JP7372175B2

JP7372175B2 - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP7372175B2
Application number: JP2020029441A
Authority: JP
Inventors: 拓郎香田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: EP3872303A2; US20210262357A1; CN113374532A; EP3872303A3; CN113374532B; US11613997B2; JP2021134676A

Description

本開示は、蒸気タービンに関する。

例えば特許文献１に示すように、蒸気タービンは、軸線を中心として回転するロータと、このロータを覆うケーシングとを備えている。ロータは、軸線を中心として軸方向に延びるロータ軸と、ロータ軸の外周に固定されて軸方向に並ぶ複数列の動翼列と、を有する。蒸気タービンは、ケーシングの内周に固定され、複数列の動翼列の各列の上流側に配置されている静翼列を有する。

特開平９－２４２５０２号公報

ところで、蒸気タービンの動翼列の回転数を低くすると、ノズル出口における蒸気速度に対する動翼の周速度の比である速度比が小さくなる。すると、蒸気の反動度が低くなり、一組の静翼列及び動翼列の前後における蒸気の圧力差が小さくなる。反動度が０未満（マイナス）となると、静翼列及び動翼列の上流側の圧力が、下流側の圧力よりも低くなり、その結果、蒸気の逆流が生じてしまう。

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、動翼列の回転数が低くなっても、反動度が低下することを抑えて蒸気の逆流を抑えることが可能な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可能するロータ軸と、前記軸線を基準とする径方向における前記ロータ軸の外側に固定され、前記軸線の延びる軸方向に間隔をあけて複数配置された動翼列と、前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆い、内部に流体が流通可能な主流路が形成されたケーシングと、前記径方向における前記ケーシングの内側に固定され、複数の前記動翼列のそれぞれに対して前記軸方向の第一側に配置された複数の静翼列と、複数の前記動翼列の中で前記軸方向において最も第一側に配置された第一動翼列と、前記第一動翼列に対して前記軸方向の第二側に配置された第二静翼列との間に配置され、前記第一動翼列から前記第二静翼列に向かって前記流体を案内するガイド部材と、を備え、前記動翼列は、前記主流路に配置された複数の動翼本体と、各前記動翼本体に対応して、前記径方向における前記動翼本体の外側に配置されたシュラウドと、各前記動翼本体に対応して、前記径方向における前記動翼本体の内側に配置されたプラットフォームと、を備え、前記静翼列は、前記主流路に配置された複数の静翼と、前記径方向における前記静翼の外側に配置された環状の外側リングと、前記径方向における前記静翼の内側に配置された環状の内側リングと、を備え、前記軸線を中心とする周方向から見た際に、前記第二静翼列の前記内側リングの外周面が、前記第一動翼列の前記プラットフォームの外周面よりも前記径方向の内側に配置され、前記ガイド部材は、前記第一動翼列の前記シュラウドの外周面から前記第二静翼列の前記外側リングの内周面に向かうように、前記軸方向の第一側から第二側に向かうにしたがって前記径方向の内側に向かうように傾斜して延びるガイド面を有し、前記ガイド部材は、前記ケーシングとは別部材であって、筒状に形成され、前記第二静翼列の前記外側リングに固定され、前記第一動翼列に対して前記軸方向の上流側に配置された第一静翼列に対して離れて配置されている。

本開示の蒸気タービンによれば、動翼列の回転数が低くなっても、反動度が低下することを抑えて蒸気の逆流を抑えることが可能となる。

本開示の実施形態に係る蒸気タービンの上半部を示す断面図である。上記蒸気タービンの一段目と二段目の構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本開示による蒸気タービンを実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

（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１は、軸線Ａｒ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Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸線Ａｒ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Ａｒを中心とした軸芯部２２の周方向を単に周方向Ｄｃとする。また、軸方向Ｄａの第一側（一方側）Ｄａｕは、ケーシング１０内における蒸気（流体）Ｓの流れ方向の上流側である。軸方向Ｄａの第二側（他方側）Ｄａｄは、ケーシング１０内における蒸気Ｓの流れ方向の下流側である。

（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、ケーシング１０に対して、軸線Ａｒを中心として回転可能とされている。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Ａｒを中心として円柱状をなすように、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、軸芯部２２と一体に形成されている。

（動翼列の構成）
動翼列３１は、径方向Ｄｒにおいてロータ軸２１の外側Ｄｒｏに固定されている。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、７列設けられている。よって、本実施形態の場合、動翼列３１として、第１段から第７段の動翼列３１まで設けられている。

各列の動翼列３１は、周方向Ｄｃに間隔を空けて並ぶ複数の動翼３２を有している。図２に示すように、第１段及び第２段の動翼列３１を例に挙げると、動翼３２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。各動翼３２は、動翼本体３３と、シュラウド３４と、プラットフォーム３５と、を有している。

動翼本体３３は、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置されている。各動翼本体３３は、径方向Ｄｒに延びている。各動翼本体３３は、軸方向Ｄａから見て、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉから外側Ｄｒｏに向かって、周方向Ｄｃにおいてロータ２０の回転方向に傾いて延びている。各動翼本体３３は、軸方向Ｄａから見て、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの翼内端部３３ａと径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの翼外端部３３ｂとの間が、周方向Ｄｃにおいてロータ２０の回転方向に窪むように弓形に湾曲していてもよい。

シュラウド３４及びプラットフォーム３５は、各動翼本体３３に対応して配置されている。シュラウド３４は、径方向Ｄｒにおいて動翼本体３３の外側Ｄｒｏに配置されている。プラットフォーム３５は、径方向Ｄｒにおいて動翼本体３３の内側Ｄｒｉに配置されている。

シュラウド３４において径方向Ｄｒの内側を向く面であるシュラウド内周面３４１に、径方向Ｄｒにおける動翼本体３３の先端である翼外端部３３ｂが接続されている。プラットフォーム３５において径方向Ｄｒの外側を向く面であるプラットフォーム外周面３５１に、径方向Ｄｒにおける動翼本体３３の根本である翼内端部３３ａが接続されている。したがって、動翼本体３３は、シュラウド３４及びプラットフォーム３５にそれぞれ固定されている。シュラウド３４とプラットフォーム３５との間は、ケーシング１０内で蒸気Ｓが流れる蒸気主流路（主流路）１５の一部を形成している。したがって、動翼本体３３は、蒸気主流路１５に配置されている。蒸気主流路１５は、複数の動翼列３１及び静翼列４１に跨るように、ケーシング１０の内部を軸方向Ｄａに延びている。蒸気主流路１５は、ロータ２０の周りで環状をなしている。

（ケーシングの構成）
ケーシング１０は、ロータ軸２１及び複数の動翼列３１、すなわちロータ２０を覆うように設けられている。ケーシング１０内には、蒸気主流路１５が形成されている。径方向Ｄｒにおけるケーシング１０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。本実施形態の場合、静翼列４１の列数は、動翼列３１と同じ７列が設けられている。よって、本実施形態の場合、静翼列４１として、第１段から第７段の静翼列４１まで設けられている。複数の静翼列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に並んで配置されている。

（静翼列の構成）
図１及び図２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４６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、軸線Ａｒを中心とする環状に形成されている。外側リング４３は、径方向Ｄｒにおいて、複数の静翼４２の外側Ｄｒｏに配置されている。内側リング４６は、軸線Ａｒを中心とする環状に形成されている。内側リング４６は、径方向Ｄｒにおいて、複数の静翼４２の内側Ｄｒｉに配置されている。したがって、複数の静翼４２は、径方向Ｄｒにおいて、外側リング４３と内側リング４６との間に配置されている。外側リング４３において径方向Ｄｒの内側を向く面であるリング内周面４３１に、径方向Ｄｒにおける静翼４２の先端が接続されている。内側リング４６において径方向Ｄｒの外側を向く面であるリング外周面４６１に、径方向Ｄｒにおける静翼４２の根本が接続されている。したがって、静翼４２は、外側リング４３及び内側リング４６にそれぞれ固定されている。リング内周面４３１とリング外周面４６１との間の環状の空間は、蒸気主流路１５の一部を形成している。したがって、静翼４２は、蒸気主流路１５に配置されている。

（段の説明）
ここで、複数列の動翼列３１及び複数列の静翼列４１において、各動翼列３１と、この動翼列３１に対して第一側Ｄａｕに隣り合う静翼列４１との組を、段５０と称する。

蒸気タービン１において、軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する一段目の段５０を構成する第一静翼列４１Ａ及び第一動翼列３１Ａは、調速段５０ａを成す。調速段５０ａは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの段５０へ送られる蒸気Ｓの流れを調節してロータ２０の回転数を調整する。第一静翼列４１Ａは、複数の静翼列４１の中で軸方向Ｄａにおいて最も第一側Ｄａｕに配置されている。第一動翼列３１Ａは、第一静翼列４１Ａに対して、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに近接するように、並んで配置されている。したがって、第一動翼列３１Ａは、複数の動翼列３１の中で軸方向Ｄａにおいて最も第一側Ｄａｕに配置されている。

調速段５０ａと、調速段５０ａに対して第二側Ｄａｄに隣り合う第二の段５０ｂとは、軸方向Ｄａに所定寸法を有した空間部１８を隔てて配置されている。空間部１８は、蒸気主流路１５の一部を形成している。第二の段５０ｂは、第二静翼列４１Ｂ及び第二動翼列３１Ｂによって構成されている。第二静翼列４１Ｂは、第一動翼列３１Ａに対して、空間部１８を隔てて軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに配置されている。第二動翼列３１Ｂは、第二静翼列４１Ｂに対して、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに近接するように、並んで配置されている。

（一段目の動翼列と二段目の静翼列との位置関係）
図２に示すように、軸方向Ｄａに対して直交するように周方向Ｄｃから見た際に、第二の段５０ｂを構成する第二静翼列４１Ｂは、調速段５０ａを構成する第一動翼列３１Ａよりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。具体的には、周方向Ｄｃから見た際に、第二静翼列４１Ｂの内側リング４６の外周面であるリング外周面４６１は、第一動翼列３１Ａのプラットフォーム３５の外周面であるプラットフォーム外周面３５１よりも、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。

また、周方向Ｄｃから見た際に、第二静翼列４１Ｂの外側リング４３の内周面であるリング内周面４３１は、第一動翼列３１Ａのシュラウド３４の内周面であるシュラウド内周面３４１よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。さらに言えば、周方向Ｄｃから見た際に、第二静翼列４１Ｂのリング内周面４３１は、第一動翼列３１Ａの動翼本体３３の径方向Ｄｒにおける中間部３３ｃよりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されていることが好ましい。本開示の実施形態において、周方向Ｄｃから見た際に、第二静翼列４１Ｂのリング内周面４３１は、第一動翼列３１Ａのプラットフォーム３５の外周面であるプラットフォーム外周面３５１よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。

（ガイド部材の構成）
図２に示すように、ガイド部材６０は、第一動翼列３１Ａと第二静翼列４１Ｂとの間に配置されている。ガイド部材６０は、第一動翼列３１Ａから第二静翼列４１Ｂに向かって蒸気Ｓを案内する。本実施形態のガイド部材６０は、第二静翼列４１Ｂの外側リング４３に固定されている。ガイド部材６０は、筒状に形成されて外側リング４３から軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに向かって延びている。ガイド部材６０には、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向くガイド面６１が形成されている。

ガイド面６１は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄに向かうにしたがって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに向かうように傾斜して延びている。ガイド面６１は、シュラウド３４において径方向Ｄｒの外側を向く面であるシュラウド外周面３４２から第二静翼列４１Ｂのリング内周面４３１に向かうように、傾斜して延びている。これにより、ガイド部材６０の内径は、第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄに向かって漸次縮小している。したがって、第一動翼列３１Ａと第二静翼列４１Ｂとの間では、ガイド面６１とロータ軸２１の軸芯部２２の外周面との間に形成される円環状の空間部１８において、軸線Ａｒに直交する断面積（空間部１８の流路断面積）が、第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄに向かって漸次小さくなっている。なお、ガイド面６１は、軸方向Ｄａに沿った断面視で、第一側Ｄａｕの前端６１１から第二側Ｄａｄの後端６１２に向かって直線状に延びていてもよいし、湾曲していてもよい。

また、軸方向Ｄａにおけるガイド面６１の前端６１１は、第一動翼列３１Ａのシュラウド３４に対して、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。これにより、径方向Ｄｒから見て、ガイド面６１とシュラウド３４とが互いに重なり合っている。また、ガイド面６１の前端６１１とシュラウド３４とは、これらの間からの蒸気の漏れを抑えるため、径方向Ｄｒの間隔をなるべく小さくするのが好ましい。軸方向Ｄａにおけるガイド面６１の前端６１１は、第一動翼列３１Ａのシュラウド３４に対して、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。軸方向Ｄａにおけるガイド面６１の後端６１２は、第二静翼列４１Ｂのリング内周面４３１に対して、径方向Ｄｒの位置が同じ位置に配置されている。

（一段目の二段目への蒸気の流れ）
第一静翼列４１Ａの外側リング４３と内側リング４６との間、及び第一動翼列３１Ａの各動翼３２のシュラウド３４とプラットフォーム３５との間を通り抜けた蒸気Ｓは、ガイド部材６０のガイド面６１によって、第二側Ｄａｄに向かうにしたがって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに向かうように流れる。その後、第二静翼列４１Ｂに到達した蒸気Ｓは、第二静翼列４１Ｂの外側リング４３と内側リング４６との間、及び第二動翼列３１Ｂの各動翼３２のシュラウド３４とプラットフォーム３５との間を通り抜ける。

ここで、反動度について説明する。
反動度Ｒとは、段５０における熱落差に対する段５０中の動翼３２における熱落差の比である。言い換えると、反動度Ｒとは、段５０あたりの全エンタルピーの変化量中で、動翼３２での静エンタルピーの変化量が占める割合である。若しくは、反動度とは、段５０における圧力差に対する段５０中の動翼３２における圧力差の比である。

したがって、第二の段５０ｂにおける反動度Ｒは、第二静翼列４１Ｂの上流側における蒸気Ｓの圧力をＰ１、第二静翼列４１Ｂの下流側かつ第二動翼列３１Ｂの上流側における蒸気Ｓの圧力をＰ２、及び第二動翼列３１Ｂの下流側における圧力をＰ３とした場合、以下の式で表される。
Ｒ＝（Ｐ２－Ｐ３）／（Ｐ１－Ｐ３）

なお、反動度が０の場合、動翼３２での圧力変化がない。一方、反動度が０でない場合、動翼３２での圧力降下がある一方で動翼３２での蒸気Ｓの流速上昇がある。このため、反動度が０でない場合、蒸気Ｓは動翼３２の通過過程で膨張する。この膨張により生じた反動力が動翼３２に作用する。反動度が０の場合には、蒸気Ｓの衝動作用のみ動翼３２に対する蒸気Ｓの仕事になるが、反動度が０でない場合、蒸気Ｓの衝動作用の他に反動作用が動翼３２に対する蒸気の仕事になる。よって、反動度が大きいほど、基本的に翼素性能が高いことになる。

各列の動翼列３１において、動翼列３１がロータ軸２１とともに軸線Ａｒ周りに回転することで、動翼列３１の下流側における蒸気Ｓの流れには径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの遠心力が作用している。このため、各静翼４２においては、蒸気Ｓの流れが径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの外側リング４３に近い位置に偏りやすい。これに対し、第一動翼列３１Ａを通過した蒸気Ｓは、ガイド部材６０のガイド面６１に案内されることで、第二静翼列４１Ｂにおいて径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの内側リング４６に向かって流れる。これにより、静翼４２において、蒸気Ｓの流れが、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの外側リング４３付近に偏ることが抑えられる。その結果、静翼４２において、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの内側リング４６付近における蒸気Ｓの圧力を高めることが可能となる。このようにして、第二静翼列４１Ｂにおける静翼４２の内側リング４６付近の蒸気Ｓの圧力を高めることで、反動度Ｒの低下を抑えることができる。

（作用効果）
上記構成の蒸気タービン１では、第一動翼列３１Ａを通過した蒸気Ｓは、ガイド部材６０のガイド面６１に案内されることで、第二静翼列４１Ｂの静翼４２の内側リング４６付近に送り込まれる。その結果、静翼４２の内側リング４６付近での蒸気Ｓの圧力が高まる。これにより、第二静翼列４１Ｂ及び第二動翼列３１Ｂの上流側と下流側との圧力差を増大させることができる。したがって、第一動翼列３１Ａの回転数が低くなっても、反動度が低下するのを抑えて蒸気Ｓの逆流を抑えることが可能となる。

また、最も軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに位置する、いわゆる調速段５０ａである第一動翼列３１Ａと、その下流側に位置する第二静翼列４１Ｂとの間で、蒸気Ｓの流れを径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内することで、調速段５０ａの動翼列３１の回転数が低くなっても、反動度が低下するのを抑えて蒸気Ｓの逆流を抑えることが可能となる。

また、ガイド部材６０の前端６１１が、第一動翼列３１Ａのシュラウド３４の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。これにより、第一動翼列３１Ａから下流側に流れ出た蒸気が、シュラウド３４の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漏れ出ることが抑えられる。その結果、第二静翼列４１Ｂに効率良く蒸気を案内することができる。

また、ガイド面６１によって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内された蒸気Ｓの流れは、第一動翼列３１Ａのシュラウド３４よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された第二静翼列４１Ｂの外側リング４３の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内される。これにより、第二静翼列４１Ｂにおける蒸気Ｓの圧力を確実に高めることができる。

さらに、ガイド面６１によって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内された蒸気Ｓの流れは、第一動翼列３１Ａの動翼本体３３の径方向Ｄｒにおける中間部よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された第二静翼列４１Ｂの外側リング４３の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内される。これにより、第二静翼列４１Ｂにおける蒸気Ｓの圧力をさらに確実に高めることができる。

加えて、ガイド面６１によって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内された蒸気Ｓの流れは、第一動翼列３１Ａのプラットフォーム外周面３５１よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された第二静翼列４１Ｂの外側リング４３のリング内周面４３１の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内される。これにより、第二静翼列４１Ｂにおける蒸気Ｓの圧力をより一層に高めることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、ガイド部材６０は、第一動翼列３１Ａから第二静翼列４１Ｂに向かって蒸気Ｓを案内する構造であればよい。したがって、ガイド部材６０は、第二静翼列４１Ｂの外側リング４３に固定されていることに限定されるものではない。例えば、ガイド部材６０は、ケーシング１０に固定されていてもよい。

また、蒸気タービン１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＞
実施形態に記載の蒸気タービン１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１は、軸線Ａｒを中心として回転可能するロータ軸２１と、前記軸線Ａｒを基準とする径方向Ｄｒにおける前記ロータ軸２１の外側Ｄｒｏに固定され、前記軸線Ａｒの延びる軸方向Ｄａに間隔をあけて複数配置された動翼列３１と、前記ロータ軸２１及び複数の前記動翼列３１を覆い、内部に流体が流通可能な主流路が形成されたケーシング１０と、前記径方向Ｄｒにおける前記ケーシング１０の内側Ｄｒｉに固定され、複数の前記動翼列３１のそれぞれに対して前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに配置された複数の静翼列４１と、複数の前記動翼列３１の中で前記軸方向Ｄａにおいて最も第一側Ｄａｕに配置された第一動翼列３１Ａと、前記第一動翼列３１Ａに対して前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに配置された第二静翼列４１Ｂとの間に配置され、前記第一動翼列３１Ａから前記第二静翼列４１Ｂに向かって前記流体を案内するガイド部材６０と、を備え、前記動翼列３１は、前記主流路に配置された複数の動翼本体３３と、各前記動翼本体３３に対応して、前記径方向Ｄｒにおける前記動翼本体３３の外側Ｄｒｏに配置されたシュラウド３４と、各前記動翼本体３３に対応して、前記径方向Ｄｒにおける前記動翼本体３３の内側Ｄｒｉに配置されたプラットフォーム３５と、を備え、前記静翼列４１は、前記主流路に配置された複数の静翼４２と、前記径方向Ｄｒにおける前記静翼４２の外側Ｄｒｏに配置された環状の外側リング４３と、前記径方向Ｄｒにおける前記静翼４２の内側Ｄｒｉに配置された環状の内側リング４６と、を備え、前記周方向Ｄｃから見た際に、前記第二静翼列４１Ｂの前記内側リング４６の外周面が、前記第一動翼列３１Ａの前記プラットフォーム３５の外周面よりも前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置され、前記ガイド部材６０は、前記第一動翼列３１Ａの前記シュラウド３４の外周面から前記第二静翼列４１Ｂの前記外側リング４３の内周面に向かうように、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄに向かうにしたがって前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに向かうように傾斜して延びるガイド面６１を有する。

この蒸気タービン１において、第一動翼列３１Ａを通過した蒸気Ｓは、ガイド部材６０のガイド面６１に案内されることで、第二静翼列４１Ｂの静翼４２の内側リング４６付近に送り込まれる。その結果、静翼４２の内側リング４６付近での蒸気Ｓの圧力が高まる。これにより、第二静翼列４１Ｂ及び第二動翼列３１Ｂの上流側と下流側との圧力差を増大させることができる。したがって、第一動翼列３１Ａの回転数が低くなっても、反動度が低下するのを抑えて蒸気Ｓの逆流を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１は、（１）の蒸気タービン１であって、前記軸方向Ｄａにおける前記ガイド面６１の第一側Ｄａｕの前端は、前記第一動翼列３１Ａの前記シュラウド３４に対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。

これにより、第一動翼列３１Ａから下流側に流れ出た蒸気が、シュラウド３４の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漏れ出ることが抑えられる。その結果、第二静翼列４１Ｂに効率良く蒸気を案内することができる。

（３）第３の態様に係る蒸気タービン１は、（１）又は（２）の蒸気タービン１であって、前記第二静翼列４１Ｂの前記外側リング４３の内周面が、第一動翼列３１Ａの前記シュラウド３４に対して前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。

これにより、ガイド面６１によって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内された蒸気Ｓの流れは、第一動翼列３１Ａのシュラウド３４よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された第二静翼列４１Ｂの外側リング４３の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内される。これにより、第二静翼列４１Ｂにおける蒸気Ｓの圧力を確実に高めることができる。

（４）第４の態様に係る蒸気タービン１は、（３）の蒸気タービン１であって、前記第二静翼列４１Ｂの前記外側リング４３の前記内周面が、第一動翼列３１Ａの前記動翼本体３３の前記径方向Ｄｒにおける中間部よりも前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。

これにより、ガイド面６１によって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内された蒸気Ｓの流れは、第一動翼列３１Ａの動翼本体３３の径方向Ｄｒにおける中間部よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された第二静翼列４１Ｂの外側リング４３の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内される。これにより、第二静翼列４１Ｂにおける蒸気Ｓの圧力をさらに確実に高めることができる。

（５）第６の態様に係る蒸気タービン１は、（４）の蒸気タービン１であって、前記第二静翼列４１Ｂの前記外側リング４３の前記内周面が、第一動翼列３１Ａの前記プラットフォーム３５の前記外周面よりも前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。

これにより、ガイド面６１によって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内された蒸気Ｓの流れは、第一動翼列３１Ａの外周面よりも径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された第二静翼列４１Ｂの外側リング４３の内周面の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに案内される。これにより、第二静翼列４１Ｂにおける蒸気Ｓの圧力をより一層に高めることができる。

１…蒸気タービン
１０…ケーシング
１５…蒸気主流路（主流路）
１８…空間部
２０…ロータ
２１…ロータ軸
２２…軸芯部
２３…ディスク部
３１…動翼列
３１Ａ…第一動翼列
３１Ｂ…第二動翼列
３２…動翼
３３…動翼本体
３３ａ…翼内端部
３３ｂ…翼外端部
３３ｃ…中間部
３４…シュラウド
３４１…シュラウド内周面
３４２…シュラウド外周面
３５…プラットフォーム
３５１…プラットフォーム外周面
４１…静翼列
４１Ａ…第一静翼列
４１Ｂ…第二静翼列
４２…静翼
４３…外側リング
４３１…リング内周面
４６…内側リング
４６１…リング外周面
５０…段
５０ａ…調速段
５０ｂ…第二の段
６０…ガイド部材
６１…ガイド面
６１１…前端
６１２…後端
Ａｒ…軸線
Ｄａ…軸方向
Ｄａｕ…第一側
Ｄａｄ…第二側
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｐ１…圧力
Ｐ２…圧力
Ｒ…反動度
Ｓ…蒸気

Claims

軸線を中心として回転可能するロータ軸と、
前記軸線を基準とする径方向における前記ロータ軸の外側に固定され、前記軸線の延びる軸方向に間隔をあけて複数配置された動翼列と、
前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆い、内部に流体が流通可能な主流路が形成されたケーシングと、
前記径方向における前記ケーシングの内側に固定され、複数の前記動翼列のそれぞれに対して前記軸方向の第一側に配置された複数の静翼列と、
複数の前記動翼列の中で前記軸方向において最も第一側に配置された第一動翼列と、前記第一動翼列に対して前記軸方向の第二側に配置された第二静翼列との間に配置され、前記第一動翼列から前記第二静翼列に向かって前記流体を案内するガイド部材と、を備え、
前記動翼列は、
前記主流路に配置された複数の動翼本体と、
各前記動翼本体に対応して、前記径方向における前記動翼本体の外側に配置されたシュラウドと、
各前記動翼本体に対応して、前記径方向における前記動翼本体の内側に配置されたプラットフォームと、を備え、
前記静翼列は、
前記主流路に配置された複数の静翼と、
前記径方向における前記静翼の外側に配置された環状の外側リングと、
前記径方向における前記静翼の内側に配置された環状の内側リングと、を備え、
前記軸線を中心とする周方向から見た際に、前記第二静翼列の前記内側リングの外周面が、前記第一動翼列の前記プラットフォームの外周面よりも前記径方向の内側に配置され、
前記ガイド部材は、前記第一動翼列の前記シュラウドの外周面から前記第二静翼列の前記外側リングの内周面に向かうように、前記軸方向の第一側から第二側に向かうにしたがって前記径方向の内側に向かうように傾斜して延びるガイド面を有し、
前記ガイド部材は、前記ケーシングとは別部材であって、筒状に形成され、前記第二静翼列の前記外側リングに固定され、前記第一動翼列に対して前記軸方向の上流側に配置された第一静翼列に対して離れて配置されている蒸気タービン。
前記軸方向における前記ガイド面の第一側の前端は、前記第一動翼列の前記シュラウドに対して前記径方向の外側に配置されている請求項１に記載の蒸気タービン。
前記第二静翼列の前記外側リングの内周面は、前記第一動翼列の前記シュラウドの内周面よりも前記径方向の内側に配置されている請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン。
前記第二静翼列の前記外側リングの内周面は、前記径方向において、前記第一動翼列の前記動翼本体の前記径方向における中間部よりも内側に配置されている請求項３に記載の蒸気タービン。
前記第二静翼列の前記外側リングの内周面は、前記第一動翼列の前記プラットフォームの外周面よりも前記径方向の内側に配置されている請求項４に記載の蒸気タービン。