JP7371273B2

JP7371273B2 - 蒸気タービン

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Publication number: JP7371273B2
Application number: JP2022551078A
Authority: JP
Inventors: 亮 ▲高▼田; 創一朗田畑; 泰洋笹尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2023-10-30
Anticipated expiration: 2040-09-28
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Description

本開示は、蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、ケーシング内に複数列の圧縮段を有している。ケーシング内で複数列の圧縮段を経て上流側から下流側に向けて流れる蒸気は、下流側にいくにしたがって膨張するのにともなって、圧力及び温度が低下する。特に最終列の圧縮段付近では、蒸気の湿度が高まり、蒸気中の水分が液滴化することがある。蒸気の湿度上昇は、蒸気タービンの効率低下に繋がる。また、蒸気中の水分が液滴化すると、静翼から飛散した液滴によって最終列の動翼が腐食する、いわゆるエロージョンに繋がることがある。

これに対し、例えば特許文献１には、静翼と動翼との軸方向間隔を径方向内側より外側の方が大きくなるように形成した構成の蒸気タービンが開示されている。このような構成によれば、静翼と動翼との軸方向間隔を径方向の外側で拡大することによって、静翼から流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、静翼下流側の外周壁に付着する液滴量を増加させる。これにより、液滴が後流側の動翼先端に到達するのを抑え、エロージョンの低減を図ろうとしている。

特許第３８１５１４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような構成では、静翼と動翼との軸方向間隔を拡大すると、タービン性能の低下に繋がる。また、静翼と動翼との軸方向間隔を拡大すると、軸方向における圧縮段同士の間隔が増える。このため、回転軸の軸方向長さとともに軸受スパンが増大し、軸振動信頼性の低下にも繋がる。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることができる蒸気タービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る蒸気タービンは、軸線を中心として回転するロータ軸と、前記ロータ軸の径方向の外側に固定され、前記軸線に沿った軸方向に間隔をあけて配置された複数列の動翼列と、前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆うように配置されたケーシングと、前記ケーシングの前記径方向の内側に固定され、前記軸方向に間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列の各列に対して前記軸方向の第一側に配置された静翼列と、を備え、前記静翼列は、周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向に延びる静翼と、環状で、複数の前記静翼の径方向の外側に配置された外側リングと、環状で、複数の前記静翼の径方向の内側に配置された内側リングと、を備え、前記複数列の静翼列のうち最も前記軸方向の第二側に配置された最終列の静翼列において、前記静翼の前記軸方向の第二側の第二側縁部が、前記静翼の径方向の外側の外側端と径方向内側の内側端との中間位置に対して前記径方向内側に形成され、前記軸方向の第二側に湾曲して突出する第二側凸部と、前記中間位置に対して前記径方向の外側に形成され、前記軸方向の第一側に湾曲して窪む第二側凹部と、を有するＳ字形状とされている。

本開示の蒸気タービンによれば、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となる。

本開示の実施形態における蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。本開示の第１実施形態における蒸気タービンの最終列の静翼列及び動翼列を示す断面図である。本開示の第１実施形態における最終列の静翼列の一部を示す斜視図である。本開示の第１実施形態における最終列の静翼列を構成する静翼の断面形状を示す図である。本開示の第２、第３実施形態における蒸気タービンの最終列の静翼列及び動翼列を示す断面図である。本開示の第２実施形態における静翼の断面形状を示す図である。本開示の第３実施形態における静翼の断面形状を示す図である。

＜第一実施形態＞
（蒸気タービンの構成）
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン１Ａは、軸線Ｏを中心として回転するロータ２０と、ケーシング１０と、を有している。
なお、以下の説明の都合上、軸線Ｏが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸線Ｏを基準とした後述する軸芯部２２における径方向を単に径方向Ｄｒ、軸線Ｏを中心とした軸芯部２２の周方向を単に周方向Ｄｃとする。

（ロータの構成）
ロータ２０は、ロータ軸２１と、動翼列３１と、を有している。
ロータ軸２１は、軸線Ｏを中心として回転可能に配置されている。ロータ軸２１は、軸芯部２２と、複数のディスク部２３と、を有している。軸芯部２２は、軸線Ｏを中心として円柱状を成し、軸方向Ｄａに延びている。複数のディスク部２３は、軸方向Ｄａに互いに間隔をあけて配置されている。各ディスク部２３は、軸芯部２２から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広がるように配置されている。

（動翼列の構成）
動翼列３１は、ロータ軸２１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに固定されている。動翼列３１は、ロータ軸２１の外周部分であるディスク部２３の外周に取り付けられている。動翼列３１は、ロータ軸２１の軸方向Ｄａに沿って間隔をあけて複数列が配置されている。本実施形態の場合、動翼列３１は、例えば四列配置されている。よって、本実施形態の場合、動翼列３１として、第一段から第四段の動翼列３１が配置されている。

図２に示すように、各列の動翼列３１は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の動翼３２と、シュラウド３４と、プラットフォーム３５と、を有している。各動翼３２は、径方向Ｄｒに延びている。シュラウド３４は、動翼３２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。プラットフォーム３５は、動翼３２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。蒸気Ｓは、動翼３２においてシュラウド３４とプラットフォーム３５との間の環状の空間を流れる。

（ケーシングの構成）
図１に示すように、ケーシング１０は、ロータ２０を覆うように形成されている。ケーシング１０の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉには、静翼列４１が固定されている。静翼列４１は、軸方向Ｄａに沿って間隔を空けて複数配置されている。本実施形態では、静翼列４１の列数は、動翼列３１と同じ四列が配置されている。各静翼列４１は、複数列の動翼列３１の各列に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに隣接して配置されている。軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕは、ケーシング１０内における蒸気Ｓの流れ方向上流側である。すなわち、蒸気Ｓは、ケーシング１０内を軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄ側に流れていく。

（静翼列の構成）
図２、図３に示すように、静翼列４１は、静翼４２と、外側リング４３と、内側リング４４と、を有している。静翼４２は、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置されている。外側リング４３は、環状で、複数の静翼４２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。内側リング４４は、環状で、複数の静翼４２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。蒸気Ｓは、外側リング４３と内側リング４４との間の環状の空間を流れる。

各静翼４２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの内側端４２ｓは、内側リング４４に固定されている。各静翼４２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの外側端４２ｔは、外側リング４３に固定されている。

図４に示すように、静翼４２は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一側縁部４８から軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄ側の第二側縁部４９に亘って、径方向Ｄｒ（図４の紙面に直交する方向）からの断面視で翼断面形状を有している。静翼４２は、腹側部材４５と、背側部材４６と、から形成されている。腹側部材４５は、その表面が静翼４２の腹面４２ａを形成するよう、凹状に湾曲形成されている。背側部材４６は、その表面が静翼４２の背面４２ｂを形成するよう、凸状に湾曲形成されている。腹側部材４５と背側部材４６は、それぞれ金属製の板状部材を、所定の形状に湾曲させたものである。静翼４２は、腹側部材４５と背側部材４６とを互いに組み合わせて溶接することで形成されている。これにより、静翼４２の内部、すなわち腹側部材４５と背側部材４６との間には、空洞部４７が形成されている。

図２に示すように、静翼４２の第二側縁部４９は、第二側凸部４９ａと、第二側凹部４９ｂと、翼端延出部４９ｃと、を有している。

第二側凸部４９ａは、静翼４２の外側端４２ｔと内側端４２ｓとの中間位置４２ｍに対し、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成されている。第二側凸部４９ａは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出するように凸状に湾曲形成されている。より具体的には、第二側凸部４９ａは、内側端４２ｓ及び中間位置４２ｍよりも、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出するように、湾曲して形成されている。
例えば、中間位置４２ｍとは、第二側縁部４９における静翼４２の径方向Ｄｒ両端の中心であってもよい。

第二側凹部４９ｂは、中間位置４２ｍに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成されている。第二側凹部４９ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに湾曲して窪んで形成されている。第二側凹部４９ｂは、中間位置４２ｍ及び外側端４２ｔよりも、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに窪むように凹状に湾曲形成されている。

翼端延出部４９ｃは、第二側凹部４９ｂに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成されている。翼端延出部４９ｃは、第二側凹部４９ｂから軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出して延び、外側リング４３に接続されている。
これにより、第二側縁部４９は、周方向Ｄｃから見てＳ字形状とされている。
例えば、第二側縁部４９は、静翼４２の外側端４２ｔから内側端４２ｓに亘るＳ字形状を有してもよい。

例えば、静翼４２の第一側縁部４８は、第一側凹部４８ａと、第一側凸部４８ｂと、を有してＳ字形状に形成されていてもよい。
例えば、第一側縁部４８は、静翼４２の外側端４２ｔから内側端４２ｓに亘るＳ字形状を有してもよい。

第一側凹部４８ａは、静翼４２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成されている。第一側凹部４８ａは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに凹状に窪むように湾曲形成されている。

第一側凸部４８ｂは、第一側凹部４８ａに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成されている。第一側凸部４８ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに凸状に突出するように湾曲形成されている。

（作用効果）
上記したような蒸気タービン１Ａによれば、静翼４２の第二側縁部４９の第二側凹部４９ｂが、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに窪んでいる。このため、第二側凹部４９ｂと、最終列の動翼列３１Ｆの動翼３２との軸方向Ｄａにおける間隔Ｓ１が大きくなる。これにより、静翼４２から流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、液滴は、図２中、仮想線Ｌ１で示すような蒸気の流れに乗って静翼４２から軸方向Ｄａ第二側Ｄａｄへと流れつつ、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく。このため、動翼３２の軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの端部３２ａに到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。
また、静翼４２の第二側縁部４９において、第二側凸部４９ａが軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出している。このため、第二側凸部４９ａと最終列の動翼列３１Ｆとの間隔Ｓ２を、第二側凹部４９ｂの部分の間隔Ｓ１に比較して小さくすることができる。これにより、タービン性能の低下を抑えることができる。また、第二側凸部４９ａと最終列の動翼列３１Ｆの動翼３２との間隔Ｓ２を小さくすることで、軸受スパンが増大するのを抑え、軸振動信頼性の低下を抑えることができる。また、第二側凸部４９ａは、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成されているので、蒸気Ｓの流れの周速も径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに比較すれば小さく、エロージョンが生じにくい。その結果、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となる。

上記したような蒸気タービン１Ａは、第二側凹部４９ｂに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに延びる翼端延出部４９ｃ、をさらに備えている。
これにより、静翼４２から流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく液滴が、第二側凹部４９ｂに溜まるのを抑えることができる。したがって、液滴が、翼端延出部４９ｃから外側リング４３へと円滑に案内される。このように、液滴を外側リング４３へと導くことによって、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの動翼３２の端部３２ａに到達する液滴の量を、より有効に抑えることができる。

上記したような蒸気タービン１Ａによれば、第一側縁部４８が、第一側凹部４８ａと、第一側凸部４８ｂと、を有してＳ字形状とされている。
これにより、静翼４２の第一側縁部４８を、径方向Ｄｒに沿って延びる直線状に形成した場合に比較し、軸方向Ｄａに沿って第一側縁部４８と第二側縁部４９とを結んだときの静翼４２の翼面長が、部分的に長くなるのを抑えることができる。具体的には、第一側凹部４８ａから第二側凸部４９ａに向かう流路長と、軸方向Ｄａに沿って第一側凸部４８ｂから第二側凹部４９ｂに向かう流路長とが大きく異なるのを抑えることができる。これにより、液滴と静翼４２の表面との間に生じる摩擦損失が、径方向Ｄｒで部分的に大きく異なるのを抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、本開示にかかる蒸気タービンの第２実施形態について説明する。この第２実施形態で示す蒸気タービンは、第１実施形態の蒸気タービンに対して、スリットを備える点が異なるのみである。したがって、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに重複説明を省略する。つまり、第１実施形態で説明した構成と共通する蒸気タービンの各部の構成については、その説明を省略する。

図５、図６に示すように、本実施形態の蒸気タービン１Ｂの静翼列４１を構成する静翼４２Ｂは、連通孔５０を有している。
連通孔５０は、径方向Ｄｒにおいて、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されている。
連通孔５０は、静翼４２Ｂの腹側部材４５の外表面と空洞部４７とを連通するように形成されている。
例えば、連通孔５０は、径方向Ｄｒに連続して延びるスリットであってもよい。
例えば、連通孔５０は、スリットに代えて、静翼４２Ｂの腹側部材４５の外表面と空洞部４７とを連通する一以上の孔であってもよい。
例えば、連通孔５０は、静翼４２Ｂの腹側部材４５の外表面のうち、径方向Ｄｒについて、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏにのみ形成されてもよい。
例えば、連通孔５０は、静翼４２Ｂの腹側部材４５の外表面のうち、第一側縁部４８より第二側縁部４９に近い位置にのみ形成されてもよい。

このような構成では、静翼列４１を流れる蒸気中に生じた液滴の一部が、連通孔５０を通して静翼４２Ｂ内の空洞部４７に回収される。回収された空洞部４７内の液滴は、外側リング４３、あるいは内側リング４４に形成された液滴回収溝（図示無し）等を介してケーシング１０の外部に排出される。

（作用効果）
上記したような蒸気タービン１Ｂによれば、上記第一実施形態と同様、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となる。
また、この蒸気タービン１Ｂでは、連通孔５０を通して、液滴の少なくとも一部を静翼４２Ｂ内の空洞部４７で回収することができる。これによって、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの動翼３２の端部３２ａに到達する液滴の量を、より有効に抑えることができる。したがって、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となるという効果を、より顕著に奏することができる。
また、この蒸気タービン１Ｂでは、連通孔５０が、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されているため、連通孔５０の加工面積を縮小することができる。
また、この蒸気タービン１Ｂでは、連通孔５０が、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されているため、連通孔５０の位置に関連して、静翼４２Ｂの空洞部４７を小さくできる。したがって、空洞部４７内の液滴が排出されやすい。
また、この蒸気タービン１Ｂでは、連通孔５０は、静翼４２Ｂの腹側部材４５の外表面のうち、第一側縁部４８より第二側縁部４９に近い位置にのみ形成されている。したがって、静翼４２Ｂの第二側縁部４９を遮熱構造とすることができる。

（第３実施形態）
次に、本開示にかかる蒸気タービンの第３実施形態について説明する。この第３実施形態の蒸気タービンは、第２実施形態で示した蒸気タービンに対して、静翼内に隔壁を備える点が異なるのみである。したがって、第３実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第２実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第１、第２実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。

図５、図７に示すように、本実施形態の蒸気タービン１Ｃの静翼列４１を構成する静翼４２Ｃは、連通孔５０と、隔壁５５（図７参照）と、を有している。

連通孔５０は、径方向Ｄｒにおいて、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されている。図７に示すように、連通孔５０は、静翼４２Ｃの腹側部材４５の外表面と空洞部４７とを連通するように形成されている。

隔壁５５は、静翼４２Ｃの内部に形成されている。隔壁５５は、第一側縁部４８と第二側縁部４９との間で、腹側部材４５と背側部材４６とに接合されている。隔壁５５は、連通孔５０よりも軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに配置されている。隔壁５５は、径方向Ｄｒに連続して延びている。隔壁５５は、静翼４２Ｃ内の空洞部４７を、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一空洞部４７ｕと第二側Ｄａｄの第二空洞部４７ｄとに区画している。
例えば、隔壁５５を境界として、静翼４２は、連通孔５０を有する部品と、連通孔５０を有さない部品と、の分割構造を有する組立体であってもよい。

このような構成では、静翼列４１を流れる蒸気中に生じた液滴の一部が、連通孔５０を通して静翼４２Ｃ内で、隔壁５５よりも軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの第二空洞部４７ｄに回収される。回収された第二空洞部４７ｄ内の液滴は、外側リング４３、あるいは内側リング４４に形成された液滴回収溝（図示無し）等を介してケーシング１０の外部に排出される。第二空洞部４７ｄ内の液滴は、隔壁５５により、空洞部４７内で隔壁５５よりも軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一空洞部４７ｕ内に侵入することが抑えられる。

（作用効果）
上記したような蒸気タービン１Ｃによれば、上記第一、第二実施形態と同様、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となる。

加えて、この蒸気タービン１Ｃでは、隔壁５５により、静翼４２Ｃ内の空洞部４７で隔壁５５に対して軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄで、液滴が回収される部分（第二空洞部４７ｄの流路断面積を小さくすることができる。また、静翼４２Ｃ内の第二空洞部４７ｄ内に回収された液滴が、静翼４２Ｃ内で第一空洞部４７ｕに移動するのを抑えることができる。したがって、静翼４２Ｃにおいて軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一側縁部４８側を密封遮熱構造とすることが可能となる。
さらに、この蒸気タービン１Ｃによれば、隔壁５５を境界として、分割構造を有する組立体であることにより、製造しやすい静翼４２を提供できる。

（その他の実施形態）
なお、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
例えば、上記実施形態では、第二側縁部４９の第二側凸部４９ａ、第二側凹部４９ｂを、それぞれ湾曲して形成するようにしたが、その具体的形状については何ら問うものでない。例えば、第二側凸部４９ａ、第二側凹部４９ｂは、一定の曲率で湾曲させるようにしてもよいし、第二側凸部４９ａ、第二側凹部４９ｂは、曲率を部分的に異ならせてもよい。
また、第一側縁部４８を、第二側縁部４９と同様にＳ字形状としたが、これに限られない。第一側縁部４８は、例えば直線状であってもよい。
また、例えば、動翼列３１、及び静翼列４１の段数等をはじめとして、蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃの各部の構成については、適宜変更することが可能である。

＜付記＞
各実施形態に記載の蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、軸線Ｏを中心として回転するロータ軸２１と、前記ロータ軸２１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに固定され、前記軸線Ｏに沿った軸方向Ｄａに間隔をあけて配置された複数列の動翼列３１と、前記ロータ軸２１及び複数の前記動翼列３１を覆うように配置されたケーシング１０と、前記ケーシング１０の前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに固定され、前記軸方向Ｄａに間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列３１の各列に対して前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに配置された静翼列４１と、を備え、前記静翼列４１は、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向Ｄｒに延びる静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃと、環状で、複数の前記静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置された外側リング４３と、環状で、複数の前記静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された内側リング４４と、を備え、前記複数列の静翼列４１のうち最も前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに配置された最終列の静翼列４１Ｆにおいて、前記静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの第二側縁部４９が、前記静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの外側端４２ｔと径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの内側端４２ｓとの中間位置４２ｍに対して前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成され、前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに湾曲して突出する第二側凸部４９ａと、前記中間位置４２ｍに対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成され、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに湾曲して窪む第二側凹部４９ｂと、を有するＳ字形状とされている。

このような蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃによれば、静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの第二側縁部４９の第二側凹部４９ｂが、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに窪んでいる。このため、第二側凹部４９ｂと、最終列の動翼列３１Ｆの動翼３２との軸方向Ｄａにおける間隔Ｓ１が大きくなる。これにより、静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃから流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、液滴は、蒸気の流れに乗って静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃから軸方向Ｄａ第二側Ｄａｄへと流れつつ、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく。このため、動翼３２の軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの端部３２ａに到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。
また、静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの第二側縁部４９において、第二側凸部４９ａが軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出している。このため、第二側凸部４９ａと最終列の動翼３２との間隔Ｓ２を、第二側凹部４９ｂの部分の間隔Ｓ１に比較して小さくすることができる。これにより、タービン性能の低下を抑えることができる。また、軸受スパンが増大するのを抑え、軸振動信頼性の低下を抑えることができる。その結果、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となる。

（２）第２の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、（１）の蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃであって、前記第二側凹部４９ｂに対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成され、前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに延びる翼端延出部４９ｃ、をさらに備える。

これにより、静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃから流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく液滴が、第二側凹部４９ｂに溜まるのを抑えることができる。したがって、液滴を翼端延出部４９ｃから外側リング４３へと円滑に案内することができる。このように、液滴を外側リング４３へと導くことによって、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの動翼３２の端部３２ａに到達する液滴の量を、より有効に抑えることができる。

（３）第３の態様に係る蒸気タービン１Ｂ、１Ｃは、（１）又は（２）の蒸気タービン１Ｂ、１Ｃであって、前記静翼４２Ｂ、４２Ｃは、内部に空洞部４７が形成された中空構造とされ、前記中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに、前記静翼４２Ｂ、４２Ｃの外表面と前記空洞部４７とを連通する連通孔５０が形成されている。

これにより、連通孔５０を通して、液滴の少なくとも一部を静翼４２Ｂ、４２Ｃ内の空洞部４７で回収することができる。これによって、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの動翼３２の端部３２ａに到達する液滴の量を、より有効に抑えることができる。
また、この蒸気タービン１Ｂ、１Ｃでは、連通孔５０が、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されているため、連通孔５０の加工面積を縮小することができる。
また、この蒸気タービン１Ｂ、１Ｃでは、連通孔５０が、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されているため、連通孔５０の位置に関連して、静翼４２Ｂの空洞部４７を小さくできる。したがって、空洞部４７内の液滴が排出されやすい。

（４）第４の態様に係る蒸気タービン１Ｃは、（３）の蒸気タービン１Ｃであって、前記静翼４２Ｃの内部に形成され、前記連通孔５０よりも前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに、前記空洞部４７を前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕと第二側Ｄａｄとに区画する隔壁５５が形成されている。

これにより、静翼４２Ｃ内の空洞部４７で隔壁５５に対して軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの、液滴が回収される部分である第二空洞部４７ｄの流路断面積を小さくすることができる。また、静翼４２Ｃ内の空洞部４７内に回収された液滴が、静翼４２Ｃ内で隔壁５５よりも軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一空洞部４７ｕに移動するのを抑えることができる。したがって、静翼４２Ｃにおいて軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一側縁部４８側を密封遮熱構造とすることが可能となる。

（５）第５の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、（１）から（４）の何れか一つの蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃであって、前記静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一側縁部４８が、前記静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成され、前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに湾曲して窪む第一側凹部４８ａと、前記第一側凹部４８ａに対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成され、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに湾曲して突出する窪む第一側凸部４８ｂと、を有する。

これにより、静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの第一側縁部４８を、径方向Ｄｒに沿って延びる直線状に形成した場合に比較し、軸方向Ｄａに沿って第一側凹部４８ａから第二側凸部４９ａに向かう流路長と、軸方向Ｄａに沿って第一側凸部４８ｂから第二側凹部４９ｂに向かう流路長とが大きく異なるのを抑えることができる。これにより、液滴と静翼４２、４２Ｂ、４２Ｃの表面との間に生じる摩擦損失が、径方向Ｄｒで大きく異なるのを抑えることができる。

上記した蒸気タービンによれば、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることができる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…蒸気タービン
１０…ケーシング
２０…ロータ
２１…ロータ軸
２２…軸芯部
２３…ディスク部
３１…動翼列
３１Ｆ…最終列の動翼列
３２…動翼
３２ａ…端部
３４…シュラウド
３５…プラットフォーム
４１…静翼列
４１Ｆ…最終列の静翼列
４２、４２Ｂ、４２Ｃ…静翼
４２ａ…腹面
４２ｂ…背面
４２ｍ…中間位置
４２ｓ…内側端
４２ｔ…外側端
４３…外側リング
４４…内側リング
４５…腹側部材
４６…背側部材
４７…空洞部
４７ｄ…第二空洞部
４７ｕ…第一空洞部
４８…第一側縁部
４８ａ…第一側凹部
４８ｂ…第一側凸部
４９…第二側縁部
４９ａ…第二側凸部
４９ｂ…第二側凹部
４９ｃ…翼端延出部
５０…連通孔
５５…隔壁
Ｄａ…軸方向
Ｄａｄ…第二側
Ｄａｕ…第一側
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｌ１…仮想線
Ｏ…軸線
Ｓ…蒸気

Claims

軸線を中心として回転するロータ軸と、
前記ロータ軸の径方向の外側に固定され、前記軸線に沿った軸方向に間隔をあけて配置された複数列の動翼列と、
前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆うように配置されたケーシングと、
前記ケーシングの前記径方向の内側に固定され、前記軸方向に間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列の各列に対して前記軸方向の第一側に配置された静翼列と、を備え、
前記静翼列は、
周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向に延びる静翼と、
環状で、複数の前記静翼の径方向の外側に配置された外側リングと、
環状で、複数の前記静翼の径方向の内側に配置された内側リングと、を備え、
前記複数列の静翼列のうち最も前記軸方向の第二側に配置された最終列の静翼列において、前記静翼の前記軸方向の第二側の第二側縁部が、
前記静翼の径方向の外側の外側端と径方向内側の内側端との中間位置に対して前記径方向内側に形成され、前記軸方向の第二側に湾曲して突出する第二側凸部と、
前記中間位置に対して前記径方向の外側に形成され、前記軸方向の第一側に湾曲して窪む第二側凹部と、を有するＳ字形状とされ、
前記静翼は、内部に空洞部が形成された中空構造とされ、
前記中間位置よりも径方向の外側に、前記静翼の腹側部材の外表面と前記空洞部とを連通する連通孔が形成され、
前記連通孔よりも前記軸方向の第一側に、前記空洞部を前記軸方向の第一側と第二側とに区画する隔壁が形成されている
蒸気タービン。
前記第二側凹部に対して前記径方向の外側に連続して形成され、前記軸方向の第二側に延びる翼端延出部、をさらに備える
請求項１に記載の蒸気タービン。
前記静翼の前記軸方向の第一側の第一側縁部が、
前記静翼の前記径方向内側に形成され、前記軸方向の第二側に湾曲して窪む第一側凹部と、
前記第一側凹部に対して前記径方向の外側に形成され、前記軸方向の第一側に湾曲して突出する窪む第一側凸部と、を有する
請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
前記連通孔は、前記静翼の前記軸方向の第一側の第一側縁部より、前記第二側縁部に近い位置にのみ形成されている
請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
前記静翼は、前記隔壁を境界として、前記連通孔を有する部品と、前記連通孔を有さない部品と、の分割構造を有する
請求項１から４の何れか一項に記載の蒸気タービン。