれば、シュラウド本体の外周面が、凸部外周面と面一であることから、回転軸の回転時にシュラウドの外周側で生じる抵抗を低減することができる。これにより、凸部を設けたことによるタービンの性能低下を回避することができる。

本発明の第九の態様によれば、前記凹部上流面における前記凸部と対向する領域に、該凸部よりも被削性の高い材料で形成された被削部が設けられていてもよい。

この構成によれば、凹部上流面における凸部と対向する領域に被削部が設けられている。したがって、シュラウド（回転軸）が上流側に変位して凸部が被削部に接触した場合には、当該被削部が凸部によって削られる。これにより、凸部に損傷が生じる可能性を低減することができる。

本発明の第十の態様によれば、動翼は、軸線に対する径方向に延びる翼本体、および該翼本体の先端に設けられたシュラウド本体を有するシュラウドを備える動翼であって、前記シュラウドは、前記シュラウドの前記軸線方向一方側を向く面から、前記軸線方向一方側に向かって突出するとともに周方向にわたって延びる凸部をさらに有し、前記シュラウドに、前記凸部における径方向内側を向く面と前記シュラウド本体の軸線方向一方側を向く面とによって画成される空間、及び、前記シュラウドの径方向外側の空間を連通する複数の孔部が形成されている。

この構成によれば、凸部によって、シュラウドの軸線方向一方側の空間が、径方向内側の空間と径方向外側の空間との２つの空間に区画される。動翼がタービンに組み込まれた状態において、凸部よりも径方向内側に位置する空間側では、径方向外側に位置する空間側よりも圧力が高くなる。さらに、径方向内側の空間とシュラウドの径方向外側の空間とは、シュラウドに形成された孔部によって連通されている。したがって、孔部内では、径方向内側の空間側から外側の空間側に向かって、圧力差に基づく流れが形成される。ここで、径方向外側の空間側では、上流側から下流側に向かって、軸線の周方向に旋回する旋回流が形成されている。しかしながら、上記の構成では、孔部を通じた流れを、径方向外側の空間側で生じているスワール成分（旋回流成分）に衝突させることで、当該スワール成分を低減することができる。

本発明によれば、スワール成分をさらに低減することができる。

本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るシュラウドを軸線に対する径方向外側から見た図である。 本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係るシュラウドを軸線に対する径方向外側から見た図である。 本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンにおいて、高圧空間の圧力と低圧空間の圧力との関係を示すグラフである。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、蒸気タービン１は、軸線Ｏ方向に沿って延びる蒸気タービンロータ３（回転軸）と、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う蒸気タービンケーシング２（ケーシング）と、蒸気タービンロータ３の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４、及びスラスト軸受５と、を備えている。

蒸気タービンロータ３は複数の動翼３０を有している。蒸気タービンロータ３の周方向に一定の間隔をもって複数の動翼３０が配列される。軸線Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列が配列される。動翼３０は、翼本体３１と、動翼シュラウド３４（シュラウド）と、を有している。翼本体３１は、蒸気タービンロータ３の外周面から径方向外側に向かって突出している。翼本体３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。

蒸気タービンケーシング２は、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う略筒状をなしている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気を取り込む蒸気供給管１２が設けられている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気を排出する蒸気排出管１３が設けられている。以降の説明では、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を下流側と呼ぶ。

蒸気タービンケーシング２の内周面２５に沿って複数の静翼２１が設けられている。静翼２１は、静翼台座２４を介して蒸気タービンケーシング２の内周面２５に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２１は内周面２５の周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２１の間の領域に入り込むようにして配置される。

蒸気タービンケーシング２の内部において、静翼２１と動翼３０が配列された領域は、作動流体である蒸気Ｓが流通する主流路２０を形成する。蒸気タービンケーシング２の内周面２５と動翼シュラウド３４との間には、軸線Ｏに対する径方向外側に向かって凹む凹部５０が周方向全域にわたって形成されている。

蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成された蒸気タービン１に供給される。その後、蒸気タービンロータ３の回転に伴って静翼２１と動翼３０の列を通過し、やがて下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（不図示）に向かって排出される。ここで、静翼２１と動翼３０の列を通過する際、前述の凹部５０にも蒸気Ｓは流入する。

ジャーナル軸受４は、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４は、蒸気タービンロータ３の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受５は、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受５は、蒸気タービンロータ３の上流側の端部にのみ設けられている。

図２は、凹部５０の周辺を拡大して示している。同図に示すように、凹部５０には、動翼シュラウド３４が収容されている。動翼シュラウド３４の外周面（シュラウド外周面３４１）と、凹部５０の内周面（凹部内周面５１）との間には、これらシュラウド外周面３４１及び凹部内周面５１の少なくとも一方に設けられ、他方に向かって突出するシールフィン６（シール部）が設けられている。シールフィン６は、主流路２０を流れる蒸気（主蒸気Ｓ１）から分岐して凹部５０に向かう蒸気の流れ（副流Ｓ２）を阻止するために設けられている。

本実施形態では、シュラウド外周面３４１に１つのシールフィン６（シュラウド側シールフィン６１）が設けられ、凹部内周面５１に２つのシールフィン６（凹部側シールフィン６２）が設けられている。シュラウド側シールフィン６１は、２つの凹部側シールフィン６２同士の間に配置されている。これら凹部側シールフィン６２のうち、上流側に位置する凹部側シールフィン６２の上流側を向く面は、シール上流面６２Ａとされている。

動翼シュラウド３４は、周方向から見て略矩形の断面を有するシュラウド本体３４Ａと、凸部３４Ｂと、を有している。シュラウド本体３４Ａにおける径方向内側を向く面（シュラウド内周面３４２）には、翼本体３１の径方向外側の端部が接続されている。翼本体３１は、上述の主流路２０内に露出している。

凸部３４Ｂは、シュラウド本体３４Ａにおける上流側（即ち、軸線Ｏ方向一方側）を向く面（シュラウド上流面３４３）から上流側（軸線Ｏ方向一方側）に突出するように設けられている。具体的には、凸部３４Ｂは、シュラウド上流面３４３から、凹部５０における上流側に位置する面（凹部上流面５２）に向かって突出している。凸部３４Ｂは、軸線Ｏ方向に対する周方向にわたって延びている。互いに周方向に並設された複数の動翼３０の凸部３４Ｂによって、軸線Ｏ回りに環状をなす環状部が構成されている。環状部は、周方向全域にわたって延びている。凸部３４Ｂの外周面（凸部外周面３４５）は、上述のシュラウド外周面３４１と面一である。言い換えると、凸部外周面３４５とシュラウド外周面３４１との間には段差等が形成されていない。

凸部３４Ｂの内周面（凸部内周面３４４）は、シュラウド本体３４Ａの内周面（シュラウド内周面３４２）よりも径方向外側に位置している。即ち、周方向から見て、径方向における凸部３４Ｂの寸法は、径方向におけるシュラウド本体３４Ａの寸法よりも小さい。凸部３４Ｂの上流側の端縁と凹部上流面５２との間には、軸線Ｏ方向に広がる隙間が形成されている。また、凹部上流面５２における凸部３４Ｂと対向する領域には、被削部７が設けられている。被削部７は、凸部３４Ｂを形成する材料よりも高い被削性を有する材料で形成されている。被削部７は、凹部上流面５２の内部に埋め込まれており、被削部７における下流側を向く面は、凹部上流面５２と面一である。

凹部５０のうち、シュラウド上流面３４３、シール上流面６２Ａ、凹部上流面５２、及び凹部底面５３によって画成される空間は、キャビティＣとされている。

凸部３４Ｂは、上述したキャビティＣを径方向にわたって２つの空間に区画している。相対的に径方向内側に位置する空間は高圧空間Ｖ１とされ、相対的に径方向外側に位置する空間は低圧空間Ｖ２とされている。凸部３４Ｂには、当該凸部３４Ｂを略径方向に貫通する複数の孔部８が形成されている。即ち、高圧空間Ｖ１と低圧空間Ｖ２とは、これら複数の孔部８によって互いに連通されている。図３に示すように、本実施形態では、孔部８は周方向に間隔をあけて複数配列されるとともに、軸線Ｏ方向に間隔をあけて２列設けられている。互いに隣り合う孔部８の列（列部８Ｌ）同士では、周方向における孔部８の位置が異なっている。

孔部８の径方向内側の端部は、凸部内周面３４４に形成された入口部８１とされ、径方向外側の端部は、凸部外周面３４５に形成された出口部８２とされている。図３に示すように、それぞれの孔部８は、入口部８１から出口部８２にかけて、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって延びている。即ち、孔部８は、径方向から見て軸線Ｏに対して交差する方向に延びるとともに、周方向から見て軸線に対して交差する方向に延びている。なお、本実施形態では、孔部８の断面形状は円形である。また、図２に示すように、最も下流側に位置する孔部８の出口部８２は、軸線Ｏ方向において、上述のシール上流面６２Ａよりも上流側に位置している。

次に、本実施形態に係る蒸気タービン１の動作について説明する。蒸気タービン１を運転するに当たっては、外部の蒸気供給源（不図示）から、高温高圧の蒸気が蒸気供給管１２を通じて蒸気タービンケーシング２の内部（主流路２０）に供給される。蒸気は、主流路２０に沿って、上流側から下流側に向かって流れる流れ（主蒸気Ｓ１）を形成する。主蒸気Ｓ１は、静翼２１と動翼３０とに交互に衝突することで、動翼３０を介して蒸気タービンロータ３に回転力を与える。蒸気タービンロータ３の回転は軸端から取り出されて、発電機等（不図示）の外部機器を駆動する。

次いで、図２を参照して、凹部５０近傍における蒸気の挙動について説明する。同図に示すように、主蒸気Ｓ１のうち、一部の成分は、主蒸気Ｓ１から逸脱して凹部５０内に向かう流れ（副流Ｓ２）を形成する。ここで、凹部５０の上流側の領域であるキャビティＣには、上述の凸部３４Ｂが設けられている。さらに、凸部３４Ｂには、複数の孔部８が形成されている。したがって、副流Ｓ２は孔部８を通じて径方向内側から外側に向かって流れる。孔部８を通過する際、副流Ｓ２には圧力損失が生じる。このため、凸部３４Ｂよりも径方向内側の高圧空間Ｖ１における圧力は、凸部３４Ｂよりも径方向外側の低圧空間Ｖ２における圧力よりも高くなる。これにより、孔部８の出口部８２から低圧空間Ｖ２に向かって比較的に流速の大きい流れが噴出する。

一方で、キャビティＣ内では、蒸気タービンロータ３の回転に伴って、スワール成分Ｆｓを含む流れ（旋回流）が形成されている。図３に示すように、このスワール成分Ｆｓは、上流側から下流側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向後方側から前方側に向かって流れる。

このスワール成分Ｆｓに対して、孔部８の出口部８２から噴出した流れ（噴流Ｆｉ）が衝突する。上述のように孔部８は、入口部８１から出口部８２にかけて、上流側から下流側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向前方側から後方側に向かって延びている。即ち、噴流Ｆｉは、スワール成分Ｆｓに交差する方向に向かって流れる。これにより、スワール成分Ｆｓが低減される。

以上、説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン１では、凸部３４ＢによってキャビティＣが２つの空間（高圧空間Ｖ１、低圧空間Ｖ２）に区画される。凸部３４Ｂよりも径方向内側に位置する高圧空間Ｖ１側では、径方向外側に位置する低圧空間Ｖ２側よりも圧力が高くなる。さらに、高圧空間Ｖ１と低圧空間Ｖ２とは、シュラウドに形成された孔部８によって連通されている。したがって、孔部８内では、高圧空間Ｖ１側から低圧空間Ｖ２側に向かって、圧力差に基づく噴流Ｆｉが形成される。ここで、低圧空間Ｖ２側では、上流側から下流側に向かうに従って蒸気タービンロータ３の回転方向後方側から前方側に向かう旋回流が形成されている。しかしながら、上記の構成では噴流Ｆｉを、低圧空間Ｖ２側で生じているスワール成分Ｆｓ（旋回流成分）に衝突させることで、当該スワール成分Ｆｓを低減することができる。

より詳細には、上記の構成では、凸部３４Ｂにおける凸部内周面３４４に形成された入口部８１から、凸部外周面３４５に形成された出口部８２に向かって孔部８内に蒸気の噴流Ｆｉが形成される。この噴流Ｆｉが、出口部８２側に形成されているスワール成分Ｆｓを含む流れに衝突することで、当該スワール成分を低減することができる。

加えて、上記の構成によれば、孔部８が、入口部８１から出口部８２にかけて、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって斜めに延びている。一方で、出口部８２側では、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向後方側から前方側に向かうスワール成分Ｆｓを含む流れが形成されている。即ち、孔部８に案内された蒸気は、スワール成分Ｆｓと交差するように流れる。これにより、スワール成分Ｆｓをさらに低減することができる。

さらに加えて、上記の構成によれば、周方向にわたって複数の孔部８が形成されていることから、周方向の全域にわたってスワール成分Ｆｓを低減することができる。

また、上記の構成によれば、孔部８が周方向に配列されるとともに、軸線Ｏ方向に複数の列部８Ｌを形成することから、周方向及び軸線方向における比較的に広い範囲でスワール成分Ｆｓを低減することができる。

さらに、この構成によれば、シュラウド外周面３４１が、凸部外周面３４５と面一であることから、蒸気タービンロータ３の回転時に動翼シュラウド３４の外周側で生じる抵抗を低減することができる。これにより、凸部３４Ｂを設けたことによる蒸気タービン１の性能低下を回避することができる。

加えて、上記の構成によれば、凹部上流面５２における凸部３４Ｂと対向する領域に被削部７が設けられている。したがって、動翼シュラウド３４が上流側に変位して凸部３４Ｂが被削部７に接触した場合には、当該被削部７が凸部３４Ｂによって削られる。これにより、凸部３４Ｂに損傷が生じる可能性を低減することができる。

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、シール部としてシールフィン６を設けた構成について説明した。しかしながら、シール部の態様は上記に限定されず、ハニカムシール等を適用することも可能である。

さらに、上記実施形態では、孔部８が軸線Ｏ方向に配列された２列にわたって形成されている構成について説明した。しかしながら、孔部８の個数や配列は上記に限定されず、１列や、３列以上であってもよい。

加えて、上記の実施形態では、最も下流側に位置する孔部８の出口部８２が、軸線Ｏ方向において、上述のシール上流面６２Ａよりも上流側に位置している例について説明した。しかしながら、孔部８の配置は上記に限定されない。他の例として、最も下流側に位置する孔部８の出口部８２が、軸線Ｏ方向においてシール上流面６２Ａと重なる位置に形成されていてもよい。

さらに加えて、上記の実施形態では、シュラウド外周面３４１に１つのシールフィン６（シュラウド側シールフィン６１）が設けられ、凹部内周面５１に２つのシールフィン６（凹部側シールフィン６２）が設けられている例について説明した。しかしながら、シールフィン６の態様は上記に限定されず、シュラウド外周面３４１のみに複数のシールフィン６が設けられていてもよいし、凹部内周面５１のみに複数のシールフィン６が設けられていてもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図４から図６を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図４に示すように、本実施形態では、シュラウド本体３４Ａに孔部９が形成されている。孔部９は、シュラウド上流面３４３に形成された入口部９１から、シュラウド外周面３４１に形成された出口部９２にかけて、シュラウド本体３４Ａを貫通するように形成されている。即ち、周方向から見て、孔部９は、入口部９１から出口部９２にかけて、上流側から下流側に向かうに従って、径方向内側から外側に向かうように延びている。

さらに、図５に示すように、孔部９は、入口部９１から出口部９２にかけて、上流側から下流側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向前方側から後方側に向かって延びている。また、孔部９は、周方向に間隔をあけて複数形成されている。軸線Ｏ方向における各孔部９の位置は互いに同一である。孔部９は、軸線Ｏ方向において１列のみ形成されている。孔部９の出口部９２は、軸線Ｏ方向において、シール上流面６２Ａよりも上流側に形成されている。

上記の構成によれば、シュラウド上流面３４３に形成された入口部９１から、シュラウド外周面３４１に形成された出口部９２に向かって孔部９内に蒸気の流れ（噴流Ｆｉ）が形成される。この噴流Ｆｉが、出口部９２側に形成されているスワール成分Ｆｓを含む流れに衝突することで、当該スワール成分Ｆｓを低減することができる。

さらに、上記の構成によれば、孔部９が、入口部９１から出口部９２にかけて、上流側から下流側に向かうに従って蒸気タービンロータ３の回転方向前方側から後方側に向かって斜めに延びている。一方で、出口部９２側では、上流側から下流側に向かうに従って蒸気タービンロータ３の回転方向後方側から前方側に向かうスワール成分Ｆｓを含む流れが形成されている。即ち、孔部９に案内された蒸気（噴流Ｆｉ）は、スワール成分と交差するように流れる。これにより、スワール成分Ｆｓをさらに低減することができる。

スワール成分Ｆｓが低減されることで、図６のグラフに示すように、周方向における圧力分布を均一化することができる。図６のグラフは、軸線Ｏに対する周方向における位置（角度座標）を横軸とし、各周方向位置における蒸気の圧力を縦軸としている。また、当該グラフは、振れ回り振動によって蒸気タービンロータ３が、−９０°方向に変位した場合の圧力分布を示している。グラフ中の実線は、本実施形態に係る蒸気タービンにおける低圧空間Ｖ２の圧力を示している。鎖線は、上述の孔部９が形成されていない場合の低圧空間Ｖ２の圧力を示している。さらに、一点鎖線は、高圧空間Ｖ１の圧力を示している。

当該グラフに示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１では、孔部９が形成されていない場合に比べて、全体的に圧力が上昇して、高圧空間Ｖ１と低圧空間Ｖ２の圧力差が小さくなっている。加えて、圧力分布の最大値と最小値との差分（振幅）は、孔部９が形成されていない場合に比べて小さくなっている。即ち、蒸気タービンロータ３に対する励振力が大きく低減されていることが分かる。このように、本実施形態に係る蒸気タービン１では、スワール成分が低減されたことによって、蒸気タービンロータ３の振動を抑制することができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、シール部としてシールフィン６を設けた構成について説明した。しかしながら、シール部の態様は上記に限定されず、ハニカムシール等を適用することも可能である。

加えて、上記の実施形態では、孔部９の出口部９２が、軸線Ｏ方向において、上述のシール上流面６２Ａよりも上流側に位置している例について説明した。しかしながら、孔部９の配置は上記に限定されない。他の例として、孔部９の出口部９２が、軸線Ｏ方向においてシール上流面６２Ａと重なる位置に形成されていてもよい。

さらに加えて、上記の実施形態では、シュラウド外周面３４１に１つのシールフィン６（シュラウド側シールフィン６１）が設けられ、凹部内周面５１に２つのシールフィン６（凹部側シールフィン６２）が設けられている例について説明した。しかしながら、シールフィン６の態様は上記に限定されず、シュラウド外周面３４１のみに複数のシールフィン６が設けられていてもよいし、凹部内周面５１のみに複数のシールフィン６が設けられていてもよい。

１…蒸気タービン
２…蒸気タービンケーシング
３…蒸気タービンロータ
４…ジャーナル軸受
５…スラスト軸受
６…シールフィン
７…被削部
８，９…孔部
８Ｌ…列部
１１…軸端
１２…蒸気供給管
１３…蒸気排出管
２０…主流路
２４…静翼台座
２５…内周面
３０…動翼
３１…翼本体
３４…動翼シュラウド
３４Ａ…シュラウド本体
３４Ｂ…凸部
５０…凹部
５１…凹部内周面
５２…凹部上流面
５３…凹部底面
５４…凹部外周面
６１…シュラウド側シールフィン
６２…凹部側シールフィン
６２Ａ…シール上流面
８１，９１…入口部
８２，９２…出口部
３４１…シュラウド外周面
３４２…シュラウド内周面
３４３…シュラウド上流面
３４４…凸部内周面
３４５…凸部外周面
Ｃ…キャビティ
Ｆｉ…噴流
Ｆｓ…スワール成分
Ｏ…軸線
Ｓ１…主蒸気
Ｓ２…副流
Ｖ１…高圧空間
Ｖ２…低圧空間

Claims (10)

1. 軸線回りに回転する回転軸と、
   該回転軸から径方向外側に向かって延びる翼本体、および該翼本体の先端に設けられたシュラウド本体を有するシュラウドを備える動翼と、
   前記回転軸及び前記動翼を外周側から囲うとともに、内周に前記シュラウドを収容する凹部が形成されたケーシングと、
   互いに対向する前記シュラウド本体の外周面と前記ケーシングの凹部における径方向内側を向く凹部底面との少なくとも一方に設けられて他方に向かって突出するシール部と、
   を備え、
   前記シュラウド本体における上流側を向くシュラウド上流面、前記シール部における上流側を向くシール上流面、前記凹部における上流側に位置する凹部上流面、及び前記凹部底面によってキャビティが画成され、
   前記シュラウドは、
   前記シュラウド上流面から、前記凹部上流面に向かって突出するとともに周方向にわたって延びて、前記キャビティを径方向内側の高圧空間と径方向外側の低圧空間とに区画する凸部をさらに有し、
   前記シュラウドに、前記高圧空間と前記低圧空間とを連通する複数の孔部が形成されているタービン。
2. 前記複数の孔部は、前記凸部における径方向内側を向く凸部内周面に形成された入口部から、前記凸部における径方向外側を向く凸部外周面に形成された出口部にかけて、前記凸部を貫通するように形成されている請求項１に記載のタービン。
3. 前記孔部は、前記入口部から前記出口部にかけて、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって延びる請求項２に記載のタービン。
4. 前記複数の孔部は、周方向に間隔をあけて配列されている請求項２又は３に記載のタービン。
5. 前記複数の孔部は、周方向に間隔をあけて配列されるとともに、軸線方向に間隔をあけて配列された複数の列部を有し、互いに隣り合う前記列部同士で、周方向における位置が異なっている請求項２又は３に記載のタービン。
6. 前記複数の孔部は、前記シュラウド上流面に形成された入口部から、前記シュラウド本体の外周面に形成された出口部にかけて、前記シュラウド本体を貫通するように形成されている請求項１に記載のタービン。
7. 前記孔部は、前記入口部から前記出口部にかけて、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって延びる請求項６に記載のタービン。
8. 前記シュラウド本体の外周面は、前記凸部における径方向外側を向く凸部外周面と面一である請求項１から７のいずれか一項に記載のタービン。
9. 前記凹部上流面における前記凸部と対向する領域に、該凸部よりも被削性の高い材料で形成された被削部が設けられている請求項１から８のいずれか一項に記載のタービン。
10. 軸線に対する径方向に延びる翼本体、および該翼本体の先端に設けられたシュラウド本体を有するシュラウドを備える動翼であって、
    前記シュラウドは、
    前記シュラウドの前記軸線方向一方側を向く面から、前記軸線方向一方側に向かって突出するとともに周方向にわたって延びる凸部をさらに有し、
    前記シュラウドに、
    前記凸部における径方向内側を向く面と前記シュラウド本体の軸線方向一方側を向く面とによって画成される空間、及び、前記シュラウドの径方向外側の空間を連通する複数の孔部が形成されている動翼。

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