JP2014084816A

JP2014084816A - 軸流タービン

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Publication number: JP2014084816A
Application number: JP2012235388A
Authority: JP
Inventors: Takanori Shibata; 貴範柴田; Noriyo Nishijima; 規世西嶋; Kiyoshi Segawa; 瀬川　　清; Hisataka Fukushima; 久剛福島; Hiromoto Ri; 宏元李
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-12
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN103775138A; KR20140052864A; US20140119901A1; CN103775138B; EP2725201A2; JP5985351B2; US20170016342A1; KR101536057B1; EP2725201A3; US9476315B2

Abstract

【課題】混合損失の低減効果を高めることができる軸流タービンを提供する。
【解決手段】ダイヤフラム外輪１の内周側に設けられた複数の静翼２と、ロータ４の外周側に設けられた複数の動翼５と、複数の動翼５の外周側に設けられたシュラウド６と、ダイヤフラム外輪１に形成され、シュラウド６を収納する環状の溝部１２と、ダイヤフラム外輪１の溝部１２とシュラウド６との間で形成され、主流路７の静翼２の下流側から作動流体の一部が流入して、主流路７の動翼５の下流側に流出する隙間流路１３と、隙間流路１３に設けられたシールフィン１４Ａ〜１４Ｄと、隙間流路１３の下流側に形成された循環流生成室１７と、循環流生成室１７内に位置するようにダイヤフラム外輪１に固定され、ロータ軸方向及び半径方向に延在する複数の遮蔽板１８とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電プラントの蒸気タービンやガスタービンなどに用いられる軸流タービンに関する。

近年、発電プラントの発電効率向上のため、タービン性能の更なる向上が強く求められている。タービン性能には、タービンの段落損失、排気損失、機械損失などが関わるものの、それらのうち段落損失を低減することが最も効果的と考えられている。
段落損失には、様々なものが含まれるが、大きく分けて、
（１）翼形状そのものに起因する翼型損失、
（２）主流に沿わない流れに起因する二次流れ損失、
（３）作動流体（蒸気やガスなど）が主流路以外へ漏洩することによって発生する漏れ損失、などがある。
上記漏れ損失は、
（ａ)作動流体の一部（漏れ流体）が主流路以外の隙間流路（バイパス流路）を流れて、漏れ流体の持つエネルギーが有効利用されないことで生ずるバイパス損失、
（ｂ）隙間流路から主流路に漏れ流体が流入する際に生ずる混合損失、
（ｃ）主流路に流入した漏れ流体が下流側の翼列に干渉して生ずる干渉損失、などからなる。
そして、近年、上記バイパス損失だけでなく、上記混合損失や上記干渉損失を低減することも、重要な課題となっている。すなわち、単に主流路から隙間流路への漏れ流体の流量（漏れ量）を減らすだけではなく、隙間流路から主流路に漏れ流体を如何に損失なく戻すかも、重要な課題となっている。

そこで、このような課題を解決するために、隙間流路の下流側に複数の案内板を設け、これら案内板によって漏れ流体の流れ方向を主流方向に合わせるように転向することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０６４７４号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。すなわち、特許文献１に記載の従来技術では、漏れ流体の流れ方向を転向するために、漏れ流体を案内板の間に通過させるだけである。そのため、案内板の数を増やして案内板の間隔を狭めなければ、漏れ流体の流れ方向を転向する効果が十分に引き出せず、混合損失の低減効果が十分に得られない可能性がある。かといって、案内板の数を増やして案内板の間隔を狭めると、接触面積が増大して摩擦損失が増加し、混合損失の低減効果を打ち消す可能性がある。

本発明の目的は、混合損失の低減効果を高めることができる軸流タービンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、静止体の内周側に設けられ、周方向に配列された複数の静翼と、回転体の外周側に設けられ、周方向に配列された複数の動翼と、前記複数の静翼が配置されるとともに、それらの下流側に前記複数の動翼が配置されて、作動流体が流通する主流路と、前記複数の動翼の外周側に設けられたシュラウドと、前記静止体に形成され、前記シュラウドを収納する環状の溝部と、前記溝部と前記シュラウドとの間で形成され、前記主流路における前記静翼の下流側から作動流体の一部が流入して、前記主流路における前記動翼の下流側に流出する隙間流路と、前記隙間流路に設けられた複数段のシールフィンと、前記隙間流路の下流側に形成された循環流生成室と、前記循環流生成室内に位置するように前記静止体に固定され、前記回転体の軸方向及び半径方向に延在する複数の遮蔽板と、を有する。

このような本発明においては、主流路の静翼の下流側（言い換えれば、動翼の上流側）から隙間流路に作動流体の一部（漏れ流体）が流入し、漏れ流体が隙間流路を経由して主流路の動翼の下流側に流出している。このとき、主流路の静翼の下流側から隙間流路に流入した漏れ流体は、大きな周方向速度成分を持つ流れであるものの、その一部が循環流生成室に流入して遮蔽板に衝突することにより、周方向速度成分を抑えた循環流を生成することができる。そして、このように生成された循環流の干渉により、隙間流路から主流路の動翼の下流側に流出する漏れ流体の流れに対して、周方向速度成分を効果的に減少させることができる。したがって、漏れ流体の流れ方向を、動翼を通過した作動流体（主流流体）の流れ方向に合わせることができ、混合損失の低減効果を高めることができる。

本発明によれば、混合損失の低減効果を高めることができる。

本発明の第１の実施形態における蒸気タービンの部分構造を模式的に表すロータ軸方向の断面図である。図１中II部の部分拡大断面図であり、本発明の第１の実施形態における隙間流路の詳細構造を表す。図１中断面III−IIIにおけるロータ周方向の断面図であり、主流路内の流れを示す。図１中断面IV−IVにおけるロータ周方向の断面図であり、主流炉内の流れとともに隙間流路内の流れを示す。本発明の第１の実施形態及び従来技術における動翼流出角の分布をそれぞれ表す図である。本発明の第１の実施形態及び従来技術における動翼損失係数の分布をそれぞれ表す図である。本発明の一変形例における隙間流路の詳細構造を表す部分拡大断面図である。本発明の他の変形例における隙間流路の詳細構造を表す部分拡大断面図である。本発明の第２の実施形態における隙間流路の詳細構造を表す部分拡大断面図である。

以下、本発明を蒸気タービンに適用した場合の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態における蒸気タービンの部分構造（段落構造）を模式的に表すロータ軸方向の断面図である。図２は、図１中II部の部分拡大断面図であり、隙間流路の詳細構造を表す。図３は、図１中断面III−IIIにおけるロータ周方向の断面図であり、主流路内の流れを示す。図４は、図１中断面IV−IVにおけるロータ周方向の断面図であり、隙間流路内の流れを主流路内の流れとともに示す。

これら図１〜図４において、蒸気タービンは、ケーシング（図示せず）の内周側に設けられた環状のダイヤフラム外輪１（静止体）と、このダイヤフラム外輪１の内周側に設けられた複数の静翼２と、これら静翼２の内周側に設けられた環状のダイヤフラム内輪３とを備えている。なお、複数の静翼２は、ダイヤフラム外輪１とダイヤフラム内輪３との間に、周方向に所定の間隔で配列されている。

また、蒸気タービンは、回転軸Ｏを中心として回転するロータ４（回転体）と、このロータ４の外周側に設けられた複数の動翼５と、これら動翼５の外周側（言い換えれば、翼先端側）に設けられた環状のシュラウド６とを備えている。複数の動翼５は、ロータ４とシュラウド６との間に、周方向に所定の間隔で配列されている。

蒸気（作動流体）の主流路７は、ダイヤフラム外輪１の内周面８ａとダイヤフラム内輪３の外周面９との間に形成された流路や、シュラウド６の内周面１０（及びダイヤフラム外輪１の内周面８ｂ）とロータ４の外周面１１との間に形成された流路等で構成されている。主流路７には、複数の静翼２（言い換えれば、１つの静翼列）が配置されるとともに、それらの下流側（図中右側）に複数の動翼５（言い換えれば、１つの動翼列）が配置されており、これら静翼２と動翼５の組合せが１つの段落を構成している。なお、図１では、便宜上、１段しか示されていないが、一般的には、蒸気の内部エネルギーを効率よく回収するために、ロータ軸方向に複数段設けられている。

主流路７内の蒸気（主流蒸気）は、図１中白抜き矢印で示すように流れている。そして、静翼２にて蒸気の内部エネルギー（言い換えれば、圧力エネルギー等）が運動エネルギー（言い換えれば、速度エネルギー）に変換され、動翼５にて蒸気の運動エネルギーがロータ４の回転エネルギーに変換される。また、ロータ４の端部には発電機（図示せず）が接続されており、この発電機によってロータ４の回転エネルギーが電気エネルギーに変換されるようになっている。

主流路７内の蒸気の流れ（主流）について、詳しく説明する。蒸気は、静翼２の前縁側（図３中左側）から絶対速度ベクトルＣ１（詳細には、周方向速度成分をほぼ持たない軸方向の流れ）で流入する。そして、静翼２の翼間を通過する際に増速、転向されて絶対速度ベクトルＣ２（詳細には、大きな周方向速度成分を持つ流れ）となり、静翼２の後縁側（図３中右側）から流出する。静翼２から流出した蒸気の大部分は、動翼５に衝突してロータ４を速度Ｕで回転させる。このとき、蒸気は、動翼５を通過する際に減速、転向されて、相対速度ベクトルＷ２から相対速度ベクトルＷ３となる。したがって、動翼５から流出する蒸気は、絶対速度ベクトルＣ３（詳細には、絶対速度ベクトルＣ１とほぼ同じであって、周方向速度成分をほぼ持たない軸方向の流れ）となる。

ところで、ダイヤフラム外輪１の内周面には、シュラウド６を収納する環状の溝部１２が形成されており、この溝部１２とシュラウド６の間に隙間流路（バイパス流路）１３が形成されている。そして、主流路７の静翼２の下流側（言い換えれば、動翼５の上流側）から隙間流路１３に蒸気の一部（漏れ蒸気）が流入し、漏れ蒸気が隙間流路１３を経由して主流路７の動翼５の下流側に流出する（漏れ流れ）。そのため、漏れ蒸気の内部エネルギーが有効利用されず、バイパス損失が発生する。このバイパス損失を低減するため、すなわち、主流路７から隙間流路１３への漏れ蒸気の流量（漏れ量）を減らすため、隙間流路１３にはラビリンスシールが設けられている。

本実施形態のラビリンスシールでは、溝部１２の内周面に環状のシールフィン１４Ａ〜１４Ｄが設けられており、これらシールフィン１４Ａ〜１４Ｄは、ロータ軸方向に所定の間隔で配置されている。シールフィン１４Ａ〜１４Ｄの先端部（内周側縁部）は、それらの断面が鋭角な楔形状となっている。シュラウド６の外周側には、第１段のシールフィン１４Ａと第４段のシールフィン１４Ｄとの間に位置するように、環状の段差部（隆起部）１５が形成されている。

各シールフィンの先端とこれに対向するシュラウド６の外周面との間隙寸法Ｄ_１は、静止体側と回転体側の接触を防止しつつ漏れ蒸気の流量が極力小さくなるように設定されている。また、段差部１５の段差寸法Ｄ_２は、例えば前述した間隙寸法Ｄ_１の２〜３倍程度に設定されている。そのため、シールフィン１４Ａ，１４Ｄは、シールフィン１４Ｂ，１４Ｃより、前述した段差寸法Ｄ_２のぶんだけ長くなっている。

主流路７の静翼２の下流側における主流蒸気は、上述したように大きな周方向速度成分を持つ流れ（絶対速度ベクトルＣ２）となっており、隙間流路１３に流入する漏れ蒸気も、大きな周方向速度成分を持つ流れとなっている。そして、隙間流路１３に流入した漏れ蒸気は、第１段のシールフィン１４Ａの先端とシュラウド６の外周面との間隙（絞り）、第２段のシールフィン１４Ｂの先端とシュラウド６の外周面との間隙（絞り）、第３段のシールフィン１４Ｃの先端とシュラウド６の外周面との間隙（絞り）、及び第４段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６の外周面との間隙（絞り）を順次通過する。このとき、絞り損失により、漏れ蒸気の全圧が低下する。また、漏れ蒸気の軸方向速度が増加するものの、周方向速度がほぼ変動しない。すなわち、最終段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６外周面との間隙を通過した漏れ蒸気は、依然として、大きな周方向速度成分を持つ流れとなっている。

一方、主流路７にて動翼５を通過した主流蒸気は、上述したように周方向速度成分をほぼ持たない流れ（絶対速度ベクトルＣ３）となっている。そのため、仮に、最終段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６外周面との間隙を通過した漏れ蒸気が、大きな周方向速度成分を持つ流れのまま、主流路７の動翼５の下流側に流出すると、混合損失が大きくなる。

そこで、本実施形態の最も大きな特徴として、ダイヤフラム外輪１の溝部１２の下流側側面には、シュラウド６の下流側端面に向けて突出する環状の突起部１６が設けられている。これにより、隙間流路１３の下流側に循環流生成室１７を形成するようになっている。この循環流生成室１７は、最終段のシールフィン１４Ｄより下流側に位置する溝部１２の内周面の一部分と溝部１２の下流側側面と第１突起部１６の外周面（径方向外側の面）で区画されたものである。そして、最終段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６の外周面との間隙を通過した漏れ蒸気の一部が循環流生成室１７に流入し、溝部１２の下流側側面等に衝突して、循環流Ａ１を生成するようになっている。

さらに、溝部１２の下流側側面には（言い換えれば、循環流生成室１７内には）、周方向に所定の間隔で配列された複数の遮蔽板１８が固定されている。遮蔽板１８は、ロータ軸方向及びロータ半径方向に延在するものであり、本実施形態では、ロータ４の回転の接線方向に対して垂直となるように配置された平板である。そして、循環流生成室１７に流入した漏れ蒸気（言い換えれば、循環流Ａ１）が遮蔽板１８に衝突することにより、循環流Ａ１の周方向速度成分を抑えるようになっている（図４参照）。このように生成された循環流Ａ１の干渉により、隙間流路１３から主流路７の動翼５の下流側に流出する漏れ蒸気の流れＢ１に対して、周方向速度成分を効果的に除去することができる（図４参照）。言い換えれば、例えば特許文献１に記載のように案内板の間に漏れ蒸気を通過させる場合と比べ、漏れ蒸気の周方向速度の大小にかかわらず、周方向速度成分を効果的に除去することができる。

なお、突起部１６の先端は、最終段のシールフィン１４Ｄが対向するシュラウド６の外周面より、ロータ半径方向内側に位置している。これにより、最終段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６の外周面との間隙を通過した漏れ蒸気が循環流生成室１７に流入しやすくなっている。

また、突起部１６は、隙間流路１３から主流路７の動翼５の下流側に流出する漏れ蒸気の流れＢ１に対して、径方向速度成分を抑える役割も果たしている。特に、突起部１６の内周面は、ロータ軸方向の上流側（図２中左側）から下流側（図２中右側）に向かってロータ半径方向の外側（図２中上側）から内側（図２中下側）に傾斜しているので、漏れ蒸気をロータ軸方向に向けるようになっている。また、突起部１６は、主流路７から隙間流路１３に蒸気が逆流するのを防止する役割も果たしている。

次に、本実施形態の効果を、図５及び図６を用いながら説明する。

図５は、本実施形態における動翼流出角の分布（図中実線）及び従来技術における動翼流出角の分布（図中点線）を表す図であり、縦軸が、主流路７における翼高さ方向の位置を示し、横軸が、動翼５の流出角（言い換えれば、動翼５の下流側における蒸気の絶対流れ角）を示している。なお、動翼５の流出角は、ロータ軸方向を基準（ゼロ）とし、軸方向速度に対し周方向速度が大きくなるにつれて、流出角の絶対値が９０度に近づくようになっている。図６は、本実施形態における動翼損失係数の分布（図中実線）及び従来技術における動翼損失係数の分布（図中点線）を表す図であり、縦軸が、主流路７における翼高さ方向の位置を示し、横軸が、動翼５の損失係数を示している。

上述したように、主流路７の静翼２の下流側（言い換えれば、動翼５の上流側）から隙間流路１３に漏れ蒸気が流入し、漏れ蒸気が隙間流路１３を経由して主流路７の動翼の下流側に流出している。このとき、主流路７の静翼２の下流側から隙間流路１３に流入する漏れ蒸気は、大きな周方向速度成分を持つ流れであり、最終段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６外周面との間隙を通過した漏れ蒸気も、大きな周方向速度成分を持つ流れとなっている。

そして、上述した突起部１６や遮蔽板１８を設けないような従来技術では、隙間流路１３から主流路７に流出する漏れ蒸気は、大きな周方向速度成分を持つ流れとなる。一方、主流路７にて動翼５を通過した主流蒸気は、上述したように周方向速度成分をほぼ持たない流れとなっている。そのため、図５で示すように、翼先端付近以外の領域にて流れ角がほぼゼロであるものの、翼先端付近の領域にて流れ角が−９０度に近づいている。また、従来技術では、突起部１６が存在しないから、隙間流路１３から主流路７に流出する漏れ蒸気の径方向速度が比較的大きい。そのため、図５で示すように、漏れ蒸気の影響を受ける翼高さ方向の範囲も比較的大きい。その結果、図６で示すように、混合損失が大きくなる。

これに対し、本実施形態では、隙間流路１３の下流側に周方向速度成分を抑えた循環流を生成し、この循環流の干渉により、隙間流路１３から主流路７の動翼５の下流側に流出する漏れ蒸気の流れに対して、周方向速度成分を効果的に除去することができる。すなわち、隙間流路１３から主流路７に流出する漏れ蒸気は、周方向速度成分をほぼ持たない流れとなる。そのため、図５で示すように、翼先端付近の領域でも、流れ角がほぼゼロである。また、本実施形態では、突出部１６の存在により、隙間流路１３から主流路７に流出する漏れ蒸気の径方向速度を低減することができる。そのため、図５で示すように、漏れ蒸気の影響を受ける翼高さ方向の範囲も比較的小さい。その結果、図６で示すように、混合損失を低減することができ、段効率を向上させることができる。

なお、本実施形態の効果は、動翼列と静翼列の組合せである段落が単数である場合よりも複数である場合のほうが大きい。従来技術では、上述したように、翼先端付近の領域の流れ角が他の領域の流れ角と異なり、翼高さ方向で捻れた流れとなっている。そして、静翼の入口翼角は翼高さ方向で大きく変わらないため、前述した流れが下流側の静翼に流入すると、端面境界層の発達や二次流れの成長を助成して、干渉損失が生じる。これに対し、本実施形態では、上述したように、翼先端付近の領域の流れ角が他の領域の流れ角とほぼ同じであり、翼高さ方向で均一な流れとなっている。そして、前述した流れが静翼に流入しても、静翼のインシデンスが大きくずれることはなく、干渉損失の発生を抑えることができる。すなわち、下流側の静翼の二次流れ損失の増加を抑えることができ、下流側の段効率を向上させることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、図４で示したように、遮蔽板１８の周方向間隔（角度換算）が動翼５の周方向間隔（角度換算）とほぼ同じである場合（言い換えれば、遮蔽板１８の数が動翼５の数と同じである場合）を例にとったが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、主流路７の静翼２の下流側から隙間流路１３に流入する漏れ蒸気の周方向速度によっては、遮蔽板１８の数を動翼５の数より減らしても、上記第１の実施形態と同様の効果を発揮しうる。このような場合には、遮蔽板１８の数を動翼５の数より減らしてもよい。

また、上記第１の実施形態においては、主流路７の動翼５の下流側（言い換えれば、静翼２の上流側）における主流蒸気の周方向速度がほぼゼロであることから、遮蔽板１８は、ロータ４の回転の接線方向に対して垂直となるように配置された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、主流路７の動翼５の下流側における蒸気の周方向速度によっては、遮蔽板１８を、ロータ周方向に若干傾斜させてもよい。このような場合も、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態においては、図２で示したように、シュラウド６の下流側端面に突起部を設けない場合を例にとって説明したが、これに限られず、シュラウド６の下流側端面に突起部を設けてもよい。具体的には、例えば図７で示す一変形例のように、シュラウド６Ａの下流側端面に、突起部１６よりロータ半径方向内側（図中下側）に位置する内側突起部１９を設けてもよい。この内側突起部１９の外周面は、突起部１６の内周面に対向しており、ロータ軸方向の上流側（図中左側）から下流側（図中右側）に向かってロータ半径方向の外側（図中上側）から内側（図中下側）に傾斜している。すなわち、突起部１６の内周面と内側突起部１９の外周面との間には、漏れ蒸気の案内流路が形成されている。これにより、図中矢印Ｂ２で示すように、隙間流路１３から主流路７に流出する漏れ蒸気の流れ方向を、よりロータ軸方向に向けることができる。したがって、混合損失や干渉損失の低減効果をさらに高めることができ、段効率の向上を図ることができる。また、蒸気の逆流防止効果も高めることができる。

あるいは、例えば図８で示す他の変形例のように、シュラウド６Ｂの下流側端面に、突起部１６よりロータ半径方向外側（図中上側）に位置する外側突起部２０を設けてもよい。この外側突起部２０の外周面は、ロータ軸方向の上流側（図中左側）から下流側（図中右側）に向かってロータ半径方向の内側（図中下側）から外側（図中上側）に傾斜している。これにより、図中矢印Ｂ３で示すように、最終段のシールフィン１４Ｄの先端とシュラウド６Ｂの外周面との間隙を通過した漏れ蒸気がロータ半径方向外側に転向して、循環流生成室１７に流入しやすくなる。そのため、循環流Ａ１を高めることができ、循環流Ａ１の干渉による周方向速度成分の除去効果を高めることができる。したがって、混合損失や干渉損失の低減効果をさらに高めることができ、段効率の向上を図ることができる。

また、上記第１の実施形態及び変形例においては、４段のシールフィン１４Ａ〜１４Ｄと１つの段差部１５を有するラビリンスシールを例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形可能である。すなわち、シールフィンの段数は、４つに限られず、２つ、３つ、又は５つ以上でもよい。また、段差部を有しなくともよいし、２つ以上の段差部を有してもよい。これらの場合も上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１の実施形態においては、最終段のシールフィン１４Ｄをダイヤフラム外輪１の溝部１２の内周面に設けており、突起部１６の先端は、最終段のシールフィン１４Ｄが対向するシュラウド６の外周面より、ロータ半径方向内側に位置するような構造を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。すなわち、最終段のシールフィンをシュラウド６の外周面に設けてもよい。そして、突起部１６の先端の位置は、例えば最終段のシールフィンの先端（外周縁）あるいは根本（内周縁）より、ロータ半径方向内側に位置するような構造としてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第２の実施形態を図９により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図９は、本実施形態における隙間流路の詳細構造を表す図である。

本実施形態では、シュラウド６Ｃの下流側端部には、切欠が形成されている。すなわち、シュラウド６Ｃは、最終段のシールフィン１４Ｄが対向する外周面２１ａと、この外周面２１ａよりロータ半径方向外側（図中上側）に位置して、最終より１つ前の段のシールフィン１４Ｃが対向する外周面２１ｂと、外周面２１ａと外周面２１ｂとの間で形成された段差側面２２とを有している。

各シールフィンの先端とこれに対向するシュラウド６Ｃの外周面との間隙寸法Ｄ_１は、上記第１の実施形態と同様、静止体側と回転体側の接触を防止しつつ漏れ蒸気の流量が極力小さくなるように設定されている。また、段差側面２２のロータ半径方向寸法Ｄ_３（段差寸法）は、例えば前述した間隙寸法Ｄ_１の５倍以上（本実施形態では、６〜８倍程度）に設定されている。そのため、シールフィン１４Ｄは、シールフィン１４Ｃより、前述した段差寸法Ｄ_３のぶんだけ長くなっている。言い換えれば、シールフィン１４Ｄの先端は、外周面２１ｂよりロータ半径方向内側（図中下側）に位置している。

また、シールフィン１４Ｃとシールフィン１４の間のロータ軸方向寸法Ｈ_３は、シールフィン１４Ａとシールフィン１４Ｂの間のロータ軸方向寸法Ｈ_１又はシールフィン１４Ｂとシールフィン１４Ｃの間のロータ軸方向寸法Ｈ_２の２倍以上（本実施形態では、２〜３倍程度）に設定されている。また、シールフィン１４Ｃと段差側面２２との間のロータ軸方向寸法Ｈ_４は、前述した寸法Ｈ_１又はＨ_２より大きくなっている。

上述した構造により、最終段のシールフィン１４Ｄと最終より１つの前の段のシールフィン１４Ｃとそれらシールフィン１４Ｃ，１４Ｄの間に位置する溝部１２の内周面の一部分とで区画された循環流生成室１７Ａが形成されている。そして、シールフィン１４Ｃの先端とシュラウド６Ｃの外周面２１ｂとの間隙を通過した漏れ蒸気が循環流生成室１７Ａに流入し、シールフィン１４Ｄ等に衝突して、循環流Ａ２を生成するようになっている。

さらに、溝部１２の内周面には、シールフィン１４Ｃ，１４Ｄの間に位置するように（言い換えれば、循環流生成室１７Ａ内に位置するように）、周方向に所定の間隔で配列された複数の遮蔽板１８Ａが固定されている。遮蔽板１８Ａは、ロータ軸方向及びロータ半径方向に延在するものであり、本実施形態では、ロータ４の回転の接線方向に対して垂直となるように配置された平板である。そして、循環流生成室１７Ａに流入した漏れ蒸気（言い換えれば、循環流Ａ２）が遮蔽板１８Ａに衝突することにより、循環流Ａ２の周方向速度成分を抑えるようになっている。このように生成された循環流Ａ２の干渉により、隙間流路１３から主流路７の動翼５の下流側に流出する漏れ蒸気の流れＢ４に対して、周方向速度成分を効果的に除去することができる。言い換えれば、例えば特許文献１に記載のように案内板の間に漏れ蒸気を通過させる場合と比べ、漏れ蒸気の周方向速度の大小にかかわらず、周方向速度成分を効果的に除去することができる。

なお、本実施形態では、ダイヤフラム外輪１Ａの内周面８ｂは、シールフィン１４Ｄの先端より、ロータ径方向外側に位置している。これにより、隙間流路１３から主流路７の動翼５の下流側に流出する漏れ蒸気を、ロータ軸方向に向けるようになっている。また、蒸気タービンの起動時などに、静止体側と回転体側の熱伸び差によって静止体側と回転体側の相対位置関係が軸方向に大きくずれる場合でも、シュラウド６Ｃの下流側端部とダイヤフラム外輪１が衝突しないようになっている。

以上のような本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、混合損失等の低減効果を高めることができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象として、軸流タービンの一つである蒸気タービンを例にとって説明したが、これに限られず、ガスタービン等に適用してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

１，１Ａダイヤフラム外輪
２静翼
３ダイヤフラム内輪
４ロータ
５動翼
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃシュラウド
７主流路
１２溝部
１３隙間流路
１４Ａ〜１４Ｄシールフィン
１６突起部
１７，１７Ａ循環流生成室
１８，１８Ａ遮蔽板
２０外側突起部
２１ａ，２１ｂ外周面
２２段差側面

Claims

静止体の内周側に設けられ、周方向に配列された複数の静翼と、
回転体の外周側に設けられ、周方向に配列された複数の動翼と、
前記複数の静翼が配置されるとともに、それらの下流側に前記複数の動翼が配置されて、作動流体が流通する主流路と、
前記複数の動翼の外周側に設けられたシュラウドと、
前記静止体に形成され、前記シュラウドを収納する環状の溝部と、
前記溝部と前記シュラウドとの間で形成され、前記主流路の前記静翼の下流側から作動流体の一部が流入して、前記主流路の前記動翼の下流側に流出する隙間流路と、
前記隙間流路に設けられた複数段のシールフィンと、
前記隙間流路の下流側に形成された循環流生成室と、
前記循環流生成室内に位置するように前記静止体に固定され、前記回転体の軸方向及び半径方向に延在する複数の遮蔽板と、を有することを特徴とする軸流タービン。
請求項１記載の軸流タービンにおいて、
前記溝部の下流側側面から前記シュラウドの下流側端面に向かって突出する環状の第１突起部を設けており、
前記循環流生成室は、前記複数段のシールフィンのうちの最終段のシールフィンより下流側に位置する前記溝部の内周面の一部分と前記溝部の下流側側面と前記第１突起部の外周面で区画されたことを特徴とする軸流タービン。
請求項２記載の軸流タービンにおいて、
前記シュラウドの下流側端面に、前記第１突起部より前記回転体の半径方向外側に位置する環状の外側突起部を設け、
前記外側突起部の外周面は、前記回転体の軸方向の上流側から下流側に向かって前記回転体の半径方向の内側から外側に傾斜したことを特徴とする軸流タービン。
請求項１記載の軸流タービンにおいて、
前記複数段のシールフィンは、前記溝部の内周面に設けられており、
前記シュラウドは、前記複数段のシールフィンのうちの最終段のシールフィンが対向する第１の外周面と、前記第１の外周面よりロータ半径方向外側に位置して、最終より１つ前の段のシールフィンが対向する第２の外周面と、前記第１の外周面と第２の外周面との間で形成された段差側面とを有し、
前記最終段のシールフィンの先端は、前記第２の外周面よりロータ半径方向内側に位置し、
前記最終段のシールフィンと前記最終より１つ前の段のシールフィンとの間のロータ軸方向寸法、並びに前記最終段のシールフィンと前記段差側面との間のロータ軸方向寸法は、他のシールフィン間のロータ軸方向寸法より大きく、
前記循環流生成室は、前記最終段のシールフィンと前記最終より１つの前の段のシールフィンとそれらシールフィンの間に位置する前記溝部の内周面の一部分とで区画されたことを特徴とする軸流タービン。