JP2018168844A - ドレン除去装置及び蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスコストを抑制可能であり、かつ、ドレン入口孔の寸法の管理が容易な蒸気タービンのドレン除去装置を提供する。
【解決手段】蒸気タービンのドレン除去装置は、静翼を保持する外輪部から軸方向に延在するとともに、周方向に沿って延在する第１環状部と、少なくとも部分的に前記第１環状部の内周側において前記周方向に沿って延在し、前記第１環状部に保持されるとともに、前記第１環状部の内周面とともに前記周方向に延在するドレンチャンネルを形成する外周面を有する第２環状部と、を備え、前記第２環状部には、前記ドレンチャンネルに連通するとともに前記第２環状部の内周面に開口する少なくとも１つのドレン入口孔が形成される。
【選択図】 図１

Description

本開示は、ドレン除去装置及びこれを備えた蒸気タービンに関する。

蒸気タービンにおいて、エロージョンの要因となり得るドレンを、蒸気タービンの外部に排出するための工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、ロータ軸の周囲に形成される蒸気通路の外周側にドレンポケットが設けられた蒸気タービンが開示されている。この蒸気タービンにおいて、ドレンポケットは、最終段静翼を固定支持する翼根リングと、該翼根リングの外周側に設けられる内部車室との間においてリング状に設けられており、スリットを介して蒸気通路と連通可能になっている。そして、前述の翼根リング内周面近傍のドレンは、スリットを介してドレンポケットに集められ、ドレンポケットの下部に設けられた排出口から、自重により又は吸引されることにより排出されるようになっている。

また、特許文献２には、ノズルダイヤフラム外輪の側面と、該側面に取付けられたドレンキャッチャホルダーとにより構成されるドレンキャッチャーが設けられた蒸気タービンが開示されている。このドレンキャッチャーは、ノズルダイヤフラム外輪の側面と、ドレンキャッチャホルダーとの間において、全周に亘って形成される溝によって構成される。溝に飛び込んだドレンは、ドレンキャッチャホルダーにより形成される溝底に衝突した後、円周状の溝を伝って下半部に移動し、下半部に設けられた排出口からタービン外部へ排出されるようになっている。

特許第５６５３６５９号公報 実開昭６０−３４５０２号公報

ところで、上述のドレンキャッチャー等でドレンを捕捉する場合、高速のドレンがドレンキャッチャーに衝突することがあるため、ドレンキャッチャーにエロージョンが生じる場合がある。
この点、特許文献２に記載のドレンキャッチャーでは、ノズルダイヤフラム外輪の側面に取付けられたドレンキャッチャホルダーにより形成される溝底でドレンを受けるようになっている。このため、ドレンが衝突する溝底にエロージョンが生じた場合、ドレンキャッチャホルダーのみを交換可能であり、メンテナンスコストが抑制可能であると考えられる。しかしながら、特許文献２の構成では、ドレンを受け入れるドレンキャッチャーの開口部（ドレン入口孔）が、ノズルダイヤフラム外輪と、ドレンキャッチャホルダーとを含む複数の部材で形成されるため、これらの部材の製作公差やこれらの部材を締結する締結力の大きさ等によって開口部の寸法が影響を受ける可能性がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、メンテナンスコストを抑制可能であり、かつ、ドレン入口孔の寸法の管理が容易なドレン除去装置及びこれを備えた蒸気タービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンのドレン除去装置は、
静翼を保持する外輪部から軸方向に延在するとともに、周方向に沿って延在する第１環状部と、
少なくとも部分的に前記第１環状部の内周側において前記周方向に沿って延在し、前記第１環状部に保持されるとともに、前記第１環状部の内周面とともに前記周方向に延在するドレンチャンネルを形成する外周面を有する第２環状部と、を備え、
前記第２環状部には、前記ドレンチャンネルに連通するとともに前記第２環状部の内周面に開口する少なくとも１つのドレン入口孔が形成されている。

上記（１）の構成では、ドレン除去装置は、第１環状部と、少なくとも部分的に第１環状部よりも内周側に位置しドレン入口孔が形成された第２環状部と、を備える。よって、ドレンが衝突しやすい第２環状部のみを耐エロージョン材料で形成することができ、あるいは、ドレン除去装置にエロージョンが生じたときに、第２環状部のみを交換可能であるので、蒸気タービンのメンテナンスコストを抑制することができる。また、上記（１）の構成では、ドレン入口孔は、第２環状部に形成されているので、第２環状部と他の部材によってドレン入口孔が形成される場合に比べて、ドレン入口孔の寸法の管理が容易である。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記第１環状部は前記外輪部に対して軸方向に締結可能に構成される。

上記（２）の構成によれば、第１環状部を外輪部に対して軸方向に締結することにより、ドレン除去装置を外輪に固定することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記第２環状部は前記軸方向において前記外輪部と前記第１環状部との間に挟持される。

上記（３）の構成によれば、第２環状部は軸方向において外輪部と第１環状部との間に挟持されるので、第２環状部をより確実に保持することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記ドレン入口孔は、軸方向に沿って延在するスリットである。

上記（４）の構成によれば、軸方向に沿って延在するスリットによりドレン入口孔が形成されるので、広い軸方向範囲に亘ってドレン入口孔を介してドレンを効率的に回収できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記第２環状部は、前記周方向に連なる複数のセクションを含む。

上記（５）の構成によれば、第２環状部は周方向に連なる複数のセクションを含むので、第２環状部が環状の１部材で構成される場合に比べて、第２環状部の交換が容易である。また、上記（５）の構成によれば、第２環状部は周方向に連なる複数のセクションを含むので、エロージョンが生じた場合には、該エロージョンが生じたセクションのみを交換すればよい。このため、蒸気タービンのメンテナンスコストを抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記複数のセクションは、
前記周方向における第１端面に溝が形成された第１セクションと、
前記周方向における第２端面が前記第１セクションの前記第１端面に対向するように、前記周方向において前記第１セクションに隣接して設けられる第２セクションと、
を含み、
前記第２セクションの前記第２端面は、前記第１セクションの前記溝の側壁面及び底面とともに前記ドレン入口孔を形成する。

上記（６）の構成によれば第１セクションの第１端面に加工された溝と、第１セクションに隣接する第２セクションの第２端面とにより、容易にドレン入口孔を形成することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記第２環状部は、前記第２環状部の中心軸周りに全周に亘って前記周方向に連続的に設けられ、
前記複数のセクションは、
前記第２環状部の上半領域を形成する複数の上半セクションと、
前記第２環状部の下半領域を形成する複数の下半セクションと、
を含み、
前記下半セクションの個数は、前記上半セクションの個数よりも多い。

上記（７）の構成によれば、ドレンが多く集まりやすい下半領域において第２環状部を形成する下半セクションの個数を、上半セクションの個数よりも多くしたので、下半領域においてより多くのドレン入口孔が形成される。よって、第２環状部に形成されたドレン入口孔を介してドレンを効果的に回収することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、前記第２環状部は、前記第１環状部に対して前記軸方向において嵌合可能に構成される。

上記（８）の構成によれば、第２環状部が第１環状部に対して軸方向において嵌合可能に形成されるので、例えば、組立て時における第２環状部の第１環状部からの脱落を抑制でき、ドレン除去装置の組立て性が良好となる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、前記第２環状部は、前記軸方向における両端部がそれぞれ前記第１環状部に嵌合するように構成される。

上記（９）の構成によれば、第２環状部は、軸方向における両端部がそれぞれ第１環状部に嵌合するので、例えば、組み立て時における第２環状部の第１環状部からの脱落をより確実に抑制することができ、ドレン除去装置の組立て性が良好となる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、前記ドレン除去装置は、前記第１環状部と前記第２環状部とを締結するように径方向に沿って延在する締結部材をさらに備える。

上記（１０）の構成によれば、第１環状部と第２環状部とは、径方向に沿って延在する締結部材によって、第１環状部と第２環状部とを確実に締結することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、前記第２環状部の前記内周面は、前記軸方向において前記ドレン入口孔の少なくとも一方の側にて前記軸方向において前記ドレン入口孔に近づくに従い、前記外輪部の中心軸からの距離が大きくなるように傾いた傾斜部を含む。

上記（１１）の構成によれば、第２環状部の内周面は、軸方向においてドレン入口孔に近づくにしたがい、外輪部の中心軸からの距離が大きくなるように傾いた傾斜部を含むので、ドレンに作用する遠心力を利用して、ドレンをドレン入口孔に導きやすくなる。これにより、ドレンを効果的に回収することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記ドレン入口孔は、前記第２環状部の前記内周面と、前記第２環状部の内周側に位置する動翼のチップ面との間に設けられるシールフィンとオーバラップする軸方向範囲内又は該軸方向範囲よりも上流側において、前記第２環状部の前記内周面に形成される。

上記（１２）の構成では、第２環状部の内周面と動翼のチップ面との間に設けられるシールフィンとオーバラップする軸方向範囲内又は該軸方向範囲よりも上流側にドレン入口孔が形成される。よって、ドレンチャンネルは、ドレン入口孔を介して、蒸気通路における動翼の直後の低圧領域よりも圧力が高い領域に連通するので、ドレンチャンネルから蒸気通路へのドレンの逆流が生じにくい。また、上記（１２）の構成において、ドレン入口孔が軸方向においてシールフィン近傍に設けられる場合、該ドレン入口孔を介して、動翼の表面に溜まるドレンをドレンチャンネルに取り込みやすくなる。よって、上記（１２）の構成によれば、ドレンを効果的に回収することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、前記ドレン入口孔は、前記第２環状部を貫通するように設けられる円筒孔である。

上記（１３）の構成によれば、ドレン入口孔は、第２環状部を貫通する円筒孔であるので、ドリルなどにより第２環状部を加工することによりドレン入口孔を容易に形成することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかの構成において、
前記ドレン入口孔は、前記軸方向から視たとき、前記第２環状部の前記内周面の法線方向に対する前記ドレン入口孔の傾斜角φが０°＜φ≦４５°となるように、前記法線方向に対して傾斜している。

上記（１４）の構成によれば、ドレン入口孔は、軸方向から見たとき、第２環状部の内周面の法線方向に対する傾斜角が０°＜φ≦４５°となるように傾斜しているので、旋回成分を持つドレンを、ドレン入口孔を介してドレンチャンネルに導きやすくなる。これにより、ドレンを効果的に回収することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れかの構成において、
前記ドレン入口孔の総開口面積Ａ_{ｉｎｌｅｔ}と、前記ドレンチャンネルの出口開口の総流路断面積Ａ_ｅｘｉｔとが、Ａ_{ｉｎｌｅｔ}＜Ａ_ｅｘｉｔの関係を満たす。

上記（１５）の構成によれば、ドレン入口孔の総開口面積Ａ_{ｉｎｌｅｔ}と、ドレンチャンネルの出口開口の総流路断面積Ａ_ｅｘｉｔとが、Ａ_{ｉｎｌｅｔ}＜Ａ_ｅｘｉｔの関係を満たすので、ドレンチャンネルの出口開口を低圧部に連通させたとき、ドレンチャンネル内の圧力を、蒸気タービンの蒸気通路よりも低く維持しやすくなる。これにより、ドレン入口孔を介してドレンチャンネルにドレンを吸引しやすくなり、ドレンを効果的に回収することができる。

（１６）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンは、
静翼と、
前記静翼を保持する外輪部の下流側に設けられる上記（１）乃至（１５）の何れかに記載のドレン除去装置と、
前記ドレン除去装置の前記第２環状部の内周側に設けられる動翼と、
を備える。

上記（１６）の構成では、ドレン除去装置は、第１環状部と、少なくとも部分的に第１環状部よりも内周側に位置しドレン入口孔が形成された第２環状部と、を備える。よって、ドレンが衝突しやすい第２環状部のみを耐エロージョン材料で形成することができ、あるいは、ドレン除去装置にエロージョンが生じたときに、第２環状部のみを交換可能であるので、蒸気タービンのメンテナンスコストを抑制することができる。また、上記（１６）の構成では、ドレン除去装置のドレン入口孔は、第２環状部に形成されているので、第２環状部と他の部材によってドレン入口孔が形成される場合に比べて、ドレン入口孔の寸法の管理が容易である。

（１７）幾つかの実施形態では、上記（１６）の構成において、前記ドレンチャンネルは、前記蒸気タービンの排気室に接続される復水器に連通している。

上記（１７）の構成によれば、ドレンチャンネルは、低圧の復水器に連通しているので、ドレンチャンネル内部は復水器と同程度の低圧となる。よって、ドレン入口孔を介してドレンチャンネルにドレンを吸引しやすくなり、ドレンを効果的に回収することができる。

（１８）幾つかの実施形態では、上記（１６）又は（１７）の構成において、前記動翼は、前記蒸気タービンの最終段動翼である。

上記（１８）の構成によれば、ドレン量が比較的多い蒸気タービンの最終段動翼の外周側にドレン入口孔を有する第２環状部が設けられるので、蒸気タービンのドレンを効果的に回収することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、メンテナンスコストを抑制可能であり、かつ、ドレン入口孔の寸法の管理が容易なドレン除去装置及びこれを備えた蒸気タービンが提供される。

一実施形態に係る蒸気タービンの最終段動翼付近の軸方向に沿った断面図である。 一実施形態に係るドレン除去装置の軸方向に直交する方向に沿った概略断面図である。 図１に示す蒸気タービンのドレン除去装置周辺を示す拡大断面図である。 一実施形態に係る蒸気タービンのドレン除去装置周辺を示す拡大断面図である。 図１及び図３に示すドレン除去装置を構成するセクションの斜視図である。 図２に示すドレン除去装置の断面図の部分的な拡大図である。 図１及び図３に示すドレン除去装置の第２環状部を径方向内側から外側に見た図である。 一実施形態に係るドレン除去装置の第２環状部を径方向内側から外側に見た図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず、幾つかの実施形態に係るドレン除去装置が適用される蒸気タービンについて説明する。
図１は、一実施形態に係る蒸気タービンの最終段動翼付近の軸方向に沿った断面図である。図１に示すように、蒸気タービン１は、ロータ２と、ロータ２の周囲に設けられた複数段の静翼４及び複数段の動翼６と、ロータ２及び動翼６を収容する内側ケーシング３と、を備えている。各段の静翼４は、ロータ２の周方向（以下、単に周方向と称する場合がある。）に沿って配列された複数の静翼４を含む。また、各段の動翼６は、周方向に沿って配列された複数の動翼６を含む。内側ケーシング３の外側には、外側ケーシング（不図示）が設けられている。

内側ケーシング３とロータ２の間において、ロータ２の軸方向（以下、単に軸方向と称する場合がある。）に沿って蒸気通路１０が形成されている。複数段の静翼４と複数段の動翼６とは、蒸気通路１０内において、軸方向に沿って交互に設けられている。
複数段の静翼４は、これら複数段の静翼４のうち、蒸気通路１０内において上記流れの最も下流側に位置する最終段静翼５を含む。また、複数段の動翼６は、これら複数段の動翼６のうち、蒸気通路１０内において上記流れの最も下流側に位置する最終段動翼７を含む。

各々の動翼６は、ロータ２の径方向（以下、単に径方向と称する場合がある。）に沿って延在するように、ロータ２の外周側に取付けられている。
各々の静翼４は、径方向に沿って延在するように、内側ケーシング３に取付けられた外輪部８に保持されており、該外輪部８を介して内側ケーシング３に支持されている。また、静翼４の内周側には、内輪部９が設けられている。

このような蒸気タービン１において、蒸気入口（不図示）から内側ケーシング３に蒸気が導入されると、蒸気は蒸気通路１０を流れる。そして、蒸気通路１０において静翼４を通過する際に膨張して増速された蒸気流れが、動翼６に対して仕事をしてロータ２を回転させるようになっている。

なお、内側ケーシング３内にて静翼４及び動翼６を通過した蒸気流れは、最終段動翼７の下流側に設けられたフローガイド１２に案内されて排気室（不図示）に流入するようになっていてもよい。
また、排気室には復水器（不図示）が接続されており、排気室を通過した蒸気流れが該復水器に流入するようになっていてもよい。

蒸気タービン１は、蒸気通路１０内のドレンを捕捉して回収するためのドレン除去装置２０をさらに備えている。図１に示すように、ドレン除去装置２０は、静翼４を保持する外輪部８の下流側、かつ、動翼６の外周側に設けられている。
なお、典型的には、ドレン除去装置２０は、図１に示すように、最終段静翼５を保持する外輪部８の下流側、かつ、最終段動翼７の外周側に設けられるが、幾つかの実施形態では、ドレン除去装置２０は、最終段静翼５よりも上流側の静翼４を保持する外輪部８の下流側、かつ、該静翼４の直後の動翼６の外周側に設けられていてもよい。

以下、図１〜図８を参照して、幾つかの実施形態に係るドレン除去装置２０についてより詳細に説明する。これらの図において、同一の要素には同一の符号を付して示している。
図２は、一実施形態に係るドレン除去装置２０の軸方向に直交する方向に沿った概略断面図であり、図１に示すドレン除去装置２０のＩＩ−ＩＩ断面である。図３は、図１に示す蒸気タービン１のドレン除去装置２０周辺を示す拡大断面図であり、図４は、他の一実施形態に係る蒸気タービン１のドレン除去装置２０周辺を示す拡大断面図である。
なお、図２において、図の簡略化のため、第１環状部３０の一部（径方向における凹部３６ａ（後述；図３参照）とドレンチャンネル２２との間の部分）について図示を省略している。

図１及び図２に示すように、一実施形態に係るドレン除去装置２０は、周方向に沿って延在する第１環状部３０及び第２環状部４０を備える。

第１環状部３０は、静翼４を保持する外輪部８の下流側（即ち、蒸気通路１０における蒸気流れ方向の下流側）において外輪部８から軸方向に延在するように設けられる。
幾つかの実施形態では、第１環状部３０は外輪部８に対して軸方向に締結可能に構成される。例えば、図３及び図４に示す例示的な実施形態では、第１環状部３０は、軸方向に延在するボルト６２によって外輪部８に締結されている。
あるいは、幾つかの実施形態では、第１環状部３０は、外輪部８から軸方向に延在するように、外輪部８と一体的に形成されていてもよい。

なお、第１環状部３０には、図３及び図４に示すように、フローガイド１２が接続されていてもよい。また、第１環状部３０とフローガイド１２とが一体的に形成されていてもよい。

第２環状部４０は、第１環状部３０の内周側において周方向に沿って延在するように設けられる。また、第２環状部４０は、第１環状部３０に保持されて、軸方向及び径方向の位置が維持されるようになっている。例えば、図３及び図４に示す例示的な実施形態では、第２環状部４０は、軸方向において、外輪部８と第１環状部３０との間に挟持されている。また、図３及び図４に示す例示的な実施形態では、第１環状部３０と第２環状部４０とは、径方向に沿って延在するボルト６４（締結部材）によって締結されている。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、第１環状部３０は、第１環状部３０の上半領域を形成する上半部３２Ａと、第１環状部３０の下半領域を形成する下半部３２Ｂとを含む分割構造を有する。上半部３２Ａと下半部３２Ｂとは、それぞれの下端部及び上端部に設けられたフランジ部３４Ａ，３４Ｂにおいて、例えばボルト又は溶接等により、接合されている。

また、幾つかの実施形態では、図２に示すように、第２環状部４０は、第１環状部３０の内周側において、周状に連なる複数のセクション４２を含む分割構造を有する。
図２に示す例において、第２環状部４０は、第２環状部４０の中心軸周りに全周に亘って周方向に連続的に設けられている。そして、第２環状部４０を構成する複数のセクション４２は、第２環状部４０の上半領域を形成する複数の上半セクション４２Ａと、第２環状部４０の下半領域を形成する複数の下半セクション４２Ｂと、を含む。

図２〜図４に示すように、第１環状部３０と第２環状部４０との間には、周方向に延在するドレンチャンネル２２が形成されている。ドレンチャンネル２２は、第１環状部３０の内周面３４と、第２環状部４０の外周面４４とにより形成されている。
また、第２環状部４０には、上述のドレンチャンネル２２に連通するとともに、第２環状部４０の内周面４７に開口するドレン入口孔２４が形成されている。

蒸気通路１０内に存在するドレンは、例えば、ドレン入口孔２４を介してドレンチャンネル２２に飛び込んだり、あるいは、ドレン入口孔２４前後の圧力差によって、ドレン入口孔２４を介してドレンチャンネル２２に吸引されたりすることにより、ドレンチャンネル２２に取り込まれる。ドレンチャンネル２２に取り込まれたドレンは、側方及び下方に設けられたドレンチャンネル２２の出口開口２６Ａ，２６Ｂを介して、蒸気タービン１の外部に排出されるようになっている。

ドレン入口孔２４を介してドレンがドレンチャンネル２２に飛び込んだり、あるいは吸引されたりするとき、該ドレンは、内周側に位置する第２環状部４０（例えば内周面４７等）に衝突しやすい。
この点、上述したドレン除去装置２０は、第１環状部３０と、少なくとも部分的に第１環状部３０よりも内周側に位置する第２環状部４０とを含むので、ドレンが衝突しやすい第２環状部４０のみを耐エロージョン材料で形成することができる。あるいは、ドレン除去装置２０にエロージョンが生じたときに、第１環状部３０を交換せずに、第２環状部４０のみを交換可能である。よって、蒸気タービン１のメンテナンスコストを抑制することができる。

また、仮に、第２環状部４０と他の部材との間等にドレン入口孔が形成される場合、該ドレン入口孔の寸法は、ドレン入口孔を形成する部材（第２環状部４０及び他の部材）の製作公差やこれらの部材を締結する締結力の大きさ等によって、ドレン入口孔の寸法が一定でなかったり、あるいは、該寸法が蒸気タービン１の運転中に変化したりしてしまう場合がある。
この点、上述したドレン除去装置２０では、ドレン入口孔２４は第２環状部４０に形成されているので、ドレン入口孔２４の寸法の管理が容易である。

幾つかの実施形態では、例えば図３及び図４に示すように、第２環状部４０の内周面４７と、第２環状部４０の内周側に位置する動翼６のチップ面６ａとの間に、シールフィン１４が設けられていてもよい。このようなシールフィン１４を設けることにより、動翼６と第２環状部４０との間の隙間を通る蒸気の流量を低減して、蒸気タービン１の効率低下を抑制することができる。

シールフィン１４は、図３及び図４に示すように、第２環状部４０側に取付けられていてもよい。例えば、第２環状部４０に、周方向に沿って延在するホルダ１６が埋め込まれており、該ホルダ１６によって、周方向に沿って延在するシールフィン１４が保持されていてもよい。ホルダ１６は、第２環状部４０に設けられた溝６０（図５参照）に嵌めこまれていてもよい。
なお、図４においては、図の簡略化のため、ホルダ１６の図示が省略されているが、第２環状部４０において、ドレン入口孔２４が形成されている軸方向範囲において、周方向に沿ってホルダ１６が埋め込まれている。そして、該ホルダ１６によって、周方向に沿ってシールフィン１４が保持されている。
あるいは、特に図示しないが、幾つかの実施形態では、シールフィン１４は、動翼６のチップ面６ａに設けられていてもよい。

幾つかの実施形態では、第２環状部４０は、第１環状部３０に対して軸方向において嵌合可能に構成される。
例えば、図３及び図４に示す例示的な実施形態では、第２環状部４０は、軸方向の両端部において下流側向きに突出する突出部４６ａ及び突出部４６ｂを有し、第１環状部３０は、第２環状部４０の突出部４６ａ及び突出部４６ｂにそれぞれ係合可能な凹部３６ａ及び凹部３６ｂを有する。そして、突出部４６ａが凹部３６ａに対して嵌合するとともに、突出部４６ｂが凹部３６ｂに対して嵌合している。

このように、第２環状部４０が第１環状部３０に対して軸方向において嵌合可能であることにより、例えば、組立て時における第２環状部４０の第１環状部３０からの脱落を抑制でき、ドレン除去装置２０の組立て性が良好となる。

図３及び図４に示す例示的な実施形態では、第２環状部４０の内周面４７は、軸方向においてドレン入口孔２４の両側にて、軸方向においてドレン入口孔２４に近づくに従い外輪部８の中心軸からの距離が大きくなるように傾いた傾斜部４８ａ，４８ｂを含む。すなわち、傾斜部４８ａ，４８ｂでは、軸方向においてドレン入口孔２４に近づくに従い、径方向外側に近づく傾斜を有する。

第２環状部４０の内周面４７にこのような傾斜部４８ａ，４８ｂが設けられていることにより、該傾斜部４８ａ，４８ｂ近傍のドレンに作用する遠心力を利用して、ドレンをドレン入口孔２４に導きやすくなる。これにより、ドレンを効果的に回収することができる。

なお、上述の傾斜部４８ａは、図３及び図４に示すように、軸方向においてドレン入口孔２４の両側に設けられていてもよく、あるいは、軸方向においてドレン入口孔２４の一方の側のみに設けられていてもよい。

図３に示す例示的な実施形態では、ドレン入口孔２４は、第２環状部４０の内周面４７と、第２環状部４０の内周側に位置する動翼６のチップ面６ａとの間に設けられる上述のシールフィン１４とオーバラップする軸方向範囲よりも上流側に形成されている。
また、図４に示す例示的な実施形態では、ドレン入口孔２４は、第２環状部４０の内周面４７と、第２環状部４０の内周側に位置する動翼６のチップ面６ａとの間に設けられる上述のシールフィン１４とオーバラップする軸方向範囲内に形成されている。

これらの実施形態では、第２環状部４０の内周面４７と動翼６のチップ面６ａとの間に設けられるシールフィン１４とオーバラップする軸方向範囲内又は該軸方向範囲よりも上流側にドレン入口孔２４が形成される。よって、ドレンチャンネル２２は、ドレン入口孔２４を介して、蒸気通路１０における動翼６の直後の低圧領域よりも圧力が高い領域に連通する。よって、ドレンチャンネル２２から蒸気通路１０へのドレンの逆流が生じにくい。
また、図４に示す実施形態のように、ドレン入口孔２４が軸方向においてシールフィン１４とオーバラップする軸方向範囲内（すなわち軸方向におけるシールフィン１４近傍）に設けられる場合、該ドレン入口孔２４を介して、動翼６の表面に溜まるドレンをドレンチャンネルに取り込みやすくなる。これにより、ドレンを効果的に回収することができる。

上述したように、幾つかの実施形態では、第２環状部４０は、周方向に連なる複数のセクション４２（４２Ａ，４２Ｂ）を含む（図２参照）。

この場合、第２環状部４０が環状の単一部材で構成される場合に比べて、第２環状部４０の交換が容易である。また、この場合、第２環状部４０は周方向に連なる複数のセクション４２を含むので、第２環状部４０にエロージョンが生じた場合には、該エロージョンが生じたセクション４２のみを交換すればよい。このため、蒸気タービン１のメンテナンスコストを抑制できる。

図５は、図１（及び図３）に示すドレン除去装置２０を構成するセクション４２の斜視図であり、図６は、図２に示すドレン除去装置２０の断面図の部分的な拡大図である。また、図７は、図１（及び図３）に示すドレン除去装置２０の第２環状部４０を径方向内側から外側に見た図であり、図８は、他の一実施形態に係るドレン除去装置２０の第２環状部４０を径方向内側から外側に見た図である。

幾つかの実施形態において、ドレン除去装置２０を構成するセクション４２は、例えば、図５〜図７に示すように、周方向における両端面である第１端面５２と、第２端面５４（図６及び図７参照）と、を有する。セクション４２の第１端面５２には、底面５６及び側壁面５８を有する溝５５が形成されている。

図６に示すように、周方向に並べられる複数のセクション４２のうち、互いに隣接する第１セクション１０１及び第２セクション１０２に着目すると、第１セクション１０１及び第２セクション１０２は、第１セクション１０１の第１端面５２と、第２セクション１０２の第２端面５４とが対向するように設けられている。そして、第１セクションの第１端面５２に設けられた溝５５の側壁面５８及び底面５６と、第２セクションの第２端面５４とによって、ドレン入口孔２４が形成されている。

このように、第１セクション１０１の第１端面５２に加工された溝５５と、第１セクション１０１に隣接する第２セクション１０２の第２端面５４とにより、容易にドレン入口孔２４を形成することができる。

幾つかの実施形態では、ドレン入口孔２４は、軸方向に沿って延在するスリットである。例えば、図５〜図７に示す例では、第１セクション１０１の第１端面５２に形成された溝５５は、軸方向に沿って延在する底面５６と、周方向に沿って延在する側壁面５８と、を有し、底面５６の軸方向長さは、側壁面５８の周方向長さよりも長い。第１セクション１０１の第１端面５２に設けられた上述の溝５５と、隣接する第２セクション１０２の第２端面５４とにより形成されるドレン入口孔２４は、軸方向に沿って延在するスリットである。

ドレン入口孔２４が上述のような軸方向に沿って延在するスリットであれば、広い軸方向範囲に亘ってドレン入口孔２４を介してドレンを効率的に回収できる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、第２環状部４０は、第２環状部４０の中心軸周りに全周に亘って周方向に連続的に設けられる。第２環状部４０を構成する複数のセクション４２は、第２環状部４０の上半領域を形成する複数の上半セクション４２Ａと、第２環状部４０の下半領域を形成する複数の下半セクション４２Ｂと、を含む。これらのセクション４２（上半セクション４２Ａ及び下半セクション４２Ｂ）のうち、互いに隣接するセクション４２は、上述する第１セクション１０１及び第２セクション１０２である。すなわち、各セクション４２の第１端面５２に形成された溝５５の底面５６及び側壁面５８と、該セクション４２に隣接するセクションの第２端面５４とによって、ドレン入口孔２４が形成されている。そして、下半セクション４２Ｂの個数は、上半セクション４２Ａの個数よりも多い。なお、図２に示す例示的な実施形態では、第２環状部４０は、６個の上半セクション４２Ａと、９個の下半セクション４２Ｂとを含む。

このように、ドレンが多く集まりやすい下半領域において第２環状部４０を形成する下半セクション４２Ｂの個数を、上半領域における上半セクション４２Ａの個数よりも多くすることにより、下半領域においてより多くのドレン入口孔２４が形成される。よって、第２環状部４０に形成されたドレン入口孔２４を介してドレンを効果的に回収することができる。

ドレン入口孔２４は、軸方向から見たとき、第２環状部４０の内周面４７の法線方向に沿って（即ち径方向に沿って）設けられていてもよい。

あるいは、ドレン入口孔２４は、例えば図６に示すように、軸方向から見たとき、第２環状部４０の内周面４７の法線方向（図６において直線Ｌｎにより示される）に対して傾斜して設けられていてもよい。軸方向視したときのドレン入口孔２４の上述の法線方向に対する傾斜の向きは、ロータ２（図１参照）の回転方向に対応した向きであってもよい。

幾つかの実施形態では、軸方向から見たとき、第２環状部の内周面４７の法線方向に対するドレン入口孔２４の傾斜角φ（図６参照）は、０°＜φ≦４５°を満たす。

このように、ドレン入口孔２４を、上述の傾斜角φが０°＜φ≦４５°となるように傾斜させて設けることにより、旋回成分を持つドレンを、ドレン入口孔を介してドレンチャンネル２２に導きやすくなる。これにより、ドレンを効果的に回収することができる。

幾つかの実施形態では、ドレン入口孔２４の総開口面積Ａ_{ｉｎｌｅｔ}と、ドレンチャンネル２２の出口開口２６Ａ，２６Ｂ（図２参照）の総流路断面積Ａ_ｅｘｉｔとが、Ａ_{ｉｎｌｅｔ}＜Ａ_ｅｘｉｔの関係を満たす。

このように、ドレン入口孔２４の総開口面積Ａ_{ｉｎｌｅｔ}と、ドレンチャンネル２２の出口開口２６Ａ，２６Ｂの総流路断面積Ａ_ｅｘｉｔとが、Ａ_{ｉｎｌｅｔ}＜Ａ_ｅｘｉｔの関係を満たせば、ドレンチャンネル２２の出口開口２６Ａ，２６Ｂを低圧部に連通させたとき、ドレンチャンネル２２内の圧力を、蒸気タービン１の蒸気通路１０よりも低く維持しやすくなる。これにより、ドレン入口孔２４を介してドレンチャンネル２２にドレンを吸引しやすくなり、ドレンを効果的に回収することができる。

上述の低圧部は、蒸気タービン１の排気室に接続される復水器であってもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、ドレンチャンネル２２は、上述の復水器に連通されていてもよい。

この場合、ドレンチャンネル２２は、低圧の復水器に連通しているので、ドレンチャンネル２２の内部は復水器と同程度の低圧となる。よって、ドレン入口孔２４を介してドレンチャンネルにドレンを吸引しやすくなり、ドレンを効果的に回収することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図８に示すように、ドレン入口孔２４は、第２環状部４０を貫通するように設けられる円筒孔であってもよい。
このように、ドレン入口孔２４が第２環状部４０を貫通する円筒孔である場合、ドリルなどにより第２環状部４０を加工することによりドレン入口孔２４を容易に形成することができる。

図８に示す例示的な実施形態では、第２環状部４０を構成するセクション４２に、周方向に沿って配列されるように、１以上の円筒孔（ドレン入口孔２４）が設けられている。これにより、第２環状部４０には、周方向に沿って配列される複数の円筒孔（ドレン入口孔２４）が形成されることとなる。

また、特に図示しないが、幾つかの実施形態では、ドレン入口孔２４は、周方向に沿って連続して形成される溝であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 蒸気タービン
２ ロータ
３ 内側ケーシング
４ 静翼
５ 最終段静翼
６ 動翼
６ａ チップ面
７ 最終段動翼
８ 外輪部
９ 内輪部
１０ 蒸気通路
１２ フローガイド
１４ シールフィン
１６ ホルダ
２０ ドレン除去装置
２２ ドレンチャンネル
２４ ドレン入口孔
２６Ａ 出口開口
２６Ｂ 出口開口
３０ 第１環状部
３２Ａ 上半部
３２Ｂ 下半部
３４ 内周面
３４Ａ フランジ部
３４Ｂ フランジ部
３６ａ 凹部
３６ｂ 凹部
４０ 第２環状部
４２ セクション
４２Ａ 上半セクション
４２Ｂ 下半セクション
４４ 外周面
４６ａ 突出部
４６ｂ 突出部
４７ 内周面
４８ａ 傾斜部
４８ｂ 傾斜部
５２ 第１端面
５４ 第２端面
５５ 溝
５６ 底面
５８ 側壁面
６０ 溝
６２ ボルト
６４ ボルト
１０１ 第１セクション
１０２ 第２セクション

Claims (18)

1. 静翼を保持する外輪部から軸方向に延在するとともに、周方向に沿って延在する第１環状部と、
   少なくとも部分的に前記第１環状部の内周側において前記周方向に沿って延在し、前記第１環状部に保持されるとともに、前記第１環状部の内周面とともに前記周方向に延在するドレンチャンネルを形成する外周面を有する第２環状部と、を備え、
   前記第２環状部には、前記ドレンチャンネルに連通するとともに前記第２環状部の内周面に開口する少なくとも１つのドレン入口孔が形成された
   ことを特徴とする蒸気タービンのドレン除去装置。
2. 前記第１環状部は前記外輪部に対して軸方向に締結可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
3. 前記第２環状部は前記軸方向において前記外輪部と前記第１環状部との間に挟持されることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
4. 前記ドレン入口孔は、軸方向に沿って延在するスリットである
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
5. 前記第２環状部は、前記周方向に連なる複数のセクションを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
6. 前記複数のセクションは、
   前記周方向における第１端面に溝が形成された第１セクションと、
   前記周方向における第２端面が前記第１セクションの前記第１端面に対向するように、前記周方向において前記第１セクションに隣接して設けられる第２セクションと、
   を含み、
   前記第２セクションの前記第２端面は、前記第１セクションの前記溝の側壁面及び底面とともに前記ドレン入口孔を形成する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
7. 前記第２環状部は、前記第２環状部の中心軸周りに全周に亘って前記周方向に連続的に設けられ、
   前記複数のセクションは、
   前記第２環状部の上半領域を形成する複数の上半セクションと、
   前記第２環状部の下半領域を形成する複数の下半セクションと、
   を含み、
   前記下半セクションの個数は、前記上半セクションの個数よりも多い
   ことを特徴とする請求項６に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
8. 前記第２環状部は、前記第１環状部に対して前記軸方向において嵌合可能に構成された請求項１乃至７の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
9. 前記第２環状部は、前記軸方向における両端部がそれぞれ前記第１環状部に嵌合するように構成された
   ことを特徴とする請求項８に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
10. 前記第１環状部と前記第２環状部とを締結するように径方向に沿って延在する締結部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
11. 前記第２環状部の前記内周面は、前記軸方向において前記ドレン入口孔の少なくとも一方の側にて前記軸方向において前記ドレン入口孔に近づくに従い、前記外輪部の中心軸からの距離が大きくなるように傾いた傾斜部を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
12. 前記ドレン入口孔は、前記第２環状部の前記内周面と、前記第２環状部の内周側に位置する動翼のチップ面との間に設けられるシールフィンとオーバラップする軸方向範囲内又は該軸方向範囲よりも上流側において、前記第２環状部の前記内周面に形成される
    ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
13. 前記ドレン入口孔は、前記第２環状部を貫通するように設けられる円筒孔であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
14. 前記ドレン入口孔は、前記軸方向から視たとき、前記第２環状部の前記内周面の法線方向に対する前記ドレン入口孔の傾斜角φが０°＜φ≦４５°となるように、前記法線方向に対して傾斜している
    ことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
15. 前記ドレン入口孔の総開口面積Ａ_{ｉｎｌｅｔ}と、前記ドレンチャンネルの出口開口の総流路断面積Ａ_ｅｘｉｔとが、Ａ_{ｉｎｌｅｔ}＜Ａ_ｅｘｉｔの関係を満たす
    ことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の蒸気タービンのドレン除去装置。
16. 静翼と、
    前記静翼を保持する外輪部の下流側に設けられる請求項１乃至１５の何れか一項に記載のドレン除去装置と、
    前記ドレン除去装置の前記第２環状部の内周側に設けられる動翼と、
    を備えることを特徴とする蒸気タービン。
17. 前記ドレンチャンネルは、前記蒸気タービンの排気室に接続される復水器に連通している
    ことを特徴とする請求項１６に記載の蒸気タービン。
18. 前記動翼は、前記蒸気タービンの最終段動翼であることを特徴する請求項１６又は１７に記載の蒸気タービン。

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