JP2017186907A - センサカバー、センサ、及び蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】センサカバーは、エロージョンの影響を抑えることができる。
【解決手段】センサカバーは、蒸気タービンにおけるセンサのセンサカバーである。センサカバーは、蒸気流路でケーシングからロータの外周面に向かって、軸線を中心とする径方向Ｄｒに延びるカバー本体６０を備える。カバー本体６０は、径方向Ｄｒと交差する断面において外側に向かって凸状をなして湾曲する凸曲面６１１を有する本体部６１と、本体部６１から蒸気の流れ方向Ｄｆの上流側に向かって次第に細くなるように突出する突出部６２と、を備える。突出部６２は、径方向Ｄｒと交差する断面において、凸曲面６１１から前記上流側に向かって延びる第一面６２１と、凸曲面６１１から前記上流側に向かって延び、第一面６２１と交差して角部６２３を形成する第二面６２２とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、センサカバー、センサ、及び蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、機械駆動用などに用いられ、回転可能に支持されたロータと、ロータを覆うケーシングとを有している。蒸気タービンは、ロータに対して作動流体としての蒸気が供給されることによって回転駆動される。蒸気タービンは、ロータに動翼が設けられ、ロータを覆うケーシングに静翼が設けられている。蒸気タービンの蒸気流路には、動翼と静翼とが交互に複数段配設されて構成されている。蒸気流路に蒸気が流れることで、静翼により蒸気の流れが整流され、動翼を介してロータが回転駆動される。

このような蒸気タービンにおいて、蒸気流路を流れている蒸気中に水滴（ドレン）が発生する。この水滴を含む蒸気が蒸気流路を流れて、蒸気流路内に配置された動翼等の構造物に水滴が衝突すると、表面を侵食するエロージョンが発生する。

そのため、特にエロージョンが発生しやすい動翼の前縁部では、エロージョン対策を施す必要がある。例えば、特許文献１には、エロージョン対策として、動翼の前縁部の翼断面形状を鋭角に形成して、翼表面に対する水滴の衝突角度を変えた動翼が記載されている。

ところで、蒸気流路には動翼以外にも各種センサが配置されている。このようなセンサは、蒸気流路を流通する蒸気に曝される位置に配置されることで、表面に水滴が衝突する。その結果、センサはエロージョンの影響を大きく受ける。そこで、センサの表面が蒸気に曝されないように、ケーシングの内面にセンサを埋め込む構造がある。

特開平５−１９５７０２号公報

しかしながら、センサ特性を向上させるためには、蒸気流路内にセンサを配置することが好ましい。そのため、センサを蒸気流路に配置しながら、エロージョンの影響を抑えたいという要望がある。

本発明は、上記要望に応えるためになされたものであって、エロージョンの影響を抑えることが可能なセンサカバー、センサ、及び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、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様におけるセンサカバーは、軸線を中心として回転するロータと、前記ロータを外周側から囲うとともに、前記ロータとの間で蒸気が流通する蒸気流路を画成するケーシングと、を備える蒸気タービンにおけるセンサのセンサカバーであって、前記蒸気流路で前記ケーシングから前記ロータの外周面に向かって、前記軸線を中心とする径方向に延びるカバー本体を備え、該カバー本体は、前記径方向と交差する断面において外側に向かって凸状をなして湾曲する凸曲面を有する本体部と、前記本体部から前記蒸気の流れ方向の上流側に向かって次第に細くなるように突出する突出部と、を備え、前記突出部は、前記径方向と交差する断面において、前記凸曲面から前記上流側に向かって延びる第一面と、前記凸曲面から前記上流側に向かって延び、前記第一面と交差して角部を形成する第二面とを有する。

このような構成によれば、上流側から流れてくる蒸気をセンサカバーの表面に垂直に衝突させることなく、角部によって第一面及び第二面のそれぞれに沿って流通させることができる。第一面と第二面とのそれぞれに沿って流れた蒸気は、凸曲面に対して傾斜して接触するため、凸曲面に対しても垂直に衝突することなく本体部の下流側まで流れる。その結果、センサカバーの表面に衝突する水滴の量を低減させ、エロージョンを生じにくくすることができる。

また、本発明の第二の態様におけるセンサカバーでは、第一の態様において、前記第一面及び前記第二面は、前記径方向と交差する断面において、前記凸曲面に対する接線をなすように接続されていてもよい。

このような構成によれば、第一面及び第二面に沿って流れる蒸気は、凸曲面に達した際に凸曲面と衝突することなく、凸曲面に沿って流れることができる。そのため、凸曲面に衝突する水滴の量を低減させ、凸曲面でのエロージョンをより生じにくくすることができる。

また、本発明の第三の態様におけるセンサカバーでは、第一または第二の態様において、前記第一面及び前記第二面は、前記径方向と交差する断面において、内側に向かって凹状をなす曲面によって形成されていてもよい。

このような構成によれば、第一面及び第二面に沿って流れる蒸気の流れる方向を緩やかに変えることができる。これにより、第一面及び第二面に対して蒸気中の水滴をより衝突し難くさせることができる。

また、本発明の第四の態様におけるセンサカバーでは、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて前記突出部は、前記ケーシングから離れるにしたがって前記角部のなす角度が小さくなっていてもよい。

このような構成によれば、ケーシングから離れており、蒸気に曝されやすい突出部の領域に対して、上流側から流れてくる蒸気を第一面及び第二面に衝突させることなく、それぞれに沿って流れやすくすることができる。したがって、エロージョンの影響を受け易い部分に対して、重点的にエロージョン対策を施すことができる。

また、本発明の第五の態様におけるセンサカバーでは、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記カバー本体は、前記ケーシングに対して前記径方向に延びる仮想線周りに回転可能に支持され、前記径方向と交差する断面において、前記本体部から前記蒸気の流れ方向の下流側に向かって突出し、前記流れ方向への突出量が前記突出部よりも大きな下流突出部を有していてもよい。

このような構成によれば、蒸気の流れ方向が不明であったり、蒸気の流れが変化する場合であったりしても、下流突出部が蒸気を受けてカバー本体を回転させることで、突出部を上流側に向けることができる。これにより、蒸気流路内の蒸気の流れ方向によらず、突出部を流れ方向の上流側に高い精度で向けることができる。そのため、センサカバーに対するエロージョンの影響を高い精度で抑えることができる。

また、本発明の第六の態様におけるセンサカバーでは、第五の態様において、前記下流突出部は、前記径方向と交差する断面において、前記凸曲面から前記下流側に向かって延びる第三面と、前記凸曲面から前記下流側に向かって延び、前記第三面と交差して下流側角部を形成する第四面とを有していてもよい。

このような構成によれば、下流突出部で蒸気を受けても、蒸気の流れを乱すことなくカバー本体の下流側に蒸気を送ることができる。したがって、カバー本体を回転させる際のロスを抑えて、カバー本体を蒸気の流れ方向に合わせて回転させることができる。

また、本発明の第七の態様におけるセンサは、第一から第六の態様のいずれか一つのセンサカバーを有する。

このような構成によれば、センサカバーによってエロージョンの影響を抑えてセンサの長寿命化を図ることができる。

また、本発明の第八の態様における蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、前記ロータを外周側から囲うとともに、前記ロータとの間で蒸気が流通する蒸気流路を画成するケーシングと、第九の態様のセンサと、を備える。

このような構成によれば、センサの長寿命を図ることができ、センサの交換頻度を低減することができる。そのため、蒸気タービンを停止させる頻度を低減し、効率的に運転することができる。

本発明によれば、エロージョンの影響を抑えることができる。

本発明の実施形態における蒸気タービンの構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態の蒸気タービンでのセンサの配置を説明する模式図である。 本発明の第一実施形態におけるセンサカバーを説明する斜視図である。 本発明の第一実施形態におけるセンサカバーを説明する断面図である。 本発明の第二実施形態におけるセンサカバーを説明する断面図である。 本発明の第三実施形態におけるセンサカバーを説明する斜視図である。 図６におけるセンサカバーのケーシング側のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を説明する断面図である。 図６におけるセンサカバーの動翼側のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を説明する断面図である。 本発明の第四実施形態におけるセンサカバーを説明する断面図である。 本発明の第五実施形態におけるセンサカバーを説明する断面図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る実施形態について図を参照して説明する。
蒸気タービン１００は、蒸気Ｓのエネルギーを回転動力として取り出す回転機械である。本実施形態の蒸気タービン１００は、図１に示すように、ケーシング１と、静翼２と、ロータ３と、軸受部４と、センサ５とを備えている。

なお、以下では、ロータ３の軸線Ａｃが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸線Ａｃを中心とする周方向Ｄｃを単に周方向Ｄｃ、軸線Ａｃを中心とする径方向を単に径方向Ｄｒとする。また、周方向Ｄｃは、ロータ３の回転する回転方向を含む方向である。

ケーシング１は、ロータ３との間に蒸気Ｓが流通する蒸気流路１３を画成している。ケーシング１は、ロータ３を径方向Ｄｒの外側である外周側から囲っている。ケーシング１には、軸方向Ｄａの一方側である前段側にケーシング１内に蒸気Ｓを導く蒸気入口１１が形成されている。ケーシング１には、軸方向Ｄａの他方側である後段側にケーシング１内を通った蒸気Ｓを外部に排出する蒸気出口１２が形成されている。蒸気流路１３は、蒸気入口１１と蒸気出口１２とに連通するようケーシング１の内部に形成されている。

静翼２は、ロータ３の周方向Ｄｃに沿って並んでケーシング１の径方向Ｄｒの内側を向く内面に複数設けられている。静翼２は、ロータ３に対して径方向Ｄｒに間隔を空けて配置されている。静翼２は、後述する動翼３２と軸方向Ｄａに間隔を空けて配置されている。

ロータ３は、軸線Ａｃを中心として回転する。ロータ３は、ロータ本体３１と、動翼３２とを有する。
ロータ本体３１は、ケーシング１を貫通するように軸方向Ｄａに延びている。ロータ本体３１は、動翼３２が設けられた中間部分がケーシング１の内部に収容されている。ロータ本体３１の両端部は、ケーシング１の外部に突出している。ロータ本体３１の両端部は、軸受部４により回転可能に支持されている。

動翼３２は、ロータ本体３１の周方向Ｄｃに複数並んで配置されている。複数の動翼３２は、環状をなしてロータ本体３１の外周面に配置されている。動翼３２は、蒸気流路１３内に配置されている。動翼３２は、軸方向Ｄａに蒸気流路１３内を流れる蒸気Ｓを受けて軸線Ａｃ回りにロータ本体３１を回転させる。本実施形態の動翼３２は、径方向Ｄｒに延びる翼本体３２ａと、この翼本体３２ａの径方向Ｄｒの外側の先端に設けられているシュラウド部３２ｂとを有する。動翼３２は、シュラウド部３２ｂの径方向Ｄｒの外側を向く面が、蒸気流路１３に面するケーシング１の内面と隙間を空けて対向するよう配置されている。

軸受部４は、ロータ３を軸線Ａｃ回りに回転可能に支持している。軸受部４は、ロータ本体３１の両端部にそれぞれ設けられたジャーナル軸受４１と、ロータ本体３１の一端側に設けられたスラスト軸受４２と、を備えている。

センサ５は、蒸気流路１３内に飛び出るように配置されている。本実施形態のセンサ５は、ケーシング１の内面から径方向Ｄｒに内側に突出するように取り付けられている。センサ５は、蒸気流路１３内の最も後段側に配置された動翼３２に対応する位置に設けられている。センサ５は、蒸気タービン１００の運転状況に関連する物理量を計測する。具体的には、本実施形態のセンサ５は、動翼３２との距離を計測することで、ケーシング１の内面とシュラウド部３２ｂとのクリアランスを検出する。センサ５は、図２に示すように、シュラウド部３２ｂの径方向Ｄｒの外側を向く面までの距離を計測するセンサ本体５１と、センサ本体５１を内部に収容するセンサカバー６とを有する。

なお、センサ本体５１は、本実施形態のように距離を計測する計測器に限定されるわけではなく、蒸気Ｓの物理量を検出する計測器であってもよい。例えば、センサ本体５１は、公知の圧力センサや温度センサであってもよい。

センサカバー６は、内部にセンサ本体５１を収容可能とされている。センサカバー６は、蒸気流路１３でケーシング１からロータ３の外周面に向かって、径方向Ｄｒに延びるカバー本体６０を備える。カバー本体６０は、蒸気流路１３中の蒸気Ｓの流れに曝されるように配置されている。カバー本体６０は、図３に示すように、径方向Ｄｒに延びる仮想線Ｏ１に沿って延びている。カバー本体６０は、仮想線Ｏ１を中心とする有底筒状をなしている。カバー本体６０は、ケーシング１に取り付けられている。カバー本体６０は、底部分が蒸気流路１３内に配置されるようにケーシング１から延びている。本実施形態のカバー本体６０は、本体部６１と、突出部６２とを有する。

本体部６１は、内部にセンサ本体５１を収容する空間が形成されている。本体部６１は、径方向Ｄｒと交差する断面において外側に向かって凸状をなして湾曲する凸曲面６１１を有する。本実施形態の本体部６１は、仮想線Ｏ１を中心とする略円筒状をなしている。つまり、凸曲面６１１は、径方向Ｄｒと直交する周方向Ｄｃ断面において、仮想線Ｏ１を中心とする円弧状をなしている。本体部６１は、仮想線Ｏ１の延びる一方（図３紙面上方）の端部がケーシング１の内面に固定されている。

なお、本体部６１は、本実施形態のように仮想線Ｏ１を中心とする略円筒状をなしている構造に限定されるものではない。例えば、本体部６１は、径方向Ｄｒと直交する周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１が楕円弧状となるような筒状に形成されていてもよい。

突出部６２は、本体部６１から蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆの上流側に向かって次第に細くなるように突出している。本実施形態の突出部６２は、本体部６１と一体に形成されている。突出部６２は、図４に示すように、周方向Ｄｃ断面が略三角形状をなすように先細りに形成されている。突出部６２は、周方向Ｄｃ断面において、流れ方向Ｄｆの上流側に面する凸曲面６１１の半分程度を覆うように形成されている。突出部６２は、第一面６２１と、第二面６２２とを有する。

ここで、蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆとは、蒸気流路１３内のセンサ５が配置されている位置での蒸気Ｓの流通する方向である。本実施形態における蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆとは、ロータ３の回転する回転方向である。したがって、流れ方向Ｄｆの上流側は、周方向Ｄｃの一方側であって、ロータ３の回転方向の後方側である。また、流れ方向Ｄｆの下流側は、周方向Ｄｃの他方側であって、ロータ３の回転方向の前方側である。

第一面６２１は、径方向Ｄｒと交差する断面において、凸曲面６１１から上流側に向かって延びている。ここで、カバー本体６０の周方向Ｄｃ断面において、仮想線Ｏ１と直交して流れ方向Ｄｆに延びる仮想の線を仮想中心線Ｏ２と称する。第一面６２１は、周方向Ｄｃ断面での仮想中心線Ｏ２に対して、流れ方向Ｄｆと直交する方向の一方側（図４の紙面左側）に形成されている。第一面６２１は、周方向Ｄｃ断面において、上流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように凸曲面６１１から延びている。つまり、第一面６２１は、流れ方向Ｄｆに対して傾斜して設けられている。本実施形態の第一面６２１は、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１に対する接線をなすように、凸曲面６１１に接続された平面である。第一面６２１は、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１との接続部分と仮想線Ｏ１とを結ぶ線が仮想中心線Ｏ２に対して３０°程度の角度となるように凸曲面６１１に接続されている。

第二面６２２は、径方向Ｄｒと交差する断面において、凸曲面６１１から上流側に向かって延びている。第二面６２２は、周方向Ｄｃ断面での仮想中心線Ｏ２に対して、流れ方向Ｄｆと直交する方向の他方側（図４の紙面右側）に形成されている。第二面６２２は、第一面６２１と交差して接続されて角部６２３を形成している。第二面６２２は、仮想中心線Ｏ２上で第一面６２１と接続されている。本実施形態の第二面６２２は、仮想中心線Ｏ２を境界として第一面６２１と対称に形成された平面である。第二面６２２は、周方向Ｄｃ断面において、上流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように延びている。つまり、第二面６２２は、流れ方向Ｄｆに対して傾斜して設けられている。第二面６２２は、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１に対する接線をなすように、凸曲面６１１に接続されている。第二面６２２は、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１との接続部分と仮想線Ｏ１とを結ぶ線が仮想中心線Ｏ２に対して３０°程度の角度となるように凸曲面６１１に接続されている。

角部６２３は、第一面６２１と第二面６２２との接続部分である。本実施形態の角部６２３は、周方向Ｄｃ断面において、本体部６１よりも流れ方向Ｄｆの上流側で仮想中心線Ｏ２上に形成されている。角部６２３は、周方向Ｄｃ断面での角度が鈍角をなしている。

上記のような蒸気タービン１００では、センサ５は、蒸気Ｓが流通する蒸気流路１３内に配置されている。この蒸気Ｓ中では、圧力低下とともに水滴（ドレン）が発生する。特に最後段付近では、蒸気流路１３内の圧力が低下しているために、水滴が発生し易くなる。そのため、動翼３２が回転することによって流れ方向Ｄｆが周方向Ｄｃに沿う方向とされて流通する蒸気Ｓ中の水滴が、センサ５に向かって流れてセンサカバー６に衝突する。

ところが、上記のようなセンサカバー６を有するセンサ５によれば、上流側に向かって凸曲面６１１から延びる第一面６２１と第二面６２２とによって、角部６２３が本体部６１から離れた位置で仮想中心線Ｏ２上に形成されている。そのため、上流側から流れてくる蒸気Ｓは、角部６２３からセンサカバー６に接触する。その結果、第一面６２１及び第二面６２２のような表面に対して垂直に蒸気Ｓを衝突させることなく、角部６２３によって第一面６２１及び第二面６２２のそれぞれに沿って蒸気Ｓを流通させることができる。第一面６２１及び第二面６２２のそれぞれに沿って流れた蒸気Ｓは、凸曲面６１１に対して傾斜して接触するため、凸曲面６１１に対しても垂直に衝突することなく本体部６１の下流側まで流れる。その結果、センサカバー６の表面に衝突する水滴の量を低減させ、エロージョンを生じにくくすることができる。これにより、センサカバー６に対するエロージョンの影響を抑えることができる。

また、周方向Ｄｃ断面において、第一面６２１と第二面６２２とが凸曲面６１１に対して接線となるように接続されている。そのため、第一面６２１及び第二面６２２に沿って流れる蒸気Ｓは、凸曲面６１１に達した際に凸曲面６１１と衝突することなく、凸曲面６１１に沿って流れることができる。そのため、凸曲面６１１に衝突する水滴の量を低減させ、凸曲面６１１でのエロージョンをより生じにくくすることができる。

また、このようなセンサカバー６を有するセンサ５によれば、エロージョンによりセンサカバー６が欠けてセンサ本体５１が蒸気Ｓに曝されてしまうことを抑えることができる。したがって、センサカバー６によってエロージョンの影響を抑えてセンサ５の長寿命化を図ることができる。

また、最も後段側の動翼３２の先端と対向する位置に配置されたセンサ５に対して、上記のようなセンサカバー６を用いている。そのため、蒸気流路１３内で最も圧力が低く蒸気Ｓ中の水滴が最も多いエリアに配置されたセンサ５をエロージョンから保護することができる。

また、このようなセンサ５を用いた蒸気タービン１００によれば、センサ５の長寿命を図ることができ、センサ５の交換頻度を低減することができる。そのため、蒸気タービン１００を停止させる頻度を低減し、効率的に運転することができる。

《第二実施形態》
次に、図５を参照して第二実施形態のセンサカバーについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のセンサカバー６Ａは、突出部６２Ａの構成について第一実施形態と相違する。

第二実施形態のカバー本体６０Ａの突出部６２Ａは、第一実施形態と同様に、本体部６１から蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆの上流側に向かって次第に細くなるように突出している。突出部６２Ａでは、第一面６２１Ａ及び第二面６２２Ａは、図５に示すように、径方向Ｄｒと交差する断面において、内側に向かって凹状をなす曲面によって形成されている。第二実施形態の突出部６２Ａでは、流れ方向Ｄｆの上流側に向かうにしたがって、第一面６２１Ａと第二面６２２Ａとがなす角度が小さくなるように、第一面６２１Ａと第二面６２２Ａとが湾曲している。突出部６２Ａは、第一実施形態と同様に、流れ方向Ｄｆの上流側に面する凸曲面６１１の半分程度を覆うように形成されている。

第二実施形態の第一面６２１Ａは、周方向Ｄｃ断面において、流れ方向Ｄｆの上流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように凹む凹曲面である。第一面６２１Ａは、凸曲面６１１に対して第一実施形態と同じ位置から上流側に向かって延びている。

第二実施形態の第二面６２２Ａは、周方向Ｄｃ断面において、流れ方向Ｄｆの上流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように凹む凹曲面である。第二面６２２Ａは、仮想中心線Ｏ２上で第一面６２１Ａと接続されている。第二実施形態の第二面６２２Ａは、第一実施形態よりも凸曲面６１１から上流側に離れた位置で第一面６２１Ａと接続されている。第二面６２２Ａは、仮想中心線Ｏ２を境界として第一面６２１Ａと対称に形成された凹曲面である。第二面６２２Ａは、凸曲面６１１に対して第一実施形態と同じ位置から上流側に向かって延びている。

第二実施形態の角部６２３Ａは、第一実施形態の角部６２３Ａよりも小さな角度（例えば、鋭角）で形成されている。角部６２３Ａは、第一実施形態の角部６２３Ａよりも仮想中心線Ｏ２上の上流側に位置している。

第二実施形態のセンサカバー６Ａによれば、第一面６２１Ａと第二面６２２Ａとが凹曲面として形成されていることで、第一面６２１Ａ及び第二面６２２Ａに沿って流れる蒸気Ｓの流れる方向を緩やかに変えることができる。これにより、第一面６２１Ａ及び第二面６２２Ａに対して蒸気Ｓ中の水滴をより衝突し難くさせることができる。したがって、センサカバー６Ａに対するエロージョンの影響をより抑えることができる。

また、角部６２３Ａが鋭角のように小さい角度で形成されることで、上流側から流れてくる蒸気Ｓを第一面６２１Ａ及び第二面６２２Ａに衝突させることなく、それぞれに沿って流れやすくすることができる。したがって、センサカバー６Ａに対するエロージョンの影響をより一層抑えることができる。

《第三実施形態》
次に、図６から図８を参照して第三実施形態のセンサカバーについて説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態のセンサカバー６Ｂは、突出部６２Ｂの構成について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。

第三実施形態のカバー本体６０Ｂの突出部６２Ｂでは、図６に示すように、ケーシング１から離れるにしたがって角部６２３Ｂのなす角度が小さくなっている。具体的には、第二実施形態の突出部６２Ｂは、ケーシング１に近い径方向Ｄｒの外側と、シュラウド部３２ｂに近い径方向Ｄｒの内側とで、本体部６１から上流側への突出量が異なっている。具体的には、突出部６２Ｂは、径方向Ｄｒの外側から径方向Ｄｒの内側に向かって延びるにしたがって、上流側に向かって突出している。突出部６２Ｂは、第一実施形態と同様に、本体部６１から蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆの上流側に向かって次第に細くなるように突出している。突出部６２Ｂは、流れ方向Ｄｆの上流側に面する凸曲面６１１の半分程度を覆うように形成されている。

第三実施形態の第一面６２１Ｂは、周方向Ｄｃ断面において、上流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように延びている。第一面６２１Ｂは、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１に接続された平面である。第一面６２１Ｂは、図７及び図８に示すように、ケーシング１から離れるように径方向Ｄｒに延びるにしたがって、周方向Ｄｃ断面での仮想中心線Ｏ２に対する角度が小さくなるように傾斜している。つまり、第一面６２１Ｂは、ケーシング１からシュラウド部３２ｂに近づくにしたがって、上流側に向かって延びるように形成されている。ケーシング１に近い位置の第一面６２１Ｂは、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１との接続部分と仮想線Ｏ１とを結ぶ線が仮想中心線Ｏ２に対して３０°程度の角度となるように凸曲面６１１に接続されている。この角度がケーシング１から離れるにしたがって大きくなるように、第一面６２１Ｂは凸曲面６１１に接続されている。

第三実施形態の第二面６２２Ｂは、周方向Ｄｃ断面において、上流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように延びている。第二面６２２Ｂは、ケーシング１から離れるように径方向Ｄｒに延びるにしたがって、周方向Ｄｃ断面での仮想中心線Ｏ２に対する角度が小さくなるように傾斜している。つまり、第二面６２２Ｂは、ケーシング１からシュラウド部３２ｂに近づくにしたがって、上流側に向かって延びるように形成されている。第二面６２２Ｂは、仮想中心線Ｏ２上で第一面６２１Ｂと接続されている。第二面６２２Ｂは、仮想中心線Ｏ２を境界として第一面６２１Ｂと対称に形成された平面である。ケーシング１に近い位置の第二面６２２Ｂは、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１との接続部分と仮想線Ｏ１とを結ぶ線が仮想中心線Ｏ２に対して３０°程度の角度となるように凸曲面６１１に接続されている。この角度がケーシング１から離れるにしたがって大きくなるように、第二面６２２Ｂは凸曲面６１１に接続されている。

角部６２３Ｂは、ケーシング１から離れるにしたがって、本体部６１から離れるように仮想中心線Ｏ２上の上流側に位置するように形成されている。つまり、角部６２３Ｂは、周方向Ｄｃ断面での角度がケーシング１からシュラウド部３２ｂに近づくにしたがって小さくなるように形成されている。

第三実施形態のセンサカバー６Ｂによれば、径方向Ｄｒの内側に向かうにしたがって角部６２３Ｂの角度が小さく形成されている。そのため、ケーシング１から離れており、蒸気Ｓに曝されやすい突出部６２Ｂの径方向Ｄｒの内側の領域に対して、上流側から流れてくる蒸気Ｓを第一面６２１Ｂ及び第二面６２２Ｂに衝突させることなく、それぞれに沿って流れやすくすることができる。したがって、エロージョンの影響を受け易い部分に対して、重点的にエロージョン対策を施すことができる。したがって、センサカバー６Ｂに対するエロージョンの影響を効果的に抑えることができる。

《第四実施形態》
次に、図９を参照して第四実施形態のセンサカバーについて説明する。
第四実施形態においては第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第四実施形態のセンサカバー６Ｃは、ケーシング１に対して回転可能とされ、下流突出部７を有する点で第一実施形態と相違する。

第一実施形態のセンサカバー６Ｃのカバー本体６０Ｃは、ケーシング１に対して仮想線Ｏ１周りに回転可能に支持されている。本実施形態のカバー本体６０Ｃは、内部にセンサ本体５１を収容した状態でケーシング１及びセンサ本体５１に対して回転可能とされている。カバー本体６０Ｃは、本体部６１Ｃと、突出部６２と、下流突出部７を有する。

本体部６１Ｃは、センサ５を内部に収容している。本体部６１Ｃは、ケーシング１の内面に対して仮想線Ｏ１回りに回転可能とされている。第四実施形態の本体部６１Ｃは、図９に示すように、第一実施形態の本体部６１と同じ形状をなしている。

第四実施形態の突出部６２は、本体部６１Ｃと一体に形成されている。突出部６２は、第一実施形態の突出部と同じ構成を有している。

下流突出部７は、径方向Ｄｒと交差する断面において、本体部６１Ｃから蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆの下流側に向かって突出している。下流突出部７は、流れ方向Ｄｆへの突出量が突出部６２よりも大きく形成されている。本実施形態の下流突出部７は、周方向Ｄｃ断面において、本体部６１Ｃに対して突出部６２と反対側で仮想中心線Ｏ２に沿って突出している。下流突出部７は、板状をなして本体部６１Ｃから突出している。つまり、下流突出部７は、周方向Ｄｃ断面において、仮想中心線Ｏ２を中心とする矩形状をなしている。下流突出部７の本体部６１Ｃから下流側への突出量は、突出部６２の本体部６１Ｃから上流側への突出量よりも大きく形成されている。

第四実施形態のセンサカバー６Ｃによれば、本体部６１Ｃが仮想線Ｏ１回りに回転可能にケーシング１に対して支持されていることで、蒸気Ｓの流れを受けて回転することができる。加えて、下流突出部７が突出部６２よりも突出して形成されていることで、蒸気Ｓの流れを受けた際に、下流突出部７を下流側に向けることができる。したがって、蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆが不明であったり、蒸気Ｓの流れが変化する場合であったりしても、下流突出部７が蒸気Ｓを受けてカバー本体６０Ｃを回転させることで、突出部６２を上流側に向けることができる。これにより、蒸気流路１３内の蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆによらず、突出部６２を流れ方向Ｄｆの上流側に高い精度で向けることができる。そのため、センサカバー６Ｃに対するエロージョンの影響を高い精度で抑えることができる。

《第五実施形態》
次に、図１０を参照して第五実施形態のセンサカバーについて説明する。
第五実施形態においては第一実施形態から第四実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第五実施形態のセンサカバー６Ｄは、下流突出部７Ｄについて第四実施形態と相違する。

第五実施形態のカバー本体６０Ｄの下流突出部７Ｄは、本体部６１から下流側に向かって次第に細くなるように突出している。下流突出部７Ｄは、本体部６１と一体に形成されている。下流突出部７Ｄは、周方向Ｄｃ断面が略三角形状をなすように先細りに形成されている。下流突出部７Ｄは、流れ方向Ｄｆの下流側に面する凸曲面６１１の半分程度を覆うように形成されている。下流突出部７Ｄの本体部６１から下流側への突出量は、第四実施形態と同様に、突出部６２の本体部６１から上流側への突出量よりも大きく形成されている。突出部６２は、第三面７３と、第四面７４とを有する。

第三面７３は、径方向Ｄｒと交差する断面において、凸曲面６１１から下流側に向かって延びている。第三面７３は、周方向Ｄｃ断面において、仮想中心線Ｏ２に対して流れ方向Ｄｆと直交する方向の一方側（図１０の紙面左側）に形成されている。第三面７３は、周方向Ｄｃ断面において、下流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように凸曲面６１１から延びている。つまり、第三面７３は、流れ方向Ｄｆに対して傾斜して設けられている。第三面７３は、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１に対する接線をなすように、凸曲面６１１に接続された平面である。

第四面７４は、径方向Ｄｒと交差する断面において、凸曲面６１１から下流側に向かって延びている。第四面７４は、周方向Ｄｃ断面において、仮想中心線Ｏ２に対して流れ方向Ｄｆと直交する方向の他方側（図１０の紙面右側）に形成されている。第四面７４は、第三面７３と交差して接続されて下流側角部７５を形成している。第四面７４は、仮想中心線Ｏ２上で第三面７３と接続されている。本実施形態の第四面７４は、仮想中心線Ｏ２を境界として第三面７３と対称に形成された平面である。第四面７４は、周方向Ｄｃ断面において、下流側に向かうにしたがって仮想中心線Ｏ２に近づくように延びている。つまり、第四面７４は、流れ方向Ｄｆに対して傾斜して設けられている。第四面７４は、周方向Ｄｃ断面において、凸曲面６１１に対する接線をなすように、凸曲面６１１に接続されている。

下流側角部７５は、第三面７３と第四面７４との接続部分である。本実施形態の下流側角部７５は、周方向Ｄｃ断面において、本体部６１よりも流れ方向Ｄｆの下流側で、仮想中心線Ｏ２上に形成されている。下流側角部７５は、周方向Ｄｃ断面での角度が上流側の角部６２３の角度よりも小さな鈍角をなしている。

第五実施形態のセンサカバー６Ｄによれば、下流突出部７Ｄで蒸気Ｓを受けても、蒸気Ｓの流れを乱すことなくカバー本体６０Ｄの下流側に蒸気Ｓを送ることができる。したがって、カバー本体６０Ｄを回転させる際のロスを抑えて、カバー本体６０Ｄを蒸気Ｓの流れ方向Ｄｆに合わせて回転させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、センサ５は、本実施形態の様に最も後段側のみに配置されることに限定されるものではない。例えば、センサ５は、最も前段側に配置されていてもよい、蒸気流路１３に対して軸方向Ｄａに離れて複数配置されていてもよい。

１００…蒸気タービン Ｓ…蒸気 Ａｃ…軸線 Ｄａ…軸方向 Ｄｃ…周方向 Ｄｒ…径方向 １…ケーシング １１…蒸気入口 １２…蒸気出口 １３…蒸気流路 ２…静翼 ３…ロータ ３１…ロータ本体 ３２…動翼 ３２ａ…翼本体 ３２ｂ…シュラウド部 ４…軸受部 ４１…ジャーナル軸受 ４２…スラスト軸受 ５…センサ ５１…センサ本体 ６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…センサカバー ６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ…カバー本体 Ｏ１…仮想線 ６１、６１Ｃ…本体部 ６１１…凸曲面 ６２、６２Ａ、６２Ｂ…突出部 Ｄｆ…流れ方向 Ｏ２…仮想中心線 ６２１、６２１Ａ、６２１Ｂ…第一面 ６２２、６２２Ａ、６２２Ｂ…第二面 ６２３、６２３Ａ、６２３Ｂ…角部 ７、７Ｄ…下流突出部 ７３…第三面 ７４…第四面 ７５…下流側角部

Claims (8)

1. 軸線を中心として回転するロータと、前記ロータを外周側から囲うとともに、前記ロータとの間で蒸気が流通する蒸気流路を画成するケーシングと、を備える蒸気タービンにおけるセンサのセンサカバーであって、
   前記蒸気流路で前記ケーシングから前記ロータの外周面に向かって、前記軸線を中心とする径方向に延びるカバー本体を備え、
   該カバー本体は、
   前記径方向と交差する断面において外側に向かって凸状をなして湾曲する凸曲面を有する本体部と、
   前記本体部から前記蒸気の流れ方向の上流側に向かって次第に細くなるように突出する突出部と、を備え、
   前記突出部は、前記径方向と交差する断面において、前記凸曲面から前記上流側に向かって延びる第一面と、前記凸曲面から前記上流側に向かって延び、前記第一面と交差して角部を形成する第二面とを有するセンサカバー。
2. 前記第一面及び前記第二面は、前記径方向と交差する断面において、前記凸曲面に対する接線をなすように接続されている請求項１に記載のセンサカバー。
3. 前記第一面及び前記第二面は、前記径方向と交差する断面において、内側に向かって凹状をなす曲面によって形成されている請求項１または請求項２に記載のセンサカバー。
4. 前記突出部は、前記ケーシングから離れるにしたがって前記角部のなす角度が小さくなっている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサカバー。
5. 前記カバー本体は、
   前記ケーシングに対して前記径方向に延びる仮想線周りに回転可能に支持され、
   前記径方向と交差する断面において、前記本体部から前記蒸気の流れ方向の下流側に向かって突出し、前記流れ方向への突出量が前記突出部よりも大きな下流突出部を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセンサカバー。
6. 前記下流突出部は、前記径方向と交差する断面において、前記凸曲面から前記下流側に向かって延びる第三面と、前記凸曲面から前記下流側に向かって延び、前記第三面と交差して下流側角部を形成する第四面とを有する請求項５に記載のセンサカバー。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のセンサカバーを有するセンサ。
8. 軸線回りに回転するロータと、
   前記ロータを外周側から囲うとともに、前記ロータとの間で蒸気が流通する蒸気流路を画成するケーシングと、
   請求項７に記載のセンサと、を備える蒸気タービン。

Images