CN112211679B - 蒸汽轮机、蒸汽轮机用静叶片及其加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供蒸汽轮机用静叶片、蒸汽轮机及蒸汽轮机用静叶片的加热方法，提出了对于由于壁面凝结而产生于静叶片面的粗大液滴也有效的对策。一实施方式的蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将上述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，上述第一中空部构成为能够被供给流体或者成为封闭空间，并且在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝。

Description

蒸汽轮机、蒸汽轮机用静叶片及其加热方法
技术领域
本公开涉及蒸汽轮机用静叶片、具备该蒸汽轮机用静叶片的蒸汽轮机及设于该蒸汽轮机的该蒸汽轮机用静叶片的加热方法。
背景技术
在以气液二相状态工作的蒸汽轮机中，由于从叶片面产生的粗大液滴的存在而产生的湿损失及腐蚀成为问题。作为成为其根源的粗大液滴生成的机理，以往认为是因为由液滴所具有的惯性力引起的对叶片面的惯性附着和由叶片面边界层内紊流扩散引起的液滴的紊流堆积，但除此以外，还认为在相对于蒸汽相对温度低的壁面产生的壁面凝结成为主要因素。
以往，作为静叶片面上的粗大液滴抑制对策，提出了在静叶片的内部形成中空部并且在叶片面上形成与该中空部连通的狭缝，将由聚集于叶片面的粗大液滴形成的液膜从该狭缝向静叶片的内部吸引的方法(参照专利文献1)和使高温流体在该中空部流动而对叶片面进行加热，来使附着于叶片面的液滴蒸发的方法(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2014-25443号公报
专利文献2：日本特开2019-44728号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述对策可成为当在上游侧涡轮机级的静叶片产生的液滴附着于下游侧的静叶片面的情况下的对策，对于任一级都可能产生的壁面凝结不是有效的对策。
本公开是鉴于上述问题点而作出，目的在于提出对于由于上述壁面凝结而产生于静叶片面的粗大液滴也有效的对策。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本公开的蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将上述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，上述第一中空部构成为能够被供给流体，并且在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝
另外，本公开的蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将上述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，上述第一中空部构成为封闭空间，并且在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝。
另外，本公开的蒸汽轮机具备涡轮机级，上述涡轮机级包含多个静叶片配置于涡轮机转子的周围而成的静叶片列及在上述静叶片列的工作流体流动方向下游侧处多个动叶片设于上述涡轮机转子的周围而成的动叶片列，构成上述静叶片列的上述多个静叶片中的至少一部分由上述蒸汽轮机用静叶片构成。
另外，本公开的蒸汽轮机用静叶片的加热方法包含：将蒸汽轮机用静叶片配置于蒸汽轮机的蒸汽流路的前工序；及向第一中空部供给加热流体的加热工序，其中，上述蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将上述中空部分隔成位于前缘侧的上述第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝。
发明效果
根据本公开的蒸汽轮机用静叶片、蒸汽轮机及该蒸汽轮机用静叶片的加热方法，能够抑制静叶片面上的壁面凝结等引起的粗大液滴的产生。因此，能够抑制湿损失和动叶片的腐蚀。
附图说明
图1是一实施方式的蒸汽轮机的示意性的纵剖视图。
图2是一实施方式的静叶片的立体图。
图3是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图4是表示静叶片周围的静态温度分布的温度分布图。
图5是表示静叶片周围的主蒸汽温度的线图。
图6是一实施方式的静叶片的立体图。
图7是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图8是一实施方式的静叶片的立体图。
图9是一实施方式的静叶片的局部放大横剖视图。
图10是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图11是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图12是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图13是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图14是一实施方式的静叶片的横剖视图。
图15是一实施方式的静叶片的局部放大横剖视图。
图16是表示一实施方式的静叶片的加热方法的工序图。
图17是表示在静叶片面上形成粗大液滴的机理的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本公开的几个实施方式进行说明。但是，记载于这些实施方式或者附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等不是旨在将本公开的范围限定于此，只不过是单纯的说明例。
例如，“在某个方向上”、“沿着某个方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或者绝对的配置的表述不仅严格地表示这样的配置，还表示以公或可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均等”等表示事物相等的状态的表述不仅严格地表示相等的状态，还表示存在公差或可得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形状或圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上精确的意思的四边形状或圆筒形状等形状，还表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，“备有”、“具有”、“具备”、“包含”或者“有”一个构成要素这样的表述不是排除其他构成要素的存在的排他性的表述。
＜第一实施方式＞
＜蒸汽轮机的结构＞
图1是表示一实施方式的蒸汽轮机10的示意性的纵剖视图。本实施方式的蒸汽轮机10是低压涡轮机。蒸汽轮机10具备外壳12和在外壳12的内部由轴承14支撑为旋转自如的涡轮机转子16。轴承14由径向轴承14(14a)和推力轴承14(14b)构成。外壳12的内部空间被气密地密封，在该内部空间中形成有主蒸汽St的流路。在外壳12上，在主蒸汽流路的上游侧部分设有蒸汽入口部18，在主蒸汽流路的下游侧部分设有将在外壳12的内部流动的主蒸汽St向外部排出的蒸汽出口部20。
在外壳12的内部具备由多个静叶片列22和多个动叶片列24构成的涡轮机级，静叶片列22及动叶片列24沿着主蒸汽St的流动方向交替地配置于主蒸汽流路。各静叶片列22由配置于涡轮机转子16周围的多个静叶片构成，上述多个静叶片安装于外壳12侧。各动叶片列24由配置于涡轮机转子16周围的多个动叶片构成，上述多个动叶片安装于涡轮机转子16。
当从蒸汽入口部18供给了主蒸汽St且主蒸汽St在蒸汽流路流动时，主蒸汽St在构成静叶片列22的多个静叶片之间通过而被整流，整流后的主蒸汽St经由构成在静叶片列22的下游侧配置的动叶片列24的动叶片而驱动涡轮机转子16旋转。
图17是对在静叶片面形成粗大液滴的机理进行说明的图。包含微小液滴Wm的湿蒸汽St0由于惯性力而附着于静叶片100。另外，在腹侧面100a的下游侧或者背侧面100b的上游侧的叶片面区域R2由于边界层内紊流扩散而引起微小液滴Wm的叶片面紊流堆积。此外，在静叶片100的腹侧面100a的上游侧叶片面区域R1产生壁面凝结。聚集于这些叶片面的液滴成为液膜并向下游方向流动，从静叶片100的后缘向下游侧成为粗大液滴Wc而飞散，引起湿损失和动叶片的腐蚀。
＜静叶片的结构＞
＜第一实施方式＞
以下，基于图2～图9对几个实施方式的静叶片的结构进行说明。图2～图9所示的静叶片30(30A、30B、30C、30D)例如设置于蒸汽流路的下游侧，并具有包含凹面状的腹侧隔壁32和凸面状的背侧隔壁34的叶片形截面。静叶片30(30A～30D)的叶片主体在腹侧隔壁32的内表面与背侧隔壁34的内表面之间形成有中空部，该中空部被分隔壁36(第一分隔壁)分隔成位于前缘侧的中空部38(第一中空部)和位于后缘侧的中空部40(第二中空部)。中空部38构成为能够被供给加热流体。此外，形成有在腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方开口并与中空部40连通的狭缝42。
根据上述实施方式，在蒸汽轮机10的运转中，向中空部38供给加热流体，对前缘侧静叶片面进行加热，从而能够抑制由于壁面凝结等而产生于静叶片面的粗大液滴Wc。另外，附着于静叶片面的粗大液滴Wc从狭缝42流入中空部40，从静叶片面被去除。由此，能够抑制粗大液滴Wc从静叶片后缘向下游侧的飞散，因此能够抑制飞散的粗大液滴引起的湿损失和动叶片的腐蚀。
在一实施方式中，作为向中空部38供给的加热流体，使用在比静叶片30所配置的蒸汽流路的位置靠上游侧处流动的主蒸汽St的一部分。例如，如图1所示，设有与上游侧蒸汽流路和静叶片30(30A～30D)的中空部38连通的高温蒸汽导入管26，上游侧的高温蒸汽经由高温蒸汽导入管26而向中空部38供给。
另外，在其他实施方式中，通过使中空部40成为负压，而经由狭缝42向中空部40吸引静叶片面上的粗大液滴Wc。在该情况下，例如，中空部40构成为与在蒸汽流路的下游侧设置的冷凝器(未图示)的内部连通。由此，能够使中空部40成为与该冷凝器的内部同等的负压。能够通过使中空部40成为负压，而经由狭缝42向中空部40吸引产生于静叶片面上的粗大液滴Wc。
图4表示静叶片周围的主蒸汽St的静态温度分布(中间截面)，图5相同地表示静叶片周围的主蒸汽St的静态温度及静叶片面的温度分布。如图4及图5所示，在成为叶片面温度≤主蒸汽温度的叶片面区域R3产生壁面凝结，在成为主蒸汽温度＜叶片面温度的叶片面区域R4不产生壁面凝结。本发明人等得到了以下见解：虽然由于静叶片的配置及横截面形状而存在个体差，但从前缘向后缘侧扩张的壁面凝结产生区域总体上腹侧面比背侧面更向后缘侧较大地扩张。
如图3所示，在静叶片30(30A～30D)中，在叶片形截面的内侧与叶片面区域R3对应地配置中空部38，并与叶片面区域R4对应地配置中空部40。并且，能够通过向中空部38供给加热流体，而在叶片面区域R3的整个区域抑制产生于叶片面区域R3的壁面凝结。另外，在中空部40中，为了从狭缝42吸引主蒸汽St，需要使中空部40比主蒸汽St低压。湿蒸汽伴随着压力的下降而饱和温度下降，因此中空部40的流体温度相对于主蒸汽St下降。即便中空部40的流体温度下降，也不在叶片面区域R4产生壁面凝结，因此没有使壁面凝结增加的担忧。另外，不加热没有壁面凝结的叶片面区域R4的整个区域，因此不会导致热效率的下降。
在静叶片30(30A～30D)中，构成为分隔壁36与背侧隔壁34之间的连接部即背侧连接部48位于比分隔壁36与腹侧隔壁32之间的连接部即腹侧连接部50靠近前缘的位置。由此，能够在产生壁面凝结的叶片面区域R3形成中空部38，在不产生壁面凝结的叶片面区域R4配置中空部40。
在本实施方式中，如图3所示，分隔壁36能够构成为相对于叶片形截面的中弧线Ca(连结距腹侧面及背侧面等距离的位置的线)倾斜的直线状的形状。由此，能够简化分隔壁36的结构。
在一实施方式中，如图3所示，构成为，在将中弧线Ca上的前缘44的位置设为0％位置、将后缘46的位置设为100％位置、将中弧线Ca与通过背侧连接部48且垂直于中弧线Ca的垂线P1的交点的位置设为A％位置、将中弧线Ca与通过腹侧连接部50且垂直于中弧线Ca的垂线P2的交点的位置设为B％位置的情况下，满足B-A＞10％的关系。由此，能够使分隔壁36的背侧连接部48位于比腹侧连接部50接近前缘44的位置，同时，能够与产生壁面凝结的叶片面区域R3对应地形成中空部38，与不产生壁面凝结的叶片面区域R4对应地形成中空部40。
在一实施方式中，基于图5，使A％位置为30～60％，使B％位置为50～80％。由此，能够在产生壁面凝结的区域发挥其抑制效果。
＜第二实施方式＞
如图6所示，一实施方式的静叶片30(30B)还具备分隔壁52(第二分隔壁)，上述分隔壁52将中空部38分隔成接近腹侧隔壁32的腹侧空间S1和接近背侧隔壁34的背侧空间S2。并且，构成为腹侧空间S1成为加热流体Fh的去路，背侧空间S2成为加热流体Fh的归路。
对于静叶片周围的主蒸汽St的温度而言，主蒸汽St直接接触的腹侧面高于背侧面。因此，当使加热流体Fh均匀地流过中空部38时，背侧隔壁34被过度地加热，这成为热效率下降的主要原因。根据本实施方式，由于使腹侧空间S1为加热流体Fh的去路，使背侧空间S2为加热流体Fh的归路，所以与比背侧空间S2相比向腹侧空间S1流动更高温的加热流体Fh。由此，能够使腹侧面的温度比背侧面高，因此能够高效地抑制叶片面区域R3中的壁面凝结，并且抑制背侧隔壁34的过度加热，因此能够抑制热效率的下降。
在一实施方式中，如图1及图6所示，构成为加热流体Fh从外壳12侧(静叶片根部侧)向腹侧空间S1供给，在静叶片30(30B)的叶片端侧进行掉头，而向背侧空间S2流入。静叶片30(30B)在叶片端部处固定于内周侧隔膜(未图示)等支撑部。在该叶片端部处使分隔壁52的端部向叶片根部侧缩短，从而能够将加热流体Fh的流路形成于静叶片30(30B)叶片主体的内部。由此，不需要在内周侧隔膜的内部形成加热流体Fh的流路，能够简化内周侧隔膜的结构。
＜第三实施方式＞
如图7所示，一实施方式的静叶片30(30C)构成为形成中空部38的背侧隔壁34的壁厚t1大于形成中空部38的腹侧隔壁32的壁厚t2。由此，能够使从加热流体Fh向背侧面传递的热量比向腹侧面传递的热量减少。因此，能够抑制背侧面的过度加热，抑制热效率的下降。
在一实施方式中，如图7所示，也可以构成为在背侧隔壁34的内表面设有由与背侧隔壁34不同的材料构成的填充件54，背侧隔壁34及填充件54的合计壁厚t1大于腹侧隔壁32的壁厚t2。根据该实施方式，能够通过选择具有所希望的热传导率的填充件54，而将加热流体Fh向背侧面的热传导量控制为所希望的值。
＜第四实施方式＞
如图8及图9所示，一实施方式的静叶片30(30D)在形成中空部38的腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方的外表面形成有凹凸56。通过形成凹凸56，来能够增加腹侧隔壁32或者背侧隔壁34的表面积，因此能够增加在腹侧面或者背侧面形成的粗大液滴Wc的蒸发量。由此，能够减少从静叶片后缘向下游侧飞散的粗大液滴Wc的量。
在图8及图9所示的实施方式中，凹凸56由沿着叶片主体的叶片高度方向(从叶片根部朝向叶片端部的方向)呈直线状地延伸的数条凹凸构成。该凹凸形成于属于在内部形成有中空部38的叶片面区域R3的腹侧隔壁32的外表面形成。这样，将凹凸56形成于属于壁面凝结较多的叶片面区域R3的腹侧隔壁32的外表面，并且各凹部具有四边形截面，因此能够增加粗大液滴Wc的存积量。因此，能够由凹凸56获取大量的粗大液滴Wc来增加蒸发量。另外，凹凸在叶片高度方向上遍及叶片高度整体地延伸，因此能够由凹凸获取沿着腹侧面从前缘侧向后缘侧移动的全部量的粗大液滴Wc。
＜第五实施方式＞
如图10～图12所示，几个实施方式的静叶片30(30E、30F、30G)例如在形成于外壳12的内部的蒸汽流路的下游侧设置，并具有包含凹面状的腹侧隔壁32和凸面状的背侧隔壁34的叶片形截面。静叶片30(30E～30G)的叶片主体在腹侧隔壁32的内表面与背侧隔壁34的内表面之间形成有中空部，该中空部被分隔壁36(第一分隔壁)分隔成位于前缘侧的中空部38(第一中空部)和位于后缘侧的中空部40(第二中空部)。中空部38构成为封闭空间，并形成有在腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方开口，且与中空部40连通的狭缝42。
根据这些实施方式，使中空部38成为封闭空间，从而能够通过封入于中空部38的气体的保有热量来抑制形成于静叶片面的粗大液滴Wc和液膜。另外，附着于静叶片面的粗大液滴Wc从狭缝42流入中空部40，从静叶片面被去除。并且，通过封入于中空部38的气体的隔热作用，抑制了腹侧隔壁32与背侧隔壁34之间的热传递，因此能够将腹侧隔壁32保持为比背侧隔壁34高温。由此，能够抑制在腹侧面具有较大的区域的叶片面区域R3的壁面凝结，并且能够抑制背侧隔壁34的过度加热，能够抑制热效率的下降。另外，与静叶片30(30A～30D)相比，不需要供给加热流体Fh，仅向中空部38封入气体即可，因此能够省去用于向中空部38供给加热流体Fh的结构。
封入于中空部38的气体使用例如空气，但除了空气以外也可以是例如非活性气体。另外，为了防止对叶片主体的腹侧隔壁32及背侧隔壁34附加多余的负载，使封入气体的压力与主蒸汽St的压力等同较佳。
在一实施方式中，静叶片30(30E～30G)具备与静叶片30(30A～30D)相同结构的分隔壁36。
＜第六实施方式＞
如图11所示，一实施方式的静叶片30(30F)在形成中空部38的腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方的内表面形成隔热膜60(第一中空部侧隔热膜)。根据本实施方式，具备隔热膜60，因此能够提高腹侧隔壁32与背侧隔壁34之间的热传递抑制效果。由此，通过在腹侧面与背侧面之间产生温度差，从而能够抑制叶片面区域R3较大的腹侧隔壁32上的壁面凝结，并且能够抑制背侧隔壁34的过度加热，能够抑制热效率的下降。
在图11所示的实施方式中，隔热膜60在形成中空部38的腹侧隔壁32及背侧隔壁34的内表面整个面设置，因此能够进一步提高腹侧隔壁32与背侧隔壁34之间的隔热效果。另外，隔热膜60也设于划分出中空部38的分隔壁36的壁面，因此能够抑制加热流体Fh的保有热量经由分隔壁36而向低温的中空部40的传递。
＜第七实施方式＞
如图12所示，一实施方式的蒸汽轮机用静叶片30(30G)在腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方的外表面形成有外表面侧隔热膜62。根据本实施方式，能够通过外表面侧隔热膜62来抑制叶片面附近上的热移动。由此，能够抑制叶片面侧对于叶片面周围的湿蒸汽St0的冷却作用，因此能够抑制壁面凝结。
在图12所示的实施方式中，除了狭缝42的开口以外，静叶片面的整个区域形成有外表面侧隔热膜62。由此，能够在静叶片面整个面抑制叶片面附近上的热移动，并且能够抑制形成有中空部40的区域的腹侧隔壁32的温度下降，因此能够抑制该区域中的壁面凝结。另外，也可以仅在形成中空部38的腹侧隔壁32及背侧隔壁34的外表面形成外表面侧隔热膜62。由此，能够抑制形成有中空部38的腹侧隔壁32及背侧隔壁34上的热移动，因此能够抑制该区域的壁面凝结。
另外，隔热膜60、外表面侧隔热膜62及后述的隔热膜64及66例如由具有隔热性的隔热片或者具有隔热性的隔热涂层构成。
＜第八实施方式＞
为了从狭缝42吸引粗大液滴Wc或液膜，中空部40比主蒸汽低压。湿蒸汽由于随着压力的下降而饱和温度下降，因此中空部40的流体温度相对于主蒸汽下降。如图13所示，一实施方式的静叶片30(30H)在形成中空部40的腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方的内表面形成有隔热膜64(第二中空部侧隔热膜)。由此，能够抑制静叶片面由于与中空部40之间的热传导而被冷却，因此能够抑制静叶片面(特别是腹侧隔壁32的外表面)的壁面凝结。
在图13所示的实施方式中，在形成中空部40的腹侧隔壁32及背侧隔壁34这两方的内表面形成有隔热膜64，因此能够在腹侧隔壁32及背侧隔壁34这两方处抑制静叶片面由于与中空部40之间的热传导而被冷却。由此，能够抑制叶片面整个面的壁面凝结。
另外，应用于静叶片30(30H)的隔热膜64能够分别应用于图2～图12所示的静叶片30(30A～30G)。
＜第九实施方式＞
如图14所示，在一实施方式的静叶片30(30I)中，形成中空部40的腹侧隔壁32的壁厚t3大于形成中空部40的背侧隔壁34的壁厚t4。由此，能够抑制中空部40的低温的流体温度向腹侧隔壁32传递，因此能够减少由于壁面凝结而产生的粗大液滴量。
在一实施方式中，设为t3≥1.5t4。由此，能够提高腹侧隔壁32与中空部40之间的导热抑制效果。
另外，应用于静叶片30(30I)的隔壁的结构能够分别应用于图2～图13所示的静叶片30(30A～30H)。
＜第十实施方式＞
在一实施方式中，如图15所示，在形成有狭缝42的腹侧隔壁32或者背侧隔壁34的狭缝相向面42a上形成有隔热膜66(狭缝隔热膜)。通过形成隔热膜66，而能够抑制狭缝相向面42a上的粗大液滴与腹侧隔壁32或者背侧隔壁34之间的热传导，由此，能够抑制在狭缝相向面42a处壁面凝结加速。
在图15所示的实施方式中，狭缝42形成于液滴的惯性附着较多地产生的腹侧隔壁32。在腹侧隔壁32的外表面32a产生的粗大液滴Wc向狭缝42流入之际，隔热膜66抑制狭缝相向面42a处粗大液滴Wc与腹侧隔壁32之间的热传导，从而能够抑制壁面凝结的加速。
＜蒸汽轮机用静叶片的加热方法＞
如图16所示，一实施方式的蒸汽轮机用静叶片的加热方法，作为前工序S10，将静叶片配置于蒸汽轮机10的蒸汽流路，该静叶片如静叶片30(30A～30I)那样具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁32和凸面状的背侧隔壁34的叶片形截面，且在腹侧隔壁32的内表面与背侧隔壁34的内表面之间形成有中空部；及分隔壁36，将该中空部分隔成位于前缘侧的中空部38和位于后缘侧的中空部40，该静叶片在腹侧隔壁32及背侧隔壁34中的至少一方形成有与中空部40连通的狭缝42。然后，向配置于蒸汽流路的静叶片的中空部38供给加热流体Fh(加热工序S12)。
根据上述方法，对中空部38供给加热流体Fh而对静叶片面进行加热，从而能够抑制由于壁面凝结等而产生的液滴的粗大化，并且产生于静叶片面的粗大液滴Wc从狭缝42被吸引于中空部40。因此，能够抑制粗大液滴Wc引起的湿损失和动叶片的腐蚀。
上述各实施方式记载的内容例如如以下那样被理解。
(1)一实施方式的蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁(例如腹侧隔壁32)和凸面状的背侧隔壁(例如背侧隔壁34)的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁(例如分隔壁36)，将上述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部(例如中空部38)和位于后缘侧的第二中空部(例如中空部40)，上述第一中空部构成为能够被供给流体(例如加热流体Fh)，并且在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝(例如狭缝42)。
在比静叶片面的温度高温的主蒸汽主要碰撞的前缘侧静叶片面中，主蒸汽在静叶片面被冷却，因此在该静叶片面上容易产生壁面凝结，鉴于该情况，根据上述结构，对在容易产生壁面凝结的静叶片面形成的第一中空部供给加热流体来对静叶片面进行加热，从而能够有效地抑制壁面凝结。另外，主蒸汽温度在后缘侧的主要背侧面下降，叶片面的温度高于主蒸汽温度，因此基本不会产生壁面凝结。以产生于前缘侧静叶片面的壁面凝结为起因的液膜或者由上游飞来的粗大液滴聚集而形成的液膜沿着静叶片面向后缘侧移动，从形成于后缘侧叶片面的上述狭缝向第二中空部流入，而从静叶片面被去除。通过这些作用，抑制粗大液滴从静叶片的后缘向下游侧的飞散，能够抑制由于飞散的粗大液滴而引起的湿损失和动叶片的腐蚀。
(2)另一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，构成为还具备第二分隔壁(例如分隔壁52)，上述第二分隔壁将上述第一中空部分隔成接近上述腹侧隔壁的腹侧空间(例如腹侧空间S1)和接近上述背侧隔壁的背侧空间(例如背侧空间S2)，上述腹侧空间成为上述流体的去路，上述背侧空间成为上述流体的归路。
对于静叶片周围的主蒸汽的温度而言，主蒸汽直接接触的静叶片的腹侧高于背侧。因此，为了抑制叶片面的壁面凝结，需要使腹侧面的温度高于背侧面的温度。当使加热流体均匀地在第一中空部流动时，背侧隔壁被过度地加热，这成为热效率下降的主要原因。根据上述实施方式，通过第二分隔壁分隔出第一中空部，将腹侧空间设为加热流体的去路，将背侧空间设为加热流体的归路，在背侧空间流动比腹侧空间低温的加热流体，从而能够抑制背侧空间的过度加热，由此，能够抑制热效率的下降。
(3)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，构成为形成上述第一中空部的上述背侧隔壁的壁厚(例如壁厚t1)大于形成上述第一中空部的上述腹侧隔壁的壁厚(例如壁厚t2)。
根据这样的结构，能够使从加热流体向背侧面传递的热量少于向腹侧面传递的热量。由此，能够抑制背侧面的过度加热，并抑制热效率的下降。
(4)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)～(3)中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，在形成上述第一中空部的上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方的外表面形成有凹凸(例如凹凸56)。
根据这样的结构，形成上述凹凸来增加腹侧面或者背侧面的表面积，从而能够增加形成于静叶片面的粗大液滴的蒸发量。由此，能够抑制从静叶片后缘向下游侧飞散的粗大液滴的量。
(5)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将上述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，上述第一中空部构成为封闭空间，并且在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝。
根据这样的结构，能够通过密封于设为封闭空间的第一中空部的气体的保有热量来抑制在静叶片面形成的粗大液滴和液膜。另外，产生于前缘侧静叶片面的粗大液滴或者粗大液滴聚集而形成的液膜沿着静叶片面向后缘侧移动，从形成于后缘侧叶片面的上述狭缝向第二中空部流入，而从静叶片面被去除。通过这些作用，抑制粗大液滴从静叶片的后缘向下游侧的飞散，能够抑制由飞散的粗大液滴引起的湿损失和动叶片的腐蚀。另外，能够通过密封于第一中空部的气体的隔热作用来抑制腹侧的热向背侧隔壁的传递。由此，能够抑制背侧隔壁的过度加热，能够抑制热效率的下降。
(6)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(5)所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，还具备第一中空部侧隔热膜(例如隔热膜60)，上述第一中空部侧隔热膜是在形成上述第一中空部的上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方的内表面形成的隔热膜。
根据这样的结构，由于形成上述第一中空部侧隔热膜，所以能够抑制比腹侧蒸汽温度低的背侧蒸汽的温度向腹侧传递而使腹侧的壁面凝结加速。
(7)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(5)或者(6)所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，还具备外表面侧隔热膜(例如外表面侧隔热膜62)，上述外表面侧隔热膜是在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方的外表面形成的隔热膜。
根据这样的结构，由于具备上述外表面侧隔热膜，因此能够抑制叶片面附近的热移动。由此，能够抑制叶片面侧对于叶片面周围的主蒸汽的冷却作用，因此能够抑制壁面凝结。
(8)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)～(7)中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，还具备第二中空部侧隔热膜(例如隔热膜64)，上述第二中空部侧隔热膜是在形成上述第二中空部的上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方的内表面形成的隔热膜。
为了从上述狭缝吸引粗大液滴或液膜，第二中空部比主蒸汽低压。湿蒸汽由于伴随着压力的下降而饱和温度下降，所以第二中空部的流体温度下降。根据上述结构，具备上述第一中空部侧隔热膜，因此能够抑制第二中空部的低温的流体温度向静叶片面传递，由此，能够抑制静叶片面的壁面凝结。
(9)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)～(8)中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，构成为形成上述第二中空部的上述腹侧隔壁的壁厚(例如壁厚t3)大于形成上述第二中空部的上述背侧隔壁的壁厚(例如壁厚t4)。
根据这样的结构，能够抑制第二中空部的低温的流体温度向腹侧面传递，由此，能够减少由于壁面凝结而产生的粗大液滴量。
(10)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)～(9)中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，还具备狭缝隔热膜(例如隔热膜66)，上述狭缝隔热膜是在形成了上述狭缝的隔壁的狭缝相向面形成的隔热膜。
根据这样的结构，具备上述狭缝隔热膜，因此能够抑制上述狭缝相向面的热移动，由此，能够抑制狭缝相向面处的壁面凝结的进展。
(11)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(1)～(10)中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，构成为上述第一分隔壁与上述背侧隔壁之间的连接部即背侧连接部(例如背侧连接部48)位于比上述第一分隔壁与上述腹侧隔壁之间的连接部即腹侧连接部(例如腹侧连接部50)接近前缘的位置。
如上述那样，在前缘侧静叶片面等主蒸汽温度成为静叶片面的温度以上的区域中产生壁面凝结，在叶片面的温度比后缘侧背侧面等主蒸汽温度高的区域中不产生壁面凝结。并且，需要在产生壁面凝结的区域形成第一中空部，在不产生壁面凝结的区域形成第二中空部。根据上述结构，使第一分隔壁的背侧连接部位于比腹侧连接部接近前缘的位置，从而能够在产生壁面凝结的区域形成第一中空部，在不产生壁面凝结的区域形成第二中空部。
(12)又一实施方式的蒸汽轮机用静叶片在(11)所述的蒸汽轮机用静叶片的基础上，在将上述叶片形截面的中弧线(例如中弧线Ca)上的上述前缘的位置设为0％位置、将后缘的位置设为100％位置、将上述中弧线与通过上述背侧连接部且垂直于上述中弧线的垂线(例如垂线P1)的交点的位置设为A％位置、将上述中弧线与通过上述腹侧连接部且垂直于上述中弧线的垂线(例如垂线P2)的交点的位置设为B％位置的情况下，满足B-A＞10％的关系。
根据这样的结构，能够使第一分隔壁的背侧连接部位于比腹侧连接部靠近前缘的位置。由此，能够在产生壁面凝结的区域形成第一中空部，在不产生壁面凝结的区域形成第二中空部。
(13)一实施方式的蒸汽轮机(例如蒸汽轮机10)具备涡轮机级，上述涡轮机级包含将多个静叶片(例如静叶片30)配置于涡轮机转子(例如涡轮机转子16)的周围而成的静叶片列(例如静叶片列22)及在上述静叶片列的工作流体流动方向下游侧将多个动叶片设于上述涡轮机转子的周围而成的动叶片列(例如动叶片列24)，构成上述静叶片列的上述多个静叶片中的至少一部分由(1)～(12)中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片构成。
根据上述结构的蒸汽轮机，构成静叶片列的多个静叶片中的至少一部分由上述结构的蒸汽轮机用静叶片构成，因此能够抑制产生于静叶片面的液滴的粗大化，由此，能够抑制粗大液滴从后缘向下游侧飞散而引起的湿损失和动叶片的腐蚀。
(14)一实施方式的蒸汽轮机用静叶片的加热方法包含如下的工序：将蒸汽轮机用静叶片配置于蒸汽轮机的蒸汽流路的前工序(例如前工序S10)；及向第一中空部供给加热流体的加热工序(例如加热工序S12)，其中，上述蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在上述腹侧隔壁的内表面与上述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将上述中空部分隔成位于前缘侧的上述第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，上述蒸汽轮机用静叶片在上述腹侧隔壁及上述背侧隔壁中的至少一方形成有与上述第二中空部连通的狭缝。
根据上述方法，项第一中空部供给加热流体来对静叶片面进行加热，从而能够抑制由于壁面凝结等而产生的液滴的粗大化，并且产生于静叶片面的粗大液滴从形成于后缘侧的上述狭缝流入第二中空部，而从静叶片面被去除。因此，能够抑制由于粗大液滴从静叶片后缘(例如后缘46)向下游侧飞散而产生的湿损失和动叶片的腐蚀。
附图标记说明
10...蒸汽轮机；12...外壳；14(14a、14b)...轴承；16...涡轮机转子；18...蒸汽入口部；20...蒸汽出口部；22...静叶片列；24...动叶片列；26...高温蒸汽导入管；30(30A、30B、30C、30D、30E、30F、30G、30H、30I)、100...静叶片；100a...腹侧面；100b...背侧面；32...腹侧隔壁；32a...外表面；34...背侧隔壁；36...分隔壁(第一分隔壁)；38...中空部(第一中空部)；40...中空部(第二中空部)；42...狭缝；42a...狭缝相向面；44...前缘；46...后缘；48...背侧连接部；50...腹侧连接部；52...分隔壁(第二分隔壁)；54...填充件；56...凹凸；60...隔热膜(第一中空部侧隔热膜)；62...外表面侧隔热膜；64...隔热膜(第二中空部侧隔热膜)；66...隔热膜(狭缝隔热膜)；Ca...中弧线；Fh...加热流体；P1、P2...垂线；R1、R2、R3、R4...叶片面区域；S1...腹侧空间；S2...背侧空间；St...主蒸汽；St0...湿蒸汽；Wc...粗大液滴；Wm...微小液滴；t1、t2、t3、t4...壁厚。

Claims (14)

1.一种蒸汽轮机用静叶片，具备：
叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在所述腹侧隔壁的内表面与所述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及
第一分隔壁，将所述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，
所述第一中空部构成为能够被供给流体，并且在所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方形成有与所述第二中空部连通的狭缝，
所述第一中空部被供给作为所述流体的加热流体，而对所述叶片主体的前缘侧的静叶片面进行加热。
2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
所述蒸汽轮机用静叶片还具备第二分隔壁，所述第二分隔壁将所述第一中空部分隔成接近所述腹侧隔壁的腹侧空间和接近所述背侧隔壁的背侧空间，
所述蒸汽轮机用静叶片构成为所述腹侧空间成为所述流体的去路，所述背侧空间成为所述流体的归路。
3.根据权利要求1所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
形成所述第一中空部的所述背侧隔壁的壁厚大于形成所述第一中空部的所述腹侧隔壁的壁厚。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
在形成所述第一中空部的所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方的外表面形成有凹凸。
5.一种蒸汽轮机用静叶片，具备：
叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在所述腹侧隔壁的内表面与所述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及
第一分隔壁，将所述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，
所述第一中空部构成为封闭空间，并且在所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方形成有与所述第二中空部连通的狭缝。
6.根据权利要求5所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
所述蒸汽轮机用静叶片还具备第一中空部侧隔热膜，所述第一中空部侧隔热膜是在形成所述第一中空部的所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方的内表面形成的隔热膜。
7.根据权利要求5或6所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
所述蒸汽轮机用静叶片还具备外表面侧隔热膜，所述外表面侧隔热膜是在所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方的外表面形成的隔热膜。
8.根据权利要求1或5所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
所述蒸汽轮机用静叶片还具备第二中空部侧隔热膜，所述第二中空部侧隔热膜是在形成所述第二中空部的所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方的内表面形成的隔热膜。
9.根据权利要求1或5所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
形成所述第二中空部的所述腹侧隔壁的壁厚大于形成所述第二中空部的所述背侧隔壁的壁厚。
10.根据权利要求1或5所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
所述蒸汽轮机用静叶片还具备狭缝隔热膜，所述狭缝隔热膜是在形成了所述狭缝的隔壁的狭缝相向面形成的隔热膜。
11.根据权利要求1或5所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
所述蒸汽轮机用静叶片构成为，所述第一分隔壁与所述背侧隔壁之间的连接部即背侧连接部位于比所述第一分隔壁与所述腹侧隔壁之间的连接部即腹侧连接部接近前缘的位置。
12.根据权利要求11所述的蒸汽轮机用静叶片，其中，
在将所述叶片形截面的中弧线上的所述前缘的位置设为0％位置、将后缘的位置设为100％位置、
将所述中弧线与通过所述背侧连接部且垂直于所述中弧线的垂线的交点的位置设为A％位置、
将所述中弧线与通过所述腹侧连接部且垂直于所述中弧线的垂线的交点的位置设为B％位置的情况下，
满足B-A＞10％的关系。
13.一种蒸汽轮机，具备涡轮机级，所述涡轮机级包含将多个静叶片配置于涡轮机转子的周围而成的静叶片列及在所述静叶片列的工作流体流动方向下游侧将多个动叶片设置于所述涡轮机转子的周围而成的动叶片列，
构成所述静叶片列的所述多个静叶片中的至少一部分由权利要求1～12中任一项所述的蒸汽轮机用静叶片构成。
14.一种蒸汽轮机用静叶片的加热方法，包含：
将蒸汽轮机用静叶片配置于蒸汽轮机的蒸汽流路的前工序，其中，所述蒸汽轮机用静叶片具备：叶片主体，具有包含凹面状的腹侧隔壁和凸面状的背侧隔壁的叶片形截面，并在所述腹侧隔壁的内表面与所述背侧隔壁的内表面之间形成有中空部；及第一分隔壁，将所述中空部分隔成位于前缘侧的第一中空部和位于后缘侧的第二中空部，在所述腹侧隔壁及所述背侧隔壁中的至少一方形成有与所述第二中空部连通的狭缝；及
向所述第一中空部供给加热流体而对所述叶片主体的前缘侧的静叶片面进行加热的加热工序。
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