CN113508217A - 涡轮静叶以及蒸汽轮机 - Google Patents

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Abstract

涡轮静叶(21)具有沿与蒸汽的流动方向交叉的径向延伸、并且朝向流动方向的上游侧的腹面(21P)，在腹面(21P)中的下游侧，形成有对蒸汽液化而产生的液滴进行捕捉的狭缝(5)，在比狭缝(5)靠上游侧处，形成有将附着于腹面(21P)的液滴沿径向引导以使该液滴随着从上游侧朝向下游侧而趋向狭缝(5)的微细凹凸区域(6)，在微细凹凸区域(6)中，相对于液滴的流动阻力随着从径向内侧朝向外侧而逐渐变大。

Description

涡轮静叶以及蒸汽轮机
技术领域
本发明涉及涡轮静叶以及蒸汽轮机。
本申请基于2019年2月27日在日本提出申请的特愿2019-033540号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
蒸汽轮机具备：能够绕轴线旋转的旋转轴、在该旋转轴的外周面上沿轴线方向隔开间隔地排列的多个涡轮动叶级、从外周侧覆盖旋转轴及涡轮动叶级的外壳、以及在外壳的内周面上与涡轮动叶级交替地排列的多个涡轮静叶级。在外壳的上游侧形成有从外部取入蒸汽的吸入口，在下游侧形成有排气口。从吸入口取入的高温高压的蒸汽在被涡轮静叶级调整了流动的方向和速度后，被涡轮动叶级转换为旋转轴的旋转力。
在涡轮内通过的蒸汽随着从上游侧朝向下游侧而损失能量、且温度(和压力)降低。因此，在最下游侧的涡轮静叶级中，蒸汽的一部分液化而以微细的水滴的形式存在于气流中。该水滴的一部分附着于涡轮静叶的表面。该水滴在叶片面上迅速沉积而成为液膜。液膜的周围始终暴露于高速的蒸汽流，但当该液膜进一步沉积而厚度增加时，其一部分被蒸汽流破碎而以粗大液滴的状态飞散。飞散的液滴在蒸汽流的作用下逐渐加速，同时随着主流向下游侧流动。越大的液滴则作用于自身的惯性力越大，因此无法随着主流蒸汽通过涡轮动叶之间，从而与涡轮动叶碰撞。由于存在涡轮动叶的周速超过音速的情况，因此在飞散的液滴碰撞到涡轮动叶的情况下，有可能腐蚀涡轮动叶的表面而发生侵蚀。另外，也有可能由于液滴的碰撞而阻碍涡轮动叶的旋转，从而产生制动损失。
为了防止上述那样的液滴的附着和沉积，迄今为止提出了各种技术。在例如下述专利文献1所记载的装置中，在涡轮静叶的表面形成有用于吸入液膜的抽出口，并且形成有随着朝向该抽出口而从涡轮静叶的前缘侧变宽的亲水性的除去面。在液膜沿着除去面移动之后，能够通过抽出口吸取该液膜。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-106451号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述专利文献1所记载的装置中，也只是除去面朝向抽出口均匀地形成。换句话说，在除去面内，亲水性是恒定的。另外，没有与相对于处理面上的液膜的流动阻力相关的说明，且也未考虑基于流动阻力的不同的液膜控制。因此，对于到达该除去面的液滴，不一定作用朝向狭缝的力。其结果是，存在液滴从除去面向外部溢出的可能性。即，对于上述专利文献1所记载的装置依然存在改善的余地。
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种能够更高效地回收液淌的涡轮静叶、以及具备该涡轮静叶的蒸汽轮机。
用于解决课题的手段
本发明的一方式的涡轮静叶具有沿与蒸汽的流动方向交叉的径向延伸、并且朝向该流动方向的上游侧的腹面，在所述腹面中的下游侧，形成有对所述蒸汽液化而产生的液滴进行捕捉的狭缝，在比该狭缝靠上游侧处，形成有将附着于所述腹面的液滴沿径向引导以使该液滴随着从上游侧朝向下游侧而趋向所述狭缝的微细凹凸区域，在该微细凹凸区域中，相对于所述液滴的流动阻力随着从所述径向内侧朝向外侧而逐渐变大。
根据上述结构，在微细凹凸区域中，相对于液滴的流动阻力随着从径向内侧朝向外侧而逐渐变大。相对于液滴的流动阻力变得越大，则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，在如上述那样流动阻力从径向内侧朝向外侧变大的情况下，液滴基于蒸汽的流动以及上述流动阻力的差，以被导向该狭缝的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴在被微细凹凸区域引导而沿径向流动之后，被狭缝捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向涡轮静叶的下游侧飞散而与涡轮动叶碰撞的可能性。
在上述涡轮静叶中，也可以是，所述微细凹凸区域具有在所述径向上彼此相邻地设置的具有亲水性的多个区域，在所述多个区域间，相对于所述液滴的流动阻力相互不同，并且越是所述径向外侧的所述区域，流动阻力越大。
根据上述结构，微细凹凸区域具有在径向上相邻地设置的具有亲水性的多个区域。因此，液滴、液膜基于壁面的亲水性而更薄地扩展。由此，液滴、液膜容易横跨上述多个区域之间。因此，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴、液膜，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴、液膜被微细凹凸区域引导而趋向狭缝侧流动。由此，能够进一步减少液滴、液膜破碎而向下游侧飞散的可能性。
在上述涡轮静叶中，也可以是，所述微细凹凸区域以随着从上游侧朝向下游侧而从所述流动方向朝向所述径向的方式逐渐弯曲。
根据上述结构，微细凹凸区域以随着从上游侧朝向下游侧而从流动方向朝向径向的方式逐渐弯曲。因此，能够更积极地对液滴以从流动方向朝向径向的方式进行引导。由此，能够进一步减少破碎的液滴向流动方向的下游侧飞散的可能性。
在上述涡轮静叶中，也可以是，所述微细凹凸区域具有：在所述径向上交替地排列的具有亲水性的区域、以及具有疏水性的区域。
根据上述结构，在具有亲水性的区域与具有疏水性的区域之间，相对于液滴的流动阻力产生差异。相对于液滴的流动阻力变得越大，则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，液滴以被导向狭缝的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴在被微细凹凸区域引导而沿径向流动之后，被狭缝捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向涡轮静叶的下游侧飞散而与涡轮动叶碰撞的可能性。
在上述涡轮静叶中，也可以是，所述微细凹凸区域具有：沿所述径向排列的具有亲水性的区域及具有疏水性的区域、以及形成于所述具有亲水性的区域与所述具有疏水性的区域之间的未加工面。
根据上述结构，在具有亲水性的区域、未加工面的区域、以及具有疏水性的区域之间，相对于液滴、液膜的流动阻力依次产生差异，通常越倾向亲水侧，水与壁面的亲和性越好，换句话说吸引力越强，结果是流动阻力变得越大。相对于液滴、液膜的流动阻力变得越大，则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，液滴以被导向狭缝的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴在被微细凹凸区域引导而沿径向流动之后，被狭缝捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向涡轮静叶的下游侧飞散而与涡轮动叶碰撞的可能性。
在上述涡轮静叶中，也可以是，所述微细凹凸区域具有：沿所述径向排列的具有亲水性的区域及具有疏水性的区域、以及形成于所述具有亲水性的区域与所述具有疏水性的区域之间的未加工面，所述具有亲水性的区域、所述具有疏水性的区域、以及所述未加工面按所列顺序周期性地配置。
根据上述结构，流动阻力从具有疏水性的区域朝向具有亲水性的区域而变大。液膜基本上跟着周围的气流的流动而流动，但壁面侧的流动阻力不同，向流动阻力较大的一侧弯曲。换句话说，产生朝向流动阻力较大的方向的速度成分。液膜由于是液体而具有较大的惯性力，因此在上述结构中越过周期性反复的加工面的最大流动阻力位置、并向接下来的低流动阻力位置移动，并重复该动作。因此，液滴以被导向狭缝的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴在被微细凹凸区域引导而沿径向流动之后，被狭缝捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向涡轮静叶的下游侧飞散而与涡轮动叶碰撞的可能性。
在上述涡轮静叶中，也可以是，所述狭缝沿所述流动方向与所述涡轮静叶的下游侧的端缘即后缘隔开间隔地设置，在所述间隔中形成有具有比所述腹面高的疏水性的超疏水性区域。
根据上述结构，在狭缝与后缘之间的间隔中形成有超疏水性区域。由此，即使在例如液滴的一部分未被狭缝捕捉完而流向下游侧的情况下，也会被该超疏水性区域弹开。因此，能够减少液滴滞留于狭缝的下游侧的可能性。其结果是，能够抑制滞留的液滴聚集而形成较大的液膜的情况。
在上述涡轮静叶中，也可以是，在所述腹面中的比所述微细凹凸区域靠所述径向内侧处，还形成有将附着于所述腹面的液滴随着从上游侧朝向下游侧而沿所述径向引导的内侧微细凹凸区域，在该内侧微细凹凸区域中，相对于所述液滴的流动阻力随着朝向所述径向内侧而逐渐变大。
根据上述结构，在内侧微细凹凸区域中，相对于液滴的流动阻力随着朝向径向内侧而逐渐变大。相对于液滴的流动阻力变得越大，则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，在如上述那样流动阻力朝向径向变大的情况下，液滴以被从径向外侧朝向内侧引导的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴被内侧微细凹凸区域引导而向径向内侧流动。由于位于涡轮静叶的下游侧的涡轮动叶的周速越靠向径向内侧则越小，因此与液滴碰撞于周速相对较高的径向外侧的部分的情况相比，能够减少产生侵蚀、制动损失的可能性。
本发明的一方式的蒸汽轮机具备：旋转轴，其能够绕轴线旋转；多个涡轮动叶，它们在该旋转轴的外周面沿相对于所述轴线方向而言的周向排列；外壳，其从外周侧覆盖所述旋转轴及所述涡轮动叶；以及多个上述任一方式的涡轮静叶，它们在该外壳的内周面沿相对于所述轴线而言的周向排列，并且在所述轴线方向上与所述涡轮动叶相邻地设置。
根据上述结构，可以提供一种具备能够更高效地回收液滴的涡轮静叶的蒸汽轮机。
发明效果
根据本发明，可以提供一种能够更高效地回收液滴的涡轮静叶、以及具备该涡轮静叶的蒸汽轮机。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的蒸汽轮机的结构的示意图。
图2是示出本发明的第一实施方式的涡轮静叶的结构的立体图。
图3是示出本发明的第一实施方式的微细凹凸区域的结构的放大图。
图4是示出本发明的第一实施方式的微细凹凸区域中的液滴的行为的说明图。
图5是示出本发明的第二实施方式的涡轮静叶的结构的侧视图。
图6是示出本发明的第三实施方式的涡轮静叶的结构的侧视图。
具体实施方式
[第一实施方式]
参照图1至图4对本发明的第一实施方式进行说明。本实施方式的蒸汽轮机100具备：沿着轴线O方向延伸的蒸汽轮机转子3、从外周侧覆盖蒸汽轮机转子3的蒸汽轮机外壳2、将蒸汽轮机转子3的轴端11支承为能够绕轴线O旋转的轴颈轴承4A、以及推力轴承4B。
蒸汽轮机转子3具有：沿着轴线O延伸的旋转轴1、以及设置于旋转轴1的外周面的多个动叶30。动叶30在旋转轴1的周向上隔开恒定的间隔排列有多个。也在轴线O方向上隔开恒定的间隔排列有多个动叶30的列。动叶30具有动叶主体31(涡轮动叶)、以及动叶护罩34。动叶主体31从蒸汽轮机转子3的外周面朝向径向外侧突出。从径向观察时，动叶主体31具有翼型的截面。在动叶主体31的前端部(径向外侧的端部)设置有动叶护罩34。
蒸汽轮机外壳2呈从外周侧覆盖蒸汽轮机转子3的大致筒状。在蒸汽轮机外壳2的轴线O方向一侧设置有取入蒸汽S的蒸汽供给管12。在蒸汽轮机外壳2的轴线O方向另一侧设置有排出蒸汽S的蒸汽排出管13。蒸汽在蒸汽轮机外壳2的内部从轴线O方向一侧朝向另一侧流动。在以下的说明中，将蒸汽流动的方向简称为“流动方向”。并且，将从蒸汽排出管13观察时蒸汽供给管12所在的一侧称作流动方向的上游侧，将从蒸汽供给管12观察时蒸汽排出管13所在的一侧称作流动方向的下游侧。
在蒸汽轮机外壳2的内周面设置有多个静叶20的列。静叶20具有静叶主体21(涡轮静叶)、静叶护罩22、以及静叶基座24。静叶主体21是经由静叶基座24连接于蒸汽轮机外壳2的内周面的叶片状的构件。并且，在静叶主体21的前端部(径向内侧的端部)设置有静叶护罩22。与动叶30同样地，静叶20在内周面上沿着周向以及轴线O方向排列有多个。动叶30以进入相邻的多个静叶20之间的区域的方式配置。换句话说，静叶20以及动叶30沿着与蒸汽的流动方向交叉的方向(相对于轴线O而言的径向)延伸。
蒸汽S经由上游侧的蒸汽供给管12而供给至上述那样构成的蒸汽轮机外壳2的内部。在通过蒸汽轮机外壳2的内部的中途，蒸汽S交替地通过静叶20和动叶30。静叶20对蒸汽S的流动进行整流，作为整流后的流体的蒸汽S的聚集体推压动叶30从而赋予蒸汽轮机转子3旋转力。蒸汽轮机转子3的旋转力从轴端11取出而用于外部的机器(发电机等)的驱动。伴随蒸汽轮机转子3的旋转，蒸汽S通过下游侧的蒸汽排出管13而朝向后续的装置(冷凝器等)排出。
轴颈轴承4A支承朝向相对于轴线O而言的径向的负载。轴颈轴承4A在蒸汽轮机转子3的两端各设置有一个。推力轴承4B支承朝向轴线O方向的负载。推力轴承4B仅在蒸汽轮机转子3的上游侧的端部设置。
接着，参照图2，对静叶主体21的结构进行说明。静叶主体21沿着与流动方向交叉的方向即径向(相对于轴线O而言的径向)延伸。从径向观察时的静叶主体21的截面呈翼型。更详细而言，流动方向的上游侧的端缘即前缘21F呈曲面状。从径向观察时，下游侧的端缘即后缘21R的周向的尺寸逐渐变小而呈锥形状。在从前缘21F至后缘21R的范围内，静叶主体21从相对于轴线O而言的周向一侧朝向另一侧而缓慢地弯曲。
静叶主体21的周向一侧的表面设为朝向流动方向的下游侧的背面21Q。背面21Q呈朝向周向一侧变凸的曲面状。另一方面，静叶主体21的周向另一侧的表面设为朝向流动方向的上游侧的腹面21P。腹面21P呈朝向周向一侧变凹的曲面状。在蒸汽正流动的状态下，腹面21P上的压力比背面21Q上的压力高。
静叶主体21的朝向径向内侧的端面设为内周侧端面21A，朝向径向外侧的端面设为外周侧端面21B。内周侧端面21A沿着上述的轴线O扩展。另一方面，外周侧端面21B相对于轴线O倾斜。详细而言，在包含轴线O的剖视下，外周侧端面21B随着沿着轴线O从上游侧朝向下游侧而朝向径向外侧延伸。
在腹面21P上，在偏向外周侧端面21B侧的部分(即，相比于内周侧端面21A更靠近外周侧端面21B的部分)形成有狭缝5、外侧微细凹凸区域61(微细凹凸区域6)、以及内侧微细凹凸区域62。狭缝5是在腹面21P上沿包含径向成分的方向延伸的长方形的孔。更详细而言，狭缝5沿着后缘21R延伸。狭缝5是为了对沿着腹面21P从前缘21F侧朝向后缘21R侧流动的蒸汽之中液化了的成分(液滴)进行捕捉而形成的。狭缝5与在静叶主体21的内部形成的流路(未图示)连接，所捕捉到的液滴通过该流路送往静叶主体21的外部。
外侧微细凹凸区域61是为了将附着于腹面21P的液滴沿径向引导以使其趋向狭缝5而设置的。外侧微细凹凸区域61设置于腹面21P中的径向外侧。具体而言，外侧微细凹凸区域61设置于接近外周侧端面21B的位置。外侧微细凹凸区域61对附着于腹面21P的液滴进行引导以使其从流动方向逐渐朝向径向外侧。
外侧微细凹凸区域61沿径向被划分为多个(4个)区域(外侧区域7)。径向上的最内侧的外侧区域7设为第一外侧区域71。在第一外侧区域71的径向外侧经由第二外侧边界线L12邻接有第二外侧区域72。在第二外侧区域72的径向外侧经由第三外侧边界线L13邻接有第三外侧区域73。在第三外侧区域73的径向外侧经由第四外侧边界线L14邻接有第四外侧区域74。第一外侧区域71的径向内侧的端缘设为第一外侧边界线L11。在比第一外侧边界线L11靠径向内侧处形成有中央区域Ac。
第一外侧区域71、第二外侧区域72、第三外侧区域73、以及第四外侧区域74的下游侧的端缘与狭缝5相邻。径向上的狭缝5的尺寸比外侧微细凹凸区域61小。因此，第一外侧区域71、第二外侧区域72、第三外侧区域73、以及第四外侧区域74均通过以随着从流动方向的上游侧朝向下游侧而逐渐朝向径向外侧的方式弯曲而与狭缝5相连。第二外侧区域72与第一外侧区域71相比更大地弯曲。第三外侧区域73与第二外侧区域72相比更大地弯曲。第四外侧区域74与第三外侧区域73相比更大地弯曲。即，越是径向内侧的外侧区域7则弯曲程度越大。
内侧微细凹凸区域62隔着腹面21P的中央部(中央区域Ac)而设置于外侧微细凹凸区域61的径向内侧。内侧微细凹凸区域62对附着于腹面21P的液滴进行引导以使其从流动方向逐渐朝向径向内侧。内侧微细凹凸区域62沿径向被划分为多个(4个)区域(内侧区域8)。径向上的最外侧的内侧区域8设为第一内侧区域81。在第一内侧区域81的径向外侧经由第二内侧边界线L22邻接有第二内侧区域82。在第二内侧区域82的径向内侧经由第三内侧边界线L23邻接有第三内侧区域83。在第三内侧区域83的径向内侧经由第四内侧边界线L24邻接有第四内侧区域84。第一内侧区域81的径向内侧的端缘设为第一内侧边界线L21。在比第一内侧边界线L21靠径向外侧处形成有上述的中央区域Ac。
第一内侧区域81、第二内侧区域82、第三内侧区域83、以及第四内侧区域84的下游侧的端缘与后缘21R以在流动方向上隔开间隔V的方式相邻。第一内侧区域81、第二内侧区域82、第三内侧区域83、以及第四内侧区域84均以随着从流动方向的上游侧朝向下游侧而逐渐朝向径向内侧的方式弯曲。第二内侧区域82与第一内侧区域81相比更大地弯曲。第三内侧区域83与第二内侧区域82相比更大地弯曲。第四内侧区域84与第三内侧区域83相比更大地弯曲。即，越是径向外侧的内侧区域8则弯曲程度越大。
上述的外侧微细凹凸区域61、以及内侧微细凹凸区域62均具有亲水性。需要说明的是，在此所说的“具有亲水性”的状态是指，液滴相对于附着面所成的接触角小于90°的状态，并特别将接触角小于5°的状态称作超亲水性。另外，在各外侧区域7彼此之间、以及各内侧区域8之间，相对于液滴的流动阻力的大小相互不同。更具体而言，随着从第一外侧区域71朝向第四外侧区域74，相对于液滴的流动阻力的大小逐渐变大。同样地，随着从第一内侧区域81朝向第四内侧区域84，相对于液滴的流动阻力的大小逐渐变大。在此，在材质相同的情况下，相对于壁面的液膜的流动阻力由面上的凹凸的形状、尺寸、配置决定，基本上，与液面接触的面积越大、或者越配置为直接遮挡流动方向，则相对于壁面的液膜的流动阻力越大。(并且，在微细构造的配置相同的情况下，通常微细构造配置得越密的话，则亲水性也越高、且与液体的接触面积也增加，因此流动阻力也变大。)上述那样的流动阻力的差异通过图3或者图4所示的结构来实现。需要说明的是，在图3和图4中，代表性地图示出了第一外侧区域71和第二外侧区域72。然而，第二外侧区域72与第三外侧区域73的关系、以及第三外侧区域73与第四外侧区域74的关系也与图3或者图4的例子相同。另外，内侧微细凹凸区域62也具有同样的结构。
在图3中，代表性地将外侧微细凹凸区域61中的第一外侧区域71与第二外侧区域72的边界线(第二外侧边界线L12)附近放大而示出。如该图所示，在第一外侧区域71和第二外侧区域72中，分别以彼此隔开相等间隔的方式(等间距地)排列有从腹面21P向周向突出的多个凸部T。从周向观察时，各凸部T具有圆形的截面。形成于第二外侧区域72的凸部T(第二凸部T2)的间距比形成于第一外侧区域71的凸部T(第一凸部T1)的间距大。另外，第二凸部T2的直径比第一凸部的直径大。因此，在第一外侧区域71中，凸部T(第一凸部T1)相对“紧密地”配置，因此相对于液滴的流动阻力比第二外侧区域72大。
在此，如图4所示，考虑一个液滴Wd横跨第二外侧边界线L12附着于外侧微细凹凸区域61的情况。在该情况下，对于液滴Wd中的第二外侧区域72侧的部分，与第一外侧区域71侧部分相比流动阻力相对较大。由此，与第一外侧区域71侧的部分的移动速度V1相比，第二外侧区域72侧的部分的移动速度V2变小。其结果是，如图4中的双点划线、以及箭头R所示那样，液滴Wd从最初的位置朝向第二外侧区域72侧一边旋转一边移动。上述那样的液滴的移动与蒸汽的流体力等外力无关，而仅由于两个区域间的流动阻力的差异而产生。
在基于上述那样的流动阻力的差异的驱动力的作用下，附着于外侧微细凹凸区域61的液滴随着从流动方向的上游侧朝向下游侧流动，逐渐被向径向外侧引导。之后，液滴经由下游侧的端缘而流入狭缝5。同样地，附着于内侧微细凹凸区域62的液滴随着从流动方向的上游侧朝向下游侧流动，逐渐被向径向内侧引导。之后，经由间隔V流向静叶主体21的下游侧。
以上，如所说明的那样，根据上述结构，在外侧微细凹凸区域61中，随着朝向狭缝5，相对于液滴的流动阻力逐渐变大。相对于液滴的流动阻力越大，则液滴的流速越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，在如上述那样流动阻力朝向狭缝5变大的情况下，液滴以被导向该狭缝5的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面21P的中央部的液滴在被外侧微细凹凸区域61引导而沿径向流动之后，被狭缝5捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向静叶主体21的下游侧飞散的可能性。
并且，根据上述结构，外侧微细凹凸区域61具有在径向上相邻设置的具有亲水性的多个外侧区域7。因此，液滴基于亲水性而更薄地扩展。由此，液滴容易横跨上述多个外侧区域7之间。因此，对于横跨流动阻力不同的两个外侧区域7的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。其结果是，位于径向上的腹面21P的中央部(中央区域Ac)的液滴被外侧微细凹凸区域61引导而朝向狭缝5侧流动。由此，能够进一步减少液滴破碎而向下游侧飞散的可能性。
此外，根据上述结构，外侧微细凹凸区域61以随着从上游侧朝向下游侧而从流动方向朝向径向的方式逐渐弯曲。因此，能够更积极地将液滴引导为从流动方向朝向径向。由此，能够进一步减少破碎的液滴向流动方向的下游侧飞散的可能性。
此外，根据上述结构，在内侧微细凹凸区域62中，相对于液滴的流动阻力随着朝向径向内侧而逐渐变大。相对于液滴的流动阻力变得越大，则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，在如上述那样流动阻力朝向径向变大的情况下，液滴以被从径向外侧朝向内侧引导的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面21P的中央部(中央区域Ac)的液滴被内侧微细凹凸区域62引导而向径向内侧流动。由于越靠近径向内侧则动叶30的周速越小，因此与液滴碰撞于周速相对较高的径向外侧的部分的情况相比，能够减少产生侵蚀、制动损失的可能性。
以上，对本发明的第一实施方式进行了说明。需要说明的是，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述的结构实施各种变更、修改。例如，在上述第一实施方式中，对外侧微细凹凸区域61、以及内侧微细凹凸区域62分别被划分为4个流动阻力不同的区域(外侧区域7、内侧区域8)的例子进行了说明。然而，这些外侧微细凹凸区域61，以及内侧微细凹凸区域62也可以基于流动阻力的差异而被分割为3个以下，还可以被分割为5个以上。
另外，也可以是将分割成多个的区域作为一个单元而将该单元周期性地反复的配置。根据该结构，在具有亲水性的区域、未加工面的区域、以及具有疏水性的区域之间，相对于液滴、液膜的流动阻力依次产生差异，且通常而言，越倾向于亲水侧，则水与壁面的亲和性越好，换句话说吸引力变强，结果是流动阻力变大。相对于液滴、液膜的流动阻力变得越大，则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，液滴以被导向狭缝的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴被微细凹凸区域引导而沿径向流动之后，被狭缝捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向涡轮静叶的下游侧飞散而与涡轮动叶碰撞的可能性。
并且，也可以在各区域彼此之间形成有未加工面。在此所说的“未加工面”是指未形成上述的微细凹凸的状态的面。根据该结构，流动阻力从具有疏水性的区域朝向具有亲水性的区域变大。液膜基本上跟着周围的气流的流动而流动，但壁面侧的流动阻力不同，向流动阻力较大的一侧弯曲。换句话说，产生朝向流动阻力较大的方向的速度成分。液膜由于是液体而具有较大的惯性力，因此在上述结构中越过周期性反复的加工面的最大流动阻力位置、并向接下来的低流动阻力位置移动，并重复该动作。因此，液滴以被导向狭缝的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面的中央部的液滴在被微细凹凸区域引导而沿径向流动之后，被狭缝捕捉。由此，能够减少破碎的液滴向涡轮静叶的下游侧飞散而与涡轮动叶碰撞的可能性。
并且，在上述第一实施方式中，对仅外侧微细凹凸区域61与狭缝5相邻的例子进行了说明。然而，也可以采用除了外侧微细凹凸区域61之外、内侧微细凹凸区域62也与狭缝5相邻的结构。更具体而言，也可以采用如下结构，即，将狭缝5配置于腹面21P中的中央区域Ac的下游侧，外侧微细凹凸区域61、以及内侧微细凹凸区域62朝向该狭缝5分别弯曲并扩展。通过构成为越是靠近狭缝5的区域(外侧区域7、内侧区域8)则相对于液滴的流动阻力变得越大，从而除了外侧微细凹凸区域61之外，也能够从内侧微细凹凸区域62向狭缝5引导液滴。
[第二实施方式]
接下来，参照图5对本发明的第二实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述第一实施方式同样的结构标注相同的附图标记，并省略详细说明。如图5所示，在本实施方式中，外侧微细凹凸区域61′、以及内侧微细凹凸区域62′的结构与第一实施方式不同。
在外侧微细凹凸区域61′中，第一外侧区域71以及第三外侧区域73与第一实施方式同样地具有亲水性。另一方面，第二外侧区域72′以及第四外侧区域74′设为具有疏水性的疏水性区域9。在内侧微细凹凸区域62′中，第一内侧区域81以及第三内侧区域83与第一实施方式同样地具有亲水性。另一方面，第二内侧区域82′以及第四内侧区域84′设为具有疏水性的疏水性区域9。需要说明的是，在此所说的“具有疏水性”表示附着于该疏水性区域9的液滴所成的接触角为90°以上的状态，且特别将150°以上的情况称作超疏水状态。换句话说，在外侧微细凹凸区域61′以及内侧微细凹凸区域62′中，具有亲水性的区域与具有疏水性的区域沿径向交替地排列。
根据上述结构，在具有亲水性的区域与具有疏水性的区域之间，相对于液滴的流动阻力产生差异。相对于液滴的流动阻力变得越大则液滴的流速变得越慢。换句话说，对于横跨流动阻力不同的两个区域的液滴，产生从流动阻力较小的区域朝向流动阻力较大的区域的速度成分。因此，液滴以被导向狭缝5或者上述的间隔V的方式流动。其结果是，位于径向上的腹面21P的中央部(中央区域Ac)的液滴被外侧微细凹凸区域61′以及内侧微细凹凸区域62′引导而沿径向流动。由此，能够减少破碎的液滴向静叶主体21的下游侧飞散的可能性。
以上，对本发明的第二实施方式进行了说明。需要说明的是，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述的结构实施各种变更、修改。例如，也可以将作为上述第一实施方式的变形例所说明过的结构应用于本实施方式。
[第三实施方式]
接着，参照图6对本发明的第三实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述各实施方式同样的结构标注相同的附图标记，并省略详细说明。如图6所示，在本实施方式中，在狭缝5与后缘21R之间的间隔V形成有具有比腹面21P高的疏水性(超疏水性)的超疏水性区域10。需要说明的是，在此所说的“具有超疏水性”表示附着于该超疏水性区域10的液滴所成的接触角为150°以上的状态。超疏水性区域10与狭缝5的下游侧的端缘相邻并向下游侧(后缘21R侧)扩展。
根据上述结构，在狭缝5与后缘21R之间的间隔V形成有超疏水性区域10。由此，即使在例如液滴的一部分未被狭缝5捕捉完而流向下游侧的情况下，也会被该超疏水性区域10弹开。因此，能够减少液滴滞留于狭缝5的下游侧(间隔V)的可能性。其结果是，能够抑制滞留的液滴聚集而形成较大的液膜的情况。
以上，对本发明的第三实施方式进行了说明。需要说明的是，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述的结构实施各种变更、修改。例如，作为上述的各实施方式共通的事项，可以如下那样变更微细凹凸区域6的凸部T的配置、结构。也可以是，在微细凹凸区域6中，随着从径向内侧朝向外侧而使凸部T的间距(间隔)相同，同时通过改变凸部T本身的大小来改变流动阻力。另外，也可以是，在一方的区域中将凸部T呈格子状地配置，并且在另一方的区域中将凸部T呈交错状地配置，由此来改变流动阻力。并且，也可以是，在一方的区域中形成沿规定的方向延伸的线状的槽，在另一方的区域中形成沿与该规定的方向正交的方向延伸的线状的槽，由此来改变流动阻力。此外，也可以是，在一方的区域与另一方的区域中，通过改变凸部T的密度来使它们具有流动阻力的差异。
工业实用性
本发明能够应用于涡轮静叶、以及蒸汽轮机。
附图标记说明：
100...蒸汽轮机；
1...旋转轴；
2...蒸汽轮机外壳；
3...蒸汽轮机转子；
4A...轴颈轴承；
4B...推力轴承；
5...狭缝；
6...微细凹凸区域；
7...外侧区域；
8...内侧区域；
9...疏水性区域；
10...超疏水性区域；
11...轴端；
12...蒸汽供给管；
13...蒸汽排出管；
20...静叶；
21...静叶主体；
21A...内周侧端面；
21B...外周侧端面；
21F...前缘；
21P...腹面；
21Q...背面；
21R...后缘；
22...静叶护罩；
30...动叶；
31...动叶主体；
34...动叶护罩；
61...外侧微细凹凸区域；
62...内侧微细凹凸区域；
71...第一外侧区域；
72、72′...第二外侧区域；
73...第三外侧区域；
74、74′...第四外侧区域；
81...第一内侧区域；
82、82′...第二内侧区域；
83...第三内侧区域；
84、84′...第四内侧区域；
L11...第一外侧边界线；
L12...第二外侧边界线；
L13...第三外侧边界线；
L14...第四外侧边界线；
L21...第一内侧边界线；
L22...第二内侧边界线；
L23...第三内侧边界线；
L24...第四内侧边界线；
O...轴线；
S...蒸汽；
T...凸部；
T1...第一凸部；
T2...第二凸部；
Wd...液滴。

Claims (9)

1.一种涡轮静叶，其中，
所述涡轮静叶具有沿与蒸汽的流动方向交叉的径向延伸、并且朝向该流动方向的上游侧的腹面，
在所述腹面中的下游侧，形成有对所述蒸汽液化而产生的液滴进行捕捉的狭缝，
在比该狭缝靠上游侧处，形成有将附着于所述腹面的液滴沿径向引导以使该液滴随着从上游侧朝向下游侧而趋向所述狭缝的微细凹凸区域，
在该微细凹凸区域中，相对于所述液滴的流动阻力随着从所述径向内侧朝向外侧而逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的涡轮静叶，其中，
所述微细凹凸区域具有在所述径向上彼此相邻地设置的具有亲水性的多个区域，在所述多个区域间，相对于所述液滴的流动阻力相互不同，并且越是所述径向外侧的所述区域，流动阻力越大。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮静叶，其中，
所述微细凹凸区域以随着从上游侧朝向下游侧而从所述流动方向朝向所述径向的方式逐渐弯曲。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮静叶，其中，
所述微细凹凸区域具有：在所述径向上交替地排列的具有亲水性的区域、以及具有疏水性的区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮静叶，其中，
所述狭缝沿所述流动方向与所述涡轮静叶的下游侧的端缘即后缘隔开间隔地设置，在所述间隔中形成有具有比所述腹面高的疏水性的超疏水性区域。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮静叶，其中，
在所述腹面中的比所述微细凹凸区域靠所述径向内侧处，还形成有将附着于所述腹面的液滴随着从上游侧朝向下游侧而沿所述径向引导的内侧微细凹凸区域，
在该内侧微细凹凸区域中，相对于所述液滴的流动阻力随着朝向所述径向内侧而逐渐变大。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮静叶，其中，
所述微细凹凸区域具有：沿所述径向排列的具有亲水性的区域及具有疏水性的区域、以及形成于所述具有亲水性的区域与所述具有疏水性的区域之间的未加工面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮静叶，其中，
所述微细凹凸区域具有：沿所述径向排列的具有亲水性的区域及具有疏水性的区域、以及形成于所述具有亲水性的区域与所述具有疏水性的区域之间的未加工面，所述具有亲水性的区域、所述具有疏水性的区域、以及所述未加工面按所列顺序周期性地配置。
9.一种蒸汽轮机，其中，
所述蒸汽轮机具备：
旋转轴，其能够绕轴线旋转；
多个涡轮动叶，它们在该旋转轴的外周面沿相对于所述轴线方向而言的周向排列；
外壳，其从外周侧覆盖所述旋转轴及所述涡轮动叶；以及
多个权利要求1至8中任一项所述的涡轮静叶，它们在该外壳的内周面沿相对于所述轴线而言的周向排列，并且在所述轴线方向上与所述涡轮动叶相邻地设置。
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