JP6284447B2 - 静翼ユニット及び蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明は、外輪と内輪が周方向に所定間隔で配置される複数の静翼により連結される静翼ユニット、複数の静翼と複数の動翼を有して蒸気を用いてロータを駆動回転する蒸気タービンに関するものである。

一般的な蒸気タービンは、ケーシングに回転軸であるロータが回転自在に支持され、このロータの外周部に動翼が設けられる一方、ケーシングに静翼が設けられ、蒸気通路にこの動翼と静翼が交互に複数段配設されて構成されている。従って、蒸気が蒸気通路を流れると、この蒸気が静翼により整流され、動翼を介してロータを駆動回転することができる。

このような蒸気タービンにおいて、低圧タービンの最終段翼列では、蒸気が水滴（ドレン）と混合した湿り蒸気になるため、この湿り蒸気による損失が発生する。また、高速で回転している動翼に湿り蒸気に含まれる水滴が衝突することで、この動翼の端部でエロージョン（侵食）が発生する。

このような問題を解決するために、静翼やこの静翼の端部を支持する外輪と内輪を加熱する技術が、例えば、下記特許文献に記載されている。各特許文献に記載された蒸気タービンでは、蒸気を外輪の中空部に供給し、複数の静翼の中空部を通して内輪の中空部に供給し、再び複数の静翼の中空部を通して外輪の中空部に戻して排出するものであり、蒸気により静翼や外輪及び内輪を加熱している。

特開２０１３−１４８０３９号公報 特開平１０−１０３００８号公報

上述した各特許文献に記載されたものは、蒸気を外輪の中空部と静翼の中空部と内輪の中空部に流通させることで、外輪と静翼と内輪を加熱している。ところで、湿り蒸気によるエロージョンを防ぐためには、外輪と静翼と内輪の全ての領域を加熱する必要はなく、エロージョンが発生しやすい領域を加熱するだけでも、エロージョンを抑制する効果が十分にある。一方で、加熱に使用する蒸気は、ボイラや蒸気タービンなどから抽気したものであり、この蒸気を大量に使用することで、エネルギのロスを生じさせ、熱効率の低下を招いてしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、蒸気を効率的に使用することで湿り蒸気によるエロージョンの発生を抑制すると共に熱効率の低下を抑制する静翼ユニット及び蒸気タービンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の静翼ユニットは、外輪と内輪が周方向に所定間隔で配置される複数の静翼により連結される静翼ユニットにおいて、前記外輪の空洞部に設けられる蒸気外輪入口部と、前記外輪の空洞部に前記蒸気外輪入口部に周方向に離間して設けられる蒸気外輪出口部と、前記外輪の空洞部内で前記蒸気外輪入口部と前記蒸気外輪出口部とを連通する第１蒸気通路と、を有することを特徴とするものである。

従って、外輪の空洞部に蒸気外輪入口部と蒸気外輪出口部を周方向に離間して設け、蒸気外輪入口部と蒸気外輪出口部とを第１蒸気通路により連通しており、蒸気外輪入口部に供給された蒸気は、外輪の空洞部内にある第１蒸気通路を通って蒸気外輪出口部から排出される。そのため、蒸気が外輪の空洞部ではなく第１蒸気通路を通ることから、少ない蒸気量で必要な個所のみ外輪や静翼を加熱することとなり、使用する蒸気量を低減し、少ない蒸気を効率的に使用することで、湿り蒸気によるエロージョンを適正に抑制することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記第１蒸気通路は、前記外輪の空洞部における内周側に沿って配置されることを特徴としている。

従って、第１蒸気通路を外輪の空洞部における内周側に沿って配置することで、蒸気により外輪の内周側、つまり、静翼ユニットにおける静翼の外輪側の端部を加熱することとなり、ドレン水が多く付着しやすい個所を効率的に加熱することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記第１蒸気通路は、チューブにより構成されることを特徴としている。

従って、第１蒸気通路をチューブとすることで、外輪の空洞部内に容易に第１蒸気通路を配置することができ、製造コストを低減することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記蒸気外輪入口部は、前記空洞部の一部が一対の入口仕切板により区画される外輪入口ヘッダと、前記外輪に設けられて前記外輪入口ヘッダに連通する蒸気供給口とを有し、前記蒸気外輪出口部は、前記空洞部の一部が一対の出口仕切板により区画される外輪出口ヘッダと、前記外輪に設けられて前記外輪出口ヘッダに連通する蒸気排出口とを有することを特徴としている。

従って、蒸気外輪入口部として入口仕切板により区画される外輪入口ヘッダを設けると共に、蒸気外輪出口部として出口仕切板により区画される外輪出口ヘッダを設けることで、外部からの蒸気を蒸気外輪入口部に容易に供給することができると共に、蒸気外輪出口部から蒸気を容易に排出することができ、また、第１蒸気通路の端部を容易に蒸気外輪入口部と蒸気外輪出口部に連結することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記外輪の空洞部に前記外輪入口ヘッダ及び前記外輪出口ヘッダに隣接してドレン排出部が設けられ、前記ドレン排出部が前記静翼の中空部に連通されることを特徴としている。

従って、外輪の空洞部に外輪入口ヘッダ及び外輪出口ヘッダに隣接して設けられるドレン排出部が静翼の中空部に連通することで、静翼の中空部で入ったドレンをドレン排出部から外部に容易に排出することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記内輪の空洞部に設けられる蒸気内輪入口部と、前記内輪の空洞部に前記蒸気内輪入口部に周方向に離間して設けられる蒸気内輪出口部と、前記静翼内に設けられて前記蒸気外輪入口部と前記蒸気内輪入口部を連通する入口連通路と、前記静翼内に設けられて前記蒸気外輪出口部と前記蒸気内輪出口部を連通する出口連通路と、前記内輪の空洞部内で前記蒸気内輪入口部と前記蒸気内輪出口部とを連通する第２蒸気通路とが設けられることを特徴としている。

従って、内輪の空洞部に蒸気内輪入口部と蒸気内輪出口部を周方向に離間して設け、蒸気外輪入口部と蒸気内輪入口部を静翼の入口連通路により連通すると共に、蒸気外輪出口部と蒸気内輪出口部を静翼の出口連通路により連通し、蒸気内輪入口部と蒸気内輪出口部とを第２蒸気通路により連通している。蒸気外輪入口部に供給された蒸気は、入口連通路から蒸気内輪入口部に流れ、内輪の空洞部内にある第２蒸気通路を通って蒸気内輪出口部に流れ、出口連通路を介して蒸気外輪出口部から排出される。そのため、蒸気が内輪の空洞部ではなく第２蒸気通路を通ることから、少ない蒸気の使用量で必要な個所のみ内輪や静翼を加熱することとなり、使用する蒸気量を低減して少ない蒸気を効率的に使用することで湿り蒸気によるエロージョンを適正に抑制することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記第２蒸気通路は、前記内輪の空洞部における外周側に沿って配置されることを特徴としている。

従って、第２蒸気通路を内輪の空洞部における外周側に沿って配置することで、蒸気により内輪の外周側、つまり、静翼ユニットにおける静翼の内輪側の端部を加熱することとなり、ドレンが多く付着しやすい個所を効率的に加熱することができる。

本発明の静翼ユニットでは、前記第２蒸気通路は、チューブにより構成されることを特徴としている。

従って、第２蒸気通路をチューブとすることで、内輪の空洞部内に容易に第２蒸気通路を配置することができ、製造コストを低減することができる。

また、本発明の蒸気タービンは、ケーシングと、前記ケーシング内に回転自在に支持されたロータと、動翼の基端部が前記ロータに支持されて前記ロータの周方向に所定間隔で複数配置される複数段の動翼ユニットと、静翼の基端部と先端部が前記ケーシングに支持されて前記ロータの周方向に所定間隔で複数配置される複数段の静翼ユニットと、を有し、前記複数段の静翼ユニットのうちの最終段の静翼ユニットとして請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の静翼ユニットが適用される、ことを特徴とするものである。

従って、最終段の静翼ユニットにて、蒸気が外輪の空洞部ではなく蒸気通路を通ることから、少ない蒸気の使用量で必要な個所のみ外輪や内輪及び静翼を加熱することとなり、使用する蒸気量を低減して少ない蒸気を効率的に使用することで湿り蒸気によるエロージョンを適正に抑制することができ、蒸気タービンの熱効率を向上することができる。

本発明の静翼ユニット及び蒸気タービンによれば、外輪の空洞部に蒸気外輪入口部と蒸気外輪出口部を周方向に離間して設け、蒸気外輪入口部と蒸気外輪出口部とを第１蒸気通路により連通するので、使用する蒸気量を低減して少ない蒸気を効率的に使用することで湿り蒸気によるエロージョンを適正に抑制することができる。

図１は、本実施形態の蒸気タービンにおける静翼ユニットを表す概略図である。 図２は、静翼ユニットの正面図である。 図３は、外輪における蒸気入口部の断面図である。 図４は、図３のIV−IV断面図である。 図５は、内輪における蒸気入口部の断面図である。 図６は、図５のVI−VI断面図である。 図７は、チューブの断面図である。 図８は、本実施形態の蒸気タービンを表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る静翼ユニット及び蒸気タービンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図８は、本実施形態の蒸気タービンを表す概略構成図である。

蒸気タービンにおいて、図８に示すように、ケーシング１１は、中空形状をなし、ロータ１２が複数の軸受１３により回転自在に支持されている。このロータ１２は、ケーシング１１の内部にて、外周部に軸方向に所定間隔で動翼ユニット１４が複数設けられている。この動翼ユニット１４は、ロータ１２の外周部に軸方向に所定間隔で設けられた複数のディスク１５と、各ディスク１５の外周部に周方向に沿って固定される複数の動翼１６により構成されている。

また、ケーシング１１は、内部にて、ロータ１２の軸方向に所定間隔で静翼ユニット１７が複数設けられている。この静翼ユニット１７は、ロータ１２の外周部に軸方向に所定間隔で配置される複数の外輪１８及び内輪１９と、各外輪１８と各内輪１９とを連結するように周方向に沿って固定される複数の静翼２０により構成されている。このように、動翼ユニット１４と静翼ユニット１７は、ロータ１２における軸方向に交互に配置されている。

また、ケーシング１１は、この複数の動翼ユニット１４と複数の静翼ユニット１７が配設される通路に蒸気通路２１が形成されている。そして、ケーシング１１は、蒸気通路２１に連通する蒸気供給口２２と蒸気排出口２３が設けられている。

従って、蒸気が蒸気供給口２２から蒸気通路２１に供給されると、この蒸気は、複数の動翼ユニット１４及び静翼ユニット１７を通過することで、各動翼ユニット１４を介してロータ１２を駆動回転することができる。このロータ１２は、図示しない発電機が連結されており、発電機を駆動して発電することができる。

ところで、低圧タービンの最終段翼列において、蒸気はドレンを含む湿り蒸気になる。このドレンは、静翼２０の外輪１８側の端部（以下、外輪側端部という。）及び静翼２０の内輪１９側の端部（以下、内輪側端部という。）に多く衝突して付着し、ここから飛散したドレンが高速で回転している動翼１６に衝突することで、エロージョン（侵食）が発生する。

そのため、本実施形態では、静翼ユニット１７を構成する外輪１８と内輪１９と静翼２０内に蒸気を流動させ、外輪１８と内輪１９と静翼２０の必要な部分のみを加熱することで、湿り蒸気によるエロージョンを抑制している。

図１は、本実施形態の蒸気タービンにおける静翼ユニットを表す概略図、図２は、静翼ユニットの正面図、図３は、外輪における蒸気入口部の断面図、図４は、図３のIV−IV断面図、図５は、内輪における蒸気入口部の断面図、図６は、図５のVI−VI断面図、図７は、チューブの断面図である。

図１及び図２に示すように、最終段における静翼ユニット１７は、外輪（分割環）１８と内輪（シュラウド）１９が周方向に所定間隔で配置される複数の静翼２０により連結されて構成されている。外輪１８は、リング形状をなし、外周部がケーシング１１（図８参照）のフレーム３１に固定されることで、断面が筒形状に形成されている。この外輪１８は、内部に周方向に沿う隔壁３２が固定されることで、第１加熱室（空洞部）３３と第１ドレン排出室（ドレン排出部）３４が区画形成されている。

一方、内輪１９は、外輪１８より小径のリング形状をなし、断面が筒形状に形成されている。この内輪１９は、内部に周方向に沿う隔壁３５が固定されることで、第２加熱室（空洞部）３６と第２ドレン排出室（ドレン排出部）３７が区画されている。

外輪１８は、第１加熱室３３に蒸気外輪入口部４１が設けられると共に、蒸気外輪入口部４１に周方向に離間して蒸気外輪出口部４２が設けられている。本実施形態では、この蒸気外輪入口部４１と蒸気外輪出口部４２は、外輪１８にほぼ９０度離間して設けられることで、それぞれ４個ずつ設けられている。そして、外輪１８の第１加熱室３３内にて、蒸気外輪入口部４１と蒸気外輪出口部４２が第１蒸気通路４３により連通されている。

この第１蒸気通路４３は、外輪１８の第１加熱室３３における内周側に沿って複数（本実施形態では、２個）配置されており、各第１蒸気通路４３は、蒸気通路２１側の内周面に接触して配置されている。

具体的に説明すると、図３及び図４に示すように、蒸気外輪入口部４１は、第１加熱室３３の一部が一対の入口仕切板４４，４５により区画される外輪入口ヘッダ４６として形成されている。そして、蒸気外輪入口部４１は、外周側から外輪１８を貫通して外輪入口ヘッダ４６に連通する蒸気供給口４７が設けられると共に、蒸気供給口４７から内周側に貫通する蒸気供給口４８が設けられている。そして、第１蒸気通路４３は、第１加熱室３３の内周側に形成された凹部３３ａ内に沿って配置され、端部が入口仕切板４５の中央部に貫通して固定されている。なお、複数の第１蒸気通路４３は、第１加熱室３３の内周側に固定金具４９により所定間隔で固定されている。

また、蒸気外輪出口部４２は、図示しないが、蒸気外輪入口部４１とほぼ同様の構成となっており、第１加熱室３３の一部が一対の出口仕切板により区画される外輪出口ヘッダとして形成され、外部から外輪１８を貫通して外輪出口ヘッダに連通する蒸気排出口５０（図２参照）が設けられている。そして、第１蒸気通路４３は、第１加熱室３３の内周側に沿って配置され、端部が出口仕切板の中央部に貫通して固定されている。

第１蒸気通路４３は、図７に示すように、チューブにより構成されている。即ち、第１蒸気通路４３は、中心部に沿って設けられるチューブ本体４３ａと、このチューブ本体４３ａの外周部にリング形状をなす複数の襞部４３ｂとから構成されている。複数の襞部４３ｂは、チューブ本体４３ａの長手方向に所定間隔で設けられ、内部が連通している。

また、図１及び図２に示すように、内輪１９は、第２加熱室３６に蒸気内輪入口部５１が設けられると共に、蒸気内輪入口部５１に周方向に離間して蒸気内輪出口部５２が設けられている。本実施形態では、この蒸気内輪入口部５１と蒸気内輪出口部５２は、内輪１９にほぼ９０度離間して設けられることで、それぞれ４個ずつ設けられている。そして、蒸気内輪入口部５１は、蒸気外輪入口部４１と外輪１８及び内輪１９の径方向に対向して配置され、蒸気内輪出口部５２は、蒸気外輪出口部４２と外輪１８及び内輪１９の径方向に対向して配置されている。そして、内輪１９の第２加熱室３６内にて、蒸気内輪入口部５１と蒸気内輪出口部５２が第２蒸気通路５３により連通されている。

この第２蒸気通路５３は、内輪１９の第２加熱室３６における外周側に沿って複数（本実施形態では、３個）配置されており、各第２蒸気通路５３は、蒸気通路２１側の外周面に接触して配置されている。

具体的に説明すると、図５及び図６に示すように、蒸気内輪入口部５１は、第２加熱室３６の一部が一対の入口仕切板５４，５５により区画される内輪入口ヘッダ５６として形成され、静翼２０側から内輪１９を貫通して内輪入口ヘッダ５６に連通する蒸気供給口５７が設けられている。そして、第２蒸気通路５３は、第２加熱室３６の外周側に形成された凹部３６ａ内に沿って配置され、端部が入口仕切板５５の中央部に貫通して固定されている。なお、複数の第２蒸気通路５３は、第２加熱室３６の外周側に固定金具５９により所定間隔で固定されている。

また、蒸気内輪出口部５２は、図示しないが、蒸気内輪入口部５１とほぼ同様の構成となっており、第２加熱室３６の一部が一対の出口仕切板により区画される内輪出口ヘッダとして形成され、静翼２０側から内輪１９を貫通して内輪出口ヘッダに連通する蒸気排出口が設けられている。そして、第２蒸気通路５３は、第２加熱室３６の外周側に沿って配置され、端部が出口仕切板の中央部に貫通して固定されている。

なお、第２蒸気通路５３は、第１蒸気通路４３と同様に、チューブにより構成されており、中心部に沿って設けられるチューブ本体と、このチューブ本体の外周部にリング形状をなす複数の襞部とから構成されている。

図２に示すように、複数の静翼２０は、ほぼ同様の構成をなし、内部に中空部６１が形成されている。この複数の静翼２０における所定の中空部６１は、蒸気外輪入口部４１と蒸気内輪入口部５１を連通する入口連通路６１ａとして機能する。また、複数の静翼２０における所定の中空部６１は、蒸気外輪出口部４２と蒸気内輪出口部５２を連通する出口連通路６１ｂとして機能する。

なお、図１に示すように、外輪１８は、隔壁３２により第１加熱室３３と第１ドレン排出室３４が区画されており、第１ドレン排出室３４は、各静翼２０の中空部６１に連通すると共に、ドレン排出通路７１が連通している。また、内輪１９は、隔壁３５により第２加熱室３６と第２ドレン排出室３７が区画されており、第２ドレン排出室３７は、各静翼２０の中空部６１に連通すると共に、ドレン排出通路（図示略）が連通している。第１ドレン排出室３４及び第２ドレン排出室３７は、静翼２０に設けられたスリット（図示略）から入ったドレンが溜まる。そして、溜まったドレンはドレン排出通路から排出される。

ボイラや蒸気タービンなどから抽気した蒸気は、外輪１８における各蒸気供給口４７から各蒸気外輪入口部４１に供給される。各蒸気外輪入口部４１に供給された蒸気は、外輪１８の第１加熱室３３にある複数の第１蒸気通路４３を通って蒸気外輪出口部４２に流れ、この蒸気外輪出口部４２の蒸気排出口５０から外部に排出される。そのため、図１に示すように、蒸気が外輪１８の第１加熱室３３における内周側に沿った第１蒸気通路４３を通ることから、この蒸気により第１加熱室３３（第１蒸気通路４３）を介して外輪１８の内周側が加熱され、各静翼２０の外輪側端部が加熱される。

また、図２に示すように、各蒸気外輪入口部４１に供給された蒸気は、対向する静翼２０の入口連通路６１ａを通って内輪１９における各蒸気内輪入口部５１に供給される。各蒸気内輪入口部５１に供給された蒸気は、内輪１９の第２加熱室３６にある複数の第２蒸気通路５３を通って蒸気内輪出口部５２に流れる。そして、この蒸気内輪出口部５２の蒸気は、対向する静翼２０の出口連通路６１ｂを通って外輪１８における蒸気外輪出口部４２に流れ、この蒸気外輪出口部４２の蒸気排出口５０から外部に排出される。そのため、図１に示すように、蒸気が内輪１９の第２加熱室３６における外周側に沿った第２蒸気通路５３を通ることから、この蒸気により第２加熱室３６（第２蒸気通路５３）を介して内輪１９の外周側が加熱され、各静翼２０の外輪側端部が加熱される。

蒸気通路２１を流れる蒸気は、最終段の静翼２０に至ると、湿り蒸気となり、この湿り蒸気に含まれるドレンが最終段の静翼２０における外輪１８や内輪１９に衝突して付着する。特に、静翼２０の外輪側端部及び内輪側端部に多くのドレンが付着するが、このとき、外輪１８や内輪１９、静翼２０の外輪側端部及び内輪側端部は、各蒸気通路４３，５３を通る蒸気により加熱されていることから、付着したドレンは、再び蒸発して蒸気となる。静翼２０から飛散したドレンが動翼１６に衝突することがなくなり、動翼１６でのエロージョンが抑制される。

このように本実施形態の静翼ユニットにあっては、外輪１８と内輪１９が周方向に所定間隔で配置される複数の静翼２０により連結される静翼ユニット１７において、外輪１８の第１加熱室３３に設けられる蒸気外輪入口部４１と、外輪１８の第１加熱室３３に蒸気外輪入口部４１に周方向に離間して設けられる蒸気外輪出口部４２と、外輪１８の第１加熱室３３内で蒸気外輪入口部４１と蒸気外輪出口部４２とを連通する第１蒸気通路４３とを設けている。

従って、蒸気外輪入口部４１に供給された蒸気は、外輪１８の第１加熱室３３内にある第１蒸気通路４３を通って蒸気外輪出口部４２から排出されるため、蒸気により外輪１８を加熱することができ、各静翼２０の外輪側端部を加熱することができる。そのため、蒸気通路２１を流れる湿り蒸気は、含有するドレンが最終段の外輪１８や静翼２０の外輪側端部に付着しても、外輪１８や静翼２０の外輪側端部が加熱されて高温となっていることから、付着したドレンが蒸発して蒸気となり、後段の動翼１６でのエロージョンが抑制される。このとき、蒸気は、外輪１８の第１加熱室３３ではなく第１蒸気通路４３を通ることから、少ない蒸気量で必要な個所のみ外輪１８や静翼２０を加熱することとなり、使用する蒸気量を低減し、少ない蒸気を効率的に使用することで、湿り蒸気によるエロージョンを抑制することができると共に、熱効率の低下を抑制することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、第１蒸気通路４３を外輪１８の第１加熱室３３における内周側に沿って配置している。従って、蒸気により外輪１８の内周側、つまり、静翼２０の外輪側端部を加熱することとなり、蒸気通路２１を流れる蒸気に含まれるドレンが多く付着しやすい個所を加熱することとなり、少ない蒸気量で外輪１８を適正に加熱することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、第１蒸気通路４３をチューブにより構成している。従って、外輪１８の第１加熱室３３内に容易に第１蒸気通路４３を配置することができ、製造コストを低減することができる。また、この第１蒸気通路４３は、中心部に沿って設けられるチューブ本体４３ａと、このチューブ本体４３ａの外周部にリング形状をなす複数の襞部４３ｂとから構成されている。従って、第１蒸気通路４３の表面積を増加させることで、外輪１８を効率良く加熱することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、蒸気外輪入口部４１を、入口仕切板４４，４５により区画される外輪入口ヘッダ４６として構成し、外輪１８に外輪入口ヘッダ４６に連通する蒸気供給口４７を設け、また、蒸気外輪出口部４１として、一対の出口仕切板により区画される外輪出口ヘッダとして構成し、外輪１８に外輪出口ヘッダに連通する蒸気排出口５０を設けている。従って、外部からの蒸気を蒸気外輪入口部４１に容易に供給することができると共に、蒸気外輪出口部４２から蒸気を容易に排出することができ、また、第１蒸気通路４３の端部を容易に蒸気外輪入口部４１と蒸気外輪出口部４２に連結することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、外輪１８の空洞部に第１加熱室３３（外輪入口ヘッダ４６及び外輪出口ヘッダ）に隣接して第１ドレン排出室３４を設け、第１ドレン排出室３４を静翼２０の中空部６１に連通している。従って、静翼２０の中空部６１で発生したドレン水を第１ドレン排出室３４から外部に容易に排出することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、内輪１９の第２加熱室３６に設けられる蒸気内輪入口部５１と、第２加熱室３６に蒸気内輪入口部５１に周方向に離間して設けられる蒸気内輪出口部５２と、静翼２０内に設けられて前記蒸気外輪入口部４１と蒸気内輪入口部５１を連通する入口連通路６１ａと、静翼２０内に設けられて蒸気外輪出口部４２と蒸気内輪出口５２部を連通する出口連通路６１ｂと、第２加熱室３６内で蒸気内輪入口部５１と蒸気内輪出口部５２とを連通する第２蒸気通路５３とを設けている。

従って、蒸気外輪入口部４１に供給された蒸気は、入口連通路６１ａから蒸気内輪入口部５１に流れ、内輪１９の第２加熱室３６内にある第２蒸気通路５３を通って蒸気内輪出口部５２に流れ、出口連通路６１ｂを介して蒸気外輪出口部４２から排出されるため、蒸気により内輪１９を加熱することができ、各静翼２０の内輪側端部を加熱することができる。そのため、蒸気通路２１を流れる湿り蒸気は、含有するドレンが最終段の内輪１９や静翼２０の内輪側端部に付着しても、内輪１９や静翼２０の内輪側端部が加熱されて高温となっていることから、付着したドレンが蒸発して蒸気となり、後段の動翼１６でのエロージョンが抑制される。このとき、蒸気は、内輪１９の第２加熱室３６ではなく第２蒸気通路５３を通ることから、少ない蒸気量で必要な個所のみ内輪１９や静翼２０を加熱することとなり、使用する蒸気量を低減し、少ない蒸気を効率的に使用することで、湿り蒸気によるエロージョンを抑制することができると共に、熱効率の低下を抑制することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、第２蒸気通路５３を内輪１９の第２加熱室３６における外周側に沿って配置している。従って、蒸気により内輪１９の外周側、つまり、静翼２０の内輪側端部を加熱することとなり、蒸気通路２１を流れる蒸気に含まれるドレンが多く付着しやすい個所を加熱することとなり、少ない蒸気量で外輪１８を適正に加熱することができる。

本実施形態の静翼ユニットでは、第２蒸気通路５３をチューブにより構成している。従って、内輪１９の第２加熱室３６内に容易に第２蒸気通路５３を配置することができ、製造コストを低減することができる。また、この第２蒸気通路５３は、中心部に沿って設けられるチューブ本体と、このチューブ本体の外周部にリング形状をなす複数の襞部とから構成されている。従って、第２蒸気通路５３の表面積を増加させることで、内輪１９を効率良く加熱することができる。

また、本実施形態の蒸気タービンにあっては、ケーシング１１と、ケーシング１１内に回転自在に支持されたロータ１２と、動翼１６の基端部がロータ１２に支持されてロータ１２の周方向に所定間隔で複数配置される複数段の動翼ユニット１４と、静翼２０の基端部と先端部がケーシング１１に支持されてロータ１２の周方向に所定間隔で複数配置される複数段の静翼ユニット１７とを設け、複数段の静翼ユニット１７のうちの最終段の静翼ユニット１７として上述した静翼ユニットを適用している。

従って、蒸気により外輪１８や内輪１９、静翼２０の外輪側端部や内輪側端部を加熱することから、蒸気通路２１を流れる湿り蒸気は、含有するドレンが最終段の外輪１８や内輪１９、静翼２０の外輪側端部や内輪側端部に付着しても、付着したドレンが蒸発して蒸気となり、後段の動翼１６でのエロージョンが抑制される。このとき、蒸気は、外輪１８の第１加熱室３３ではなく第１蒸気通路４３を通ることから、少ない蒸気量で必要な個所のみ外輪１８や内輪１９及び静翼２０を加熱することとなり、使用する蒸気量を低減し、少ない蒸気を効率的に使用することで、湿り蒸気によるエロージョンを抑制することができると共に、熱効率の低下を抑制することができる。

なお、上述した実施形態にて、蒸気外輪入口部４１及び蒸気外輪出口部４２と、蒸気内輪入口部５１及び蒸気内輪出口部５２を４組設け、一部（８個）の静翼２０内に蒸気を流したが、この構成に限定されるものではない。例えば、蒸気外輪入口部４１及び蒸気外輪出口部４２と、蒸気内輪入口部５１及び蒸気内輪出口部５２を２組設け、４個の静翼２０内に蒸気を流したり、蒸気外輪入口部４１及び蒸気外輪出口部４２と、蒸気内輪入口部５１及び蒸気内輪出口部５２を８組設け、１６個の静翼２０内に蒸気を流したりしてもよく、更に、全ての静翼２０内に蒸気を流したりしてもよい。

また、上述した実施形態では、各加熱室３３，３６内に配置する蒸気通路４３，５３をチューブとしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、各加熱室３３，３６内に形成された凹部３３ａ，３６ａを板部材により被覆することで、蒸気通路を形成してもよく、各加熱室３３，３６内の一部の空間を区画して蒸気通路を形成してもよい。また、蒸気通路４３，５３をチューブとして複数設けたが、その数に限定されるものではない。

また、上述した実施形態では、蒸気外輪入口部４１及び蒸気外輪出口部４２と、蒸気内輪入口部５１及び蒸気内輪出口部５２として、外輪入口ヘッダ４６及び外輪出口ヘッダと、内輪入口ヘッダ５６及び内輪出口ヘッダを設けたが、蒸気通路４３，５３としてのチューブを外輪１８の外部まで延出してもよい。

また、上述した実施形態では、本発明の静翼ユニットを蒸気タービンの最終段の静翼ユニットに適用したが、その他の静翼ユニットに適用してもよい。

１１ ケーシング
１２ ロータ
１３ 軸受
１４ 動翼ユニット
１５ ロータディスク
１６ 動翼
１７ 静翼ユニット
１８ 外輪
１９ 内輪
２０ 静翼
２１ 蒸気通路
３３ 第１加熱室（空洞部）
３４ 第１ドレン排出室（ドレン排出部）
３６ 第２加熱室（空洞部）
３７ 第２ドレン排出室（ドレン排出部）
４１ 蒸気外輪入口部
４２ 蒸気外輪出口部
４３ 第１蒸気通路
４４，４５ 入口仕切板
４６ 外輪入口ヘッダ
４７ 蒸気供給口
４８ 蒸気供給口
４９ 固定金具
５０ 蒸気排出口
５１ 蒸気内輪入口部
５２ 蒸気内輪出口部
５３ 第２蒸気通路
５４，５５ 入口仕切板
５６ 内輪入口ヘッダ
５７ 蒸気供給口
５９ 固定金具
６１ 中空部
６１ａ 入口連通路
６１ｂ 出口連通路
７１ ドレン排出通路

Claims (8)

1. 外輪と内輪が周方向に所定間隔で配置される複数の静翼により連結される静翼ユニットにおいて、
   前記外輪の空洞部に設けられる蒸気外輪入口部と、
   前記外輪の空洞部に前記蒸気外輪入口部に周方向に離間して設けられる蒸気外輪出口部と、
   前記外輪の空洞部内で前記蒸気外輪入口部と前記蒸気外輪出口部とを連通する第１蒸気通路と、
   を有し、
   前記第１蒸気通路は、前記外輪の空洞部における内周側に沿って前記空洞部の一部を区画して配置される、
   ことを特徴とする静翼ユニット。
2. 前記第１蒸気通路は、チューブにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の静翼ユニット。
3. 前記蒸気外輪入口部は、前記空洞部の一部が一対の入口仕切板により区画される外輪入口ヘッダと、前記外輪に設けられて前記外輪入口ヘッダに連通する蒸気供給口とを有し、前記蒸気外輪出口部は、前記空洞部の一部が一対の出口仕切板により区画される外輪出口ヘッダと、前記外輪に設けられて前記外輪出口ヘッダに連通する蒸気排出口とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静翼ユニット。
4. 前記外輪の空洞部に前記外輪入口ヘッダ及び前記外輪出口ヘッダに隣接してドレン排出部が設けられ、前記ドレン排出部が前記静翼の中空部に連通されることを特徴とする請求項３に記載の静翼ユニット。
5. 前記内輪の空洞部に設けられる蒸気内輪入口部と、前記内輪の空洞部に前記蒸気内輪入口部に周方向に離間して設けられる蒸気内輪出口部と、前記静翼内に設けられて前記蒸気外輪入口部と前記蒸気内輪入口部を連通する入口連通路と、前記静翼内に設けられて前記蒸気外輪出口部と前記蒸気内輪出口部を連通する出口連通路と、前記内輪の空洞部内で前記蒸気内輪入口部と前記蒸気内輪出口部とを連通する第２蒸気通路とが設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の静翼ユニット。
6. 前記第２蒸気通路は、前記内輪の空洞部における外周側に沿って配置されることを特徴とする請求項５に記載の静翼ユニット。
7. 前記第２蒸気通路は、チューブにより構成されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の静翼ユニット。
8. ケーシングと、
   前記ケーシング内に回転自在に支持されたロータと、
   動翼の基端部が前記ロータに支持されて前記ロータの周方向に所定間隔で複数配置される複数段の動翼ユニットと、
   静翼の基端部と先端部が前記ケーシングに支持されて前記ロータの周方向に所定間隔で複数配置される複数段の静翼ユニットと、
   を有し、
   前記複数段の静翼ユニットのうちの最終段の静翼ユニットとして請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の静翼ユニットが適用される、
   ことを特徴とする蒸気タービン。
   

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