JP2019035347A - タービン部品、タービン翼、軸流タービン及びその改造方法、タービン翼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】混合損失を低減させて既設のタービンプラントの性能を改善することができるタービン部品等を提供する。【解決手段】動翼５の先端に設けられたシュラウド６の後縁端面に取り付けるタービン部品１１であって、シュラウド６の後縁端面に取り付けた場合に主流路に臨む面と隙間流路に臨む面を有し、タービン中心軸Ｏを含む平面で切断した断面で見て上記隙間流路に臨む面が下流側に向かうにつれて主流路に近付くように形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、発電プラントに用いられる蒸気タービンやガスタービンに代表される軸流タービンのタービン部品等に関する。

特許文献１等に記載されているように、タービンの回転体と静止体との間（例えばタービン動翼と静止体との間、ロータとタービン静翼との間）の間隙をシールする様々な工夫が従来からなされている。

特開平０８−２００００３号公報

環境保護や経済性の観点から、既存のタービンの再利用、つまり既設タービンの性能向上が望まれるケースが増えている。タービン性能には、タービンの段落損失、排気損失、機械損失等の様々な要素が関係するが、タービン性能を向上させる上では段落損失の低減が最も効果的と考えられている。段落損失は主に、翼型損失、二次流れ損失、漏れ損失に大別される。翼型損失は翼形状自体に起因する損失であり、二次流れ損失は作動流体の主流に沿わない流れに起因する損失である。漏れ流れ損失は、主流路以外に作動流体が漏洩することによって発生する損失である。

上記の漏れ損失には更に、バイパス損失、混合損失、干渉損失等が含まれる。バイパス損失は、主流路以外の隙間流路（バイパス流路）に一部の作動流体（漏れ流体）が流入し、漏れ流体の持つエネルギーがタービンの回転動力として有効利用されないことで生ずる損失である。混合損失は隙間流路から主流路に漏れ流体が流入する際に生ずる損失であり、干渉損失は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損失である。

バイパス損失については、タービン動翼と静止体との間にシールを設けて漏れ流体の流量（漏れ量）を抑制することによって従来から低減が図られてきた。しかし、既設タービンには、混合損失や干渉損失の抑制についての対策が十分とは言えないものも多く存在する。

本発明の目的は、混合損失を低減させて既設のタービンプラントの性能を改善することができるタービン部品等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、タービン翼の先端に設けられたシュラウドの後縁端面に取り付けるタービン部品であって、前記シュラウドの後縁端面に取り付けた場合に主流路に臨む面と隙間流路に臨む面を有し、タービン中心軸を含む平面で切断した断面で見て前記隙間流路に臨む面が下流側に向かうにつれて前記主流路に近付くように形成されている。

本発明によれば、部分的な改造で混合損失を低減することができ、既設のタービンプラントについて大きな性能改善効果が得られる。既設機の部分的な改造で足りるため、タービンプラントを新造する場合に比べてコストを大幅に削減することができ、経済的なメリットも大きい。

本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンの要部構造の模式断面図 図１中のII−II線による断面図 図１中のIII部の部分拡大図 図１中のIV−IV線による断面図 本発明の第１実施形態で得られる効果の説明図 本発明の第２実施形態に係る隙間流路の詳細構造を表す図 本発明の第３実施形態に係る隙間流路の詳細構造を表す図 本発明の第４実施形態に係る隙間流路の詳細構造を表す図 本発明の第５実施形態に係る蒸気タービンの要部構造の模式断面図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
・軸流タービン
図１は本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンの要部である段落部の構造を模式的に表す断面図である。図１にはタービン中心軸を通る平面で切断したタービンの断面を表してある。本願明細書では、後述する静翼３と動翼５を総称してタービン翼と称する。

図１に示した蒸気タービンは軸流タービンであり、静止体と回転体を備えている。静止体には、ケーシング（不図示）、ダイヤフラム外輪１、ダイヤフラム内輪２と静翼３等が含まれる。ケーシングは蒸気タービンの筒状の外郭であり、このケーシングの内周部に環状のダイヤフラム外輪１が設けられている。ダイヤフラム外輪１はダイヤフラム内輪２との間にドーナツ状の空間を画定し、このドーナツ状の空間がタービン中心軸方向に延びる環状の主流路の一部を構成する。ダイヤフラム外輪１の内周部には、タービン軸方向に複数段（図１では１段のみ図示）配置された静翼列が設けられている。各静翼列は周方向に所定の間隔で並べた複数の静翼３からなり、これら静翼３は主流路を流れる作動流体（本実施形態では蒸気）の主流Ｆ１に臨むように主流路に配置されている。同一の静翼列を構成する複数の静翼３は、先端（タービン径方向内側の端部）に設けた環状のダイヤフラム内輪２によって連結されている。ダイヤフラム内輪２はタービン周方向に複数設けられていて、隣接するもの同士が連なって環状をなす。ダイヤフラム内輪２又は個々のセグメントを静翼シュラウドとも称する。また、ダイヤフラム外輪１、静翼３、ダイヤフラム内輪２を合わせて静翼（タービン翼）と呼ぶこともある。

回転体は中心軸Ｏを中心として回転するユニットであり、ロータ４、動翼５、シュラウド６、タービン部品１１を備えている。ロータ４はシュラウド６との間にドーナツ状の空間を画定し、このドーナツ状の空間がタービン中心軸方向に延びる環状の主流路の一部を構成する。このロータ４の外周部には、対応する静翼列の下流側にそれぞれ位置するように複数段（図１では１段のみ図示）配置された動翼列が設けられている。つまり静翼列と動翼列が交互に配置される。各動翼列は周方向に所定の間隔で並べた複数の動翼５からなり、これら動翼５は主流路を流れる作動流体の主流Ｆ１に臨むように主流路に配置されている。同一の動翼列を構成する複数の動翼５は、先端（タービン径方向の外側の端部）に設けた環状のシュラウド６によって連結される。シュラウド６はタービン周方向に複数設けられていて、隣接するもの同士が連なって環状をなす。本実施形態ではシュラウド６は１本の動翼５に１つずつ設けられている。なお、シュラウド６と動翼５を合わせて動翼（タービン翼）と呼ぶこともある。

なお、ダイヤフラム外輪１の内周面には、動翼列に対応してタービン周方向に延びる環状の溝が形成されている。この環状の溝には動翼５のシュラウド６が収容され、シュラウド６の周囲を囲う対向部材を構成している。同じように、ロータ４の外周面には、静翼列に対応してタービン周方向に延びる環状の溝が形成されている。この環状の溝には静翼３のダイヤフラム内輪２が収容され、ダイヤフラム内輪２の周囲を囲う対向部材を構成している。そして、これらのシュラウドとシュラウドの周囲を囲う対向部材との間（換言すれば静止体と回転体との間）に形成される環状の隙間流路には、シール（シールフィン７）が設けられている。

この軸流タービンにおいて、主流路を流れる作動流体の主流Ｆ１は静翼３の前縁部９側から静翼列の翼間に流入し後縁部１０側から流出する。静翼３の翼間から流出した主流Ｆ１の大部分は動翼５の翼間を通過する。その際、一部の作動流体が主流Ｆ１から外れ、周方向に隣接するタービン翼の翼間を通らずに前述した隙間流路に流入する。この隙間流路を流通する作動流体を漏れ流れｆ１と称する。漏れ流れｆ１は複数のシールフィン７と対向物との間を通った後、動翼５の下流側で主流Ｆ２（動翼５の下流域の主流をＦ２として主流Ｆ１と区別する）に再び合流する。軸流タービンは、静翼列を通過した主流Ｆ１を下流側の動翼列の動翼５に衝突させることで、動翼５を取り付けたロータ４を回転させ、ロータ４に連結した負荷機器（例えば発電機）を駆動する（例えば発電する）。しかし主流路から外れて隙間流路を通過した漏れ流れｆ１は、ロータ４の回転エネルギーに変換されないため損失となる。

図２は図１中のII−II線による断面図である。この図には主流路における作動流体の流れをタービン翼の断面と共に示してある。静翼翼間流路に流入した速度Ｃ１の主流Ｆ１は、流路幅の減少と静翼３による転向の効果により、速度Ｃ２に増速して大きな周方向速度成分を持って静翼翼間流路から流出する。このような大きな周方向速度成分を持つ高速の流れが動翼５に相対速度Ｗ２で衝突することでロータ４が回転する。すなわち、静翼３で整流された速度Ｃ２の主流Ｆ１の周方向速度成分と同じ方向に速度Ｕで動翼５が回転する。動翼５に相対速度Ｗ２で衝突した主流Ｆ１は、転向して動翼５に対して相対速度Ｗ３（絶対速度Ｃ３）で動翼翼間から流出する。このとき、静翼翼間流路を通過する際に大きな周方向速度成分を得た速度Ｃ２の流れは、動翼５によって転向して再びタービン中心軸に沿って流れ、ロータ４の回転にエネルギーが消費された分だけ温度及び圧力を下げ、次段の静翼列に向かう。

図３は図１中のIII部の部分拡大図であって隙間流路の詳細構造を表している。上記のシールフィン７は、動翼５のシュラウド６とダイヤフラム外輪１の間に、軸方向に複数枚列設されている。シールフィン７は、タービンの中心軸を中心とした回転対称な断面形状を有する環状の部材であり、断面の先端部が鋭角な楔形状になっている。シールフィン７とシュラウド６の間には、静止部と回転部の接触を防ぐための僅かな間隙Ｃが設けられている。本実施形態の場合、シールフィン７はダイヤフラム外輪１に固定され、先端部が動翼５のシュラウド６に向かうように設置してあるが、シールフィン７をシュラウド６に固定し、先端部がダイヤフラム外輪１側に向かうようにしても効果は変わらない。ダイヤフラム内輪２とロータ４の間のシールフィン７も動翼５のシュラウド６とダイヤフラム外輪１の間のシールフィン７と同様の構造である。これら静翼列のシールフィン７も同じく、静止体（ダイヤフラム内輪２）に設置しても回転体（ロータ４）に設置しても良い。

・タービン部品
本実施形態に係るタービン部品１１は、以上のような軸流タービン（例えば既設プラントのタービン）を対象として、シュラウド（本実施形態ではシュラウド６）における作動流体の流通方向の下流側の端面に取り付けた後付け部品である。タービン部品１１は、主流路から隙間流路におけるシュラウド６の後縁周囲のキャビティー１２への主流Ｆ１の流入の防止、漏れ流れｆ１が主流Ｆ２に合流する際の混合損失を含めたシュラウド６の後流損失の低減によるタービン性能の改善のために後付けされる。図３ではタービン部品１１をシュラウド６に取り付けた状態を表しているが、タービン部品１１は取り付け対象であるシュラウド６とは別体で製作される。このタービン部品１１は、シュラウド６の後縁端面（主流Ｆ１の流れ方向の下流側を向いた端面）に取り付けた場合にシュラウド６と共に主流路に臨む。そして、シュラウド６と自己（タービン部品１１）における主流路を画定する面（タービン径方向内側を向き主流Ｆ１の流れに臨む面つまり主流路に臨む面）が面一になってタービン軸方向に連続するように形成される。また図３に示したようにタービン中心軸を含む平面で切断した断面で見ると、タービン部品１１は隙間流路に臨む面（タービン径方向の外側を向いた面）が下流側に向かうにつれて主流路に近付くように形成されている。以下、タービン部品１１の構成の詳細について説明していく。

タービン部品１１は、主流Ｆ１の流れ方向の下流側に向かうにつれて先細りになる尖頭形状をした突起構造物である。タービン部品１１における下流側端部である後縁１１ａを含む内周面はシュラウド６の内周面と面一になっており、本実施形態においては円筒面状に形成されている。タービン部品１１はまた、シュラウド６に取り付けた状態で自己（タービン部品１１）の下流側端部から動翼５の先端の後縁までタービン軸方向に採った距離Ｌが、動翼５で発生する二次流れの整流効果が得られる程度に確保されている。この観点では、動翼５の先端の軸コード長をＣｘとした場合、例えばＬはＣｘの１０％以上（Ｌ／Ｃｘ≧０．１）が望ましい。Ｌが長いほど動翼５の下流の二次流れの整流効果が得られる。しかし、Ｌが長過ぎるとタービン部品１１に掛かる遠心力が過大となって信頼性を損ねる可能性がある。この観点では、例えばＬはＣｘの５０％以下（Ｌ／Ｃｘ≦０．５）が望ましい。

また本実施形態のタービン部品１１には、タービン中心軸について軸対称形状に形成された嵌め合い部１３が設けられている。この嵌め合い部１３はシュラウド６とタービン部品１１とが接合のために互いに嵌まり合うようにした部分であり、シュラウド６とタービン部品１１の対向面において、タービン部品１１側が凸、シュラウド６側が凹の嵌め合い構造となっている。シュラウド６は既設機の要素であるため、タービン部品１１を装着する事前準備としてシュラウド６に凹部を加工しておく必要がある。また嵌め合い部１３の構造は例示した構成に限定されず、シュラウド６の追加工性やタービン部品１１の製作性を考慮し、例えばタービン部品１１側を凹、シュラウド６側を凸としても良い。嵌め合い部１３をかしめたり、或いは拡散接合又はレーザー溶接をしたりするによって、タービン部品１１はシュラウド６に対して固定されて後付けされる。

図４は図１中のIV−IV線による断面図である。図４は主流路における作動流体の流れと共に隙間流路における漏れ流体の流れを示している。タービン部品１１は既設タービンの改良の必要が生じて、シュラウド６とは別部材として事後的に製作される。その際、動翼５の先端に設けた（本実施形態では各動翼５に１つずつ設けた）シュラウド６は、タービン周方向に連なって環状をなす。個々のタービン部品１１は、タービン周方向に採った幅が対応するシュラウド６と合わせてあり、複数のシュラウド６に対応して周方向に複数連なって環状をなす。つまりタービン部品１１は、シュラウド６と同様にタービン周方向に分割されたセグメント構造をしている。タービン部品１１とシュラウド６の嵌め合い部１３はタービン中心軸について軸対称な形状をしており、嵌め合い部１３のタービン周方向における分割位置もタービン部品１１とシュラウド６とで一致している。本実施形態のタービン部品１１はタービン周方向の位置によらず後縁１１ａのタービン軸方向における位置が変わらない形状であるが、タービン周方向の位置によって一定間隔で後縁１１ａのタービン軸方向における位置が変化する非軸対称な形状であっても良い。

・タービンの改造方法
図１に例示した軸流タービン（タービン部品１１を除く）が既設機として存在する場合を例に挙げて説明する。本実施形態におけるタービン部品１１はこのような既設の軸流タービンを改造対象として、動翼５のシュラウド６の後縁端面に取り付けられる。タービン部品１１は、例えば拡散接合又はレーザー溶接によってシュラウド６に取り付けることができる。その際、タービンを分解しロータ４から取り外した個々の動翼５のシュラウド６にタービン部品１１を取り付けることもできるし、動翼５をロータ４に取り付けたまま各シュラウド６にタービン部品１１を取り付けることもできる。

・動作及び効果
図３等を用いて漏れ流れの流れを中心に本実施形態に係る軸流タービンの動作を説明する。動翼５の上流側からシュラウド６の外周側に迂回した漏れ流れｆ１は、シュラウド６と複数のシールフィン７の間を通過し、漏れ流れｆ２として動翼５の先端後縁部の下流側へ流出する。この際、最下流のシールフィン７を通過した漏れ流れｆ１の一部は、隙間流路におけるシュラウド６の後縁の周囲のキャビティー１２で循環する循環流れｆ３を形成する。この循環流れｆ３は、キャビティー１２を循環する過程で、ダイヤフラム外輪１のシュラウド６を収容した溝の下流側の壁面１６に衝突して軸流方向速度成分を大きく失い、再び漏れ流れｆ１と合流して主流へ流れ込む漏れ流れｆ２を形成する。この際、タービン部品１１がシュラウド６に取り付けることにより、キャビティー１２への主流Ｆ１の漏れ込みが抑制されると共に、主流Ｆ１への漏れ流れｆ２のスムーズな合流が促される。タービン部品１１によりシュラウド後縁とダイヤフラム外輪１の軸方向間隙Ｇが狭まること、動翼後縁からタービン部品１１の先端までの距離Ｌの間に動翼５の二次流れが整流されて主流Ｆ１が局所的に持つ径方向の速度成分が弱まること等がその要因である。また、漏れ流れｆ２と主流の合流点であるタービン部品１１の後縁１１ａが薄くなっていることにより、後縁１１ａの近傍における流れの澱みが抑制され、合流の際の混合損失の発生が低減される。

図４を用いて漏れ流れの周方向速度の変化の様子を説明する。主流Ｆ１から分かれた漏れ流れｆ１は、強い周方向速度成分を持った状態で隙間流路に流入する。前述した通り、この強い周方向速度成分は動翼５の上流に位置する静翼３で主流Ｆ１が周方向に大きく曲げられたことで付与される。隙間流路に流入した漏れ流れｆ１は、複数のシールフィン７とシュラウド６との間を通過する際の絞りによる損失により全圧が低下する。シールフィン７とシュラウド６の間を通過する際に流路が絞られて漏れ流れｆ１の軸方向速度が増加するが、角運動量保存の法則により周方向速度についてはほぼ一定に維持される。そのため、漏れ流れｆ１は最下流のシールフィン７を通過した後も主流路から隙間流路に流入してきた時と同等の強い周方向速度を持つ。

最下流のシールフィン７を通過した漏れ流れｆ１は、タービン部品１１と壁面１６で画定されるキャビティー１２を循環流れｆ３として循環する。循環流れｆ３はキャビティー１２を循環する過程で壁面１６との衝突により周方向速度を少し落とす。この循環流れｆ３が漏れ流れｆ１に混合することで、周方向速度成分が弱まった漏れ流れｆ２が形成される。このようにキャビティー１２で循環流れｆ３が形成されることで、タービン部品１１の隙間流路に臨む斜面（タービン径方向外側の面）に沿うように漏れ流れｆ２がガイドされ、タービン部品１１に沿って流れることで漏れ流れｆ２の径方向速度が減速される。キャビティー１２を循環してタービン部品１１に沿って流れることで、主流Ｆ２に合流する漏れ流れｆ２のタービン軸方向及び径方向の速度を抑えることができる。これにより漏れ流れｆ２と主流Ｆ１の流れ方向が揃い、漏れ流れｆ２の主流Ｆ１との混合が円滑化されて漏れ流れｆ２と主流Ｆ１の混合損失を低減することができる。

なお、タービン部品１１の形成に粉末金属プロセスを用いれば、タービン部品１１の隙間流路に臨む斜面（タービン径方向外側の面）を非軸対称な形状にすることもできる。この場合、隙間流路に臨む面の形状により漏れ流れｆ２の主流Ｆ１への合流角度を最適化でき、更なる効率改善効果が期待できる。

図５は本実施形態で得られる効果の説明図であり、本実施形態（タービン部品１１を後付けした態様）及び従来技術（タービン部品１１のない態様）の動翼損失係数の分布を表している。本実施形態では、タービン部品１１を後付けしたことによりシュラウド後端とダイヤフラム外輪１の軸方向間隙Ｇが狭まり、主流Ｆ１がキャビティー１２へ流れ込むことが抑制される。また、タービン部品１１の先端と動翼後縁までの軸方向の距離Ｌが確保されるため、動翼５で発生した二次流れの径方向流速成分を減少させる効果もある。これにより、キャビティー１２への主流Ｆ１の流れ込みの抑制効果がより高まり、キャビティー１２への主流Ｆ１の流入による損失を抑制することができる。更に、タービン部品１１が軸方向下流に向かって薄肉化していることで、漏れ流れｆ２の主流Ｆ１への合流が円滑化され、漏れ流れｆ２と主流Ｆ１の混合領域を薄層化して混合損失を抑えることができる。

シュラウド６にタービン部品１１を取り付けない場合、シュラウド６の後縁近傍で隙間流路の漏れ流れが主流Ｆ２に流れ込み、しかもシュラウド６の後縁部の径方向の厚みが大きい。そのためシュラウド６の下流に大きな逆流域が発生し、主流Ｆ１と漏れ流れの混合領域が大きく混合損失も大きい。

図５の縦軸は翼高さ方向の位置を、横軸は動翼の損失係数を表している。従来技術では、漏れ流れが大きな径方向速度を持った状態で主流部に合流するため、主流Ｆ２に漏れ流れが合流する翼先端における損失が大きい。これに対し、本実施形態の場合、上記の作用により主流Ｆ２に漏れ流れが合流する翼先端においても損失が抑えられ、段効率が大幅に向上する。

なお、このような効率改善効果は、単一の段落にのみタービン部品１１を適用する場合よりも複数の段落にタービン部品１１を適用した方が大きい。従来、漏れ流れの影響によってタービン翼の先端後縁部付近に損失の大きな流れが広く存在していた。このような損失の大きい流れは後段の静翼間に流入する際に端面境界層の発達や二次流れの成長を助長し、後段における損失発生の源となっていた。本実施形態では、漏れ流れが影響する領域が動翼後縁部の近傍の極狭い領域に限定されるため、後段における損失を抑えることができる。このことにより、後段における損失の発生、特に後段の静翼の二次流れ損失の増加を抑え、後段の段効率も改善することができる。

以上のように、タービン部品１１を適用した段落の効率のみならず、その下流の段落の効率も向上させることで、タービン全体の効率を大幅に改善することができる。既設機の部分的な改造によって低コストで大きな効率改善効果が得られ、その結果大きな経済的なメリットを享受することができる。

また、既設のタービンのシュラウドの動翼より後側の部分を先端に向かって断面が先細りになるように追加工しても同種の効果が期待できる。しかし既設タービンの動翼シュラウドの後部には一般に十分な長さがなく、シュラウドに対する追加工では動翼からシュラウド先端までの長さが足りない。この場合、漏れ流れが主流に合流する際の損失発生を十分に抑えることができず、有意な効率改善効果が得られ難い。また強度が要求されることから動翼とシュラウドは削り出し加工で一体に製造される場合が多い。同じように一体削り出しによって後縁に向かって断面が先細りになるシュラウドを有する動翼自体を既設のタービン向けに新たに製造した場合、動翼の製造コストが高くなることから費用対効果の面でメリットが得られ難い。それに対し、本実施形態によれば既設のタービンの動翼シュラウドに対して追加部品１１を取り付けることでタービン性能を改善することができるので、費用対効果が高い。

また、本実施形態の場合、嵌め合い部１３があることによってシュラウド６に対してタービン部品１１を精度良く位置決めすることができる。加えてタービン部品１１に掛かる遠心力を嵌め合い部１３で支持できるため、嵌め合い部１３をかしめ等で抜け止めするだけでタービン部品１１をシュラウド６に高強度で接合することができる。これにより軸流タービンの信頼性を確保することができる。

更には、仮にタービン部品１１の分割数或いは分割位置がシュラウド６と異なると、シュラウド同士の適切な接触面圧ひいては構造減衰が得られない可能性がある。それに対し本実施形態では、シュラウド６と同様にタービン部品１１を周方向に分割したセグメント構造とすることで、周方向に隣接するシュラウド同士の接触度合いのタービン部品１１を設置したことによる変化を抑制することができる。従って周方向に隣接するシュラウド同士の摩擦による構造減衰を従来並みに得ることができる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る隙間流路の詳細構造を表す図であって図３に対応する図である。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、シュラウド６とタービン部品１１Ａとの嵌め合い部１３ａに抜け止め構造１３ｂを設けたことである。具体的には、本実施形態における嵌め合い部１３ａはタービン中心軸について軸対称形状に形成されており、その断面がＴ字型となるように形成されている。抜け止め構造１３ｂは嵌め合い部１３ａのこのＴ字型の部分である。本実施形態においてはタービン部品１１Ａ側に断面Ｔ字型の凸部を設け、シュラウド６側にそれに応じた形状の凹部を追加工した場合を例示しているが、凹凸関係を逆にしても良い。本実施形態のタービン部品１１Ａの他の構成は第１実施形態のタービン部品１１と同様であり、タービン部品１１Ａを後付けした動翼５やそれを備えた軸流タービンの構造も第１実施形態と同様である。タービン部品１１Ａを用いた軸流タービンの改造方法も第１実施形態と基本的に同様であるが、抜け止め構造１３ｂを設けたことでタービン部品１１Ａを軸方向からシュラウド６に嵌め込むことはできない。そのため、シュラウド６の後縁端面にタービン部品１１Ａを後付けする際、少なくとも１本の動翼５をロータ４から取り外す必要がある。そして、取り外した動翼５に対して、嵌め合い部１３ａをタービン周方向（この動翼５がロータ４に取り付けられた状態でタービン周方向に相当する方向）から嵌め入れる。或いは、隣接する動翼５が取り外されていれば、ロータ４に取り付けたままの動翼５に対して隣接翼が除かれたスペースからタービン部品１１を挿し込み、嵌め合い部１３ａをタービン周方向から嵌め入れることもできる。

本実施形態の場合も第１実施形態と同様の効果が得られる。加えて、抜け止め構造１３ｂを設けたことにより、嵌め合い部１３をかしめたり拡散接合したりしなくてもタービン部品１１Ａが軸方向に抜けることがない。従って、例えば将来的にタービン部品１１が経年劣化した場合においても、傷んだタービン部品１１を動翼５から容易に抜き取って新たなものと交換することができ、交換コストを大幅に低減できるメリットもある。

（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態に係る隙間流路の詳細構造を表す図であって図３に対応する図である。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、シュラウド６とタービン部品１１Ｂとの嵌め合い部を省略したことである。図７の断面で見てシュラウド６とタービン部品１１Ｂの対向端面は、例えばタービン中心軸に直交する平面である。本実施形態においては、シュラウド６とタービン部品１１Ｂの対向端面が拡散接合によって結合されている。また本実施形態に準ずる例として、レーザー溶接を用いてもタービン部品１１Ｂとシュラウド６を強固に結合することができる。本実施形態のタービン部品１１Ｂの他の構成は第１実施形態のタービン部品１１と同様であり、タービン部品１１Ｂを後付けした動翼５やこれを備えた軸流タービンの構造も第１実施形態と同様である。

本実施形態でも第１実施形態と同様の効果が得られる。加えて本実施形態においては、シュラウド６とタービン部品１１Ｂの結合に拡散接合を用いることで、シュラウド６とタービン部品１１Ｂを単に嵌め合い構造にするよりも結合強度を高められる。特にシュラウド６とタービン部品１１Ｂの対向端面を凹凸のない軸対称面とすることで、拡散接合時の接合面圧を均一に近付けることができる。また既設タービンのシュラウド６の追加工に要する工数も抑えられる。接合面の形状がシンプルであるため、タービン径方向の厚みが薄いシュラウドにもタービン部品１１Ｂを後付けし易く、既設タービンの信頼性を損なうことなく性能向上を実現することができる。

（第４実施形態）
図８は本発明の第４実施形態に係る隙間流路の詳細構造を表す図であって図３に対応する図である。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、別途製造されたタービン部品をシュラウド６に結合するのではなく、タービン部品１１に相当する形状の部位１１Ｃを既設機のシュラウド６の後縁端面に事後的に三次元造形（３Ｄプリント）する点である。部位１１Ｃの形状は前述した実施形態のタービン部品（例えば第３実施形態のタービン部品１１Ｂ）と同様である。例えば高圧段のタービン翼は短翼であるため、部位１１Ｃの形成はロータ４から取り外した動翼５を立体印刷機（３Ｄプリンター）にセットし、シュラウド６に三次元造形することができる。動翼５をロータ４に取り付けたままシュラウド６に部位１１Ｃを造形できる場合には、動翼５をロータ４から取り外す必要はない。こうしたタービン翼ひいては軸流タービンの改造方法が異なる点を除き、本実施形態の他の構成は先の各実施形態と同様であり、部位１１Ｃを後付けした動翼５やこれを備えた軸流タービンの構造も先の各実施形態と同様である。

本実施形態でも第１実施形態等と同様の効果が得られる。加えて本実施形態においては、既設タービンのシュラウド６の追加工が不要になり、またタービン径方向の厚みが薄いシュラウドの改造も容易である。

（第５実施形態）
図９は本発明の第５実施形態に係る蒸気タービンの要部である段落部の構造を模式的に表す断面図である。図９は図１に対応する図である。第１−第４実施形態においては動翼５に発明を適用した例を説明したが、本発明は動翼５に限らず軸流タービンのタービン翼に適用可能である。本実施形態は静翼３に発明を適用した例である。

前述したように静翼３の先端（タービン径方向の内側の端部）に設けたダイヤフラム内輪２もシュラウドの一種である。動翼５のシュラウド６の後縁端面にタービン部品１１，１１Ａ，１１Ｂや部位１１Ｃを後付けしたのと同じ要領でダイヤフラム内輪２の後縁端面にタービン部品１１Ｄを後付けする。タービン部品１１Ｄは、タービン部品１１，１１Ａ，１１Ｂ又は部位１１Ｄと同様の構成である。即ちタービン部品１１Ｄは、ダイヤフラム内輪２と共に主流路に臨み、ダイヤフラム内輪２と自己の主流路を画定する面がタービン軸方向に連続する。そして図９の断面で見て隙間流路（ロータ４とダイヤフラム内輪２の間の流路）に臨む面が下流側に向かうにつれて主流路に近付く形状である。図９におけるタービン部品１１Ｄの断面は、主流路の中心線についてタービン部品１１と対称的な形状である。

（変形例）
以上においては蒸気タービンのタービン翼に発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、ガスタービン等の他の軸流タービンにも以上の各実施形態の特徴は適用可能である。この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。また複数段の軸流タービンのいずれの段落にも適用可能である。

１…ダイヤフラム外輪（対向部材）、２…ダイヤフラム内輪（シュラウド）、３…静翼（タービン翼）、４…ロータ（対向部材）、５…動翼（タービン翼）、６…シュラウド、
７…シールフィン（シール）、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄ…タービン部品、１１Ｃ…部位、１３，１３ａ…嵌め合い部、Ｏ…タービン中心軸

Claims (12)

1. タービン翼の先端に設けられたシュラウドの後縁端面に取り付けるタービン部品であって、
   前記シュラウドの後縁端面に取り付けた場合に主流路に臨む面と隙間流路に臨む面を有し、タービン中心軸を含む平面で切断した断面で見て前記隙間流路に臨む面が下流側に向かうにつれて前記主流路に近付くように形成されていることを特徴とするタービン部品。
2. 請求項１のタービン部品において、タービン周方向に採った幅が対応するシュラウドと合わせてあり、シュラウドに対応して周方向に複数連なって環状をなすことを特徴とするタービン部品。
3. 請求項１のタービン部品において、前記シュラウドとの嵌め合い部を有していることを特徴とするタービン部品。
4. 請求項３のタービン部品において、前記嵌め合い部がタービン中心軸について軸対称形状に形成されており、その断面がＴ字型であることを特徴とするタービン部品。
5. 請求項１のタービン部品において、前記シュラウドに取り付けた状態で自己の下流側端部から前記タービン翼の先端の後縁までタービン軸方向に採った長さが、前記タービン翼の先端の軸コード長の１０％以上で５０％以下となるように形成されていることを特徴とするタービン部品。
6. タービン翼と、
   前記タービン翼の先端に設けたシュラウドと、
   前記シュラウドの後縁端面に拡散接合又はレーザー溶接によって後付けした請求項１のタービン部品と
   を備えたタービン翼。
7. 請求項６のタービン翼を備えたタービン。
8. タービン翼と、
   前記タービン翼の先端に設けたシュラウドと、
   前記シュラウドの後縁端面に、前記嵌め合い部をタービン周方向から嵌め入れて後付けした請求項４のタービン部品と
   を備えたタービン翼。
9. 請求項８のタービン翼を備えた軸流タービン。
10. タービン中心軸方向に延びる環状の主流路に配置された複数のタービン翼、各タービン翼の先端に設けた複数のシュラウド、及び前記複数のシュラウドとこれらシュラウドの周囲を囲う対向部材との間の環状の隙間流路に配置されたシールを備えた軸流タービンの改造方法であって、
    前記シュラウドの後縁端面に、請求項１のタービン部品を後付けすることを特徴とする軸流タービン改造方法。
11. 軸流タービンのタービン中心軸方向に延びる環状の主流路に配置され、先端にシュラウドを有するタービン翼の製造方法であって、
    前記軸流タービンに前記タービン翼を取り付けられた場合に、前記シュラウドと共に前記主流路に臨むと共に前記シュラウドと自己の前記主流路を画定する面がタービン軸方向に連続し、タービン中心軸を含む平面で切断した断面で見て、前記シュラウドと前記シュラウドの周囲を囲う対向部材との間の隙間流路に臨む面が下流側に向かうにつれて前記主流路に近付くような形状の部位を、既存のタービン翼の前記シュラウドの後縁端面に立体印刷機によって三次元造形して後付けすることを特徴とするタービン翼の製造方法。
12. タービン中心軸方向に延びる環状の主流路に配置された複数のタービン翼、前記タービン翼の先端に設けられて環状をなす複数のシュラウド、前記シュラウドと前記シュラウドの周囲を囲う対向部材との間の環状の隙間流路に配置されたシール、及び前記シュラウドの後縁端面に取り付けられた請求項１のタービン部品を備えた軸流タービンであって、
    前記シュラウドの前記主流路に臨む面と、前記タービン部品の前記主流路に臨む面がタービン軸方向に連続していることを特徴とする軸流タービン。

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