JP2021124021A - タービン - Google Patents

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Abstract

【課題】損失が低減されることで、さらに性能の向上したタービンを提供する。
【解決手段】タービンは、軸線回りに回転可能な回転軸、及び回転軸の外周面に設けられた動翼列を有するロータと、ロータを外周側から覆うとともに軸線方向の下流側に向かうにしたがって径方向外側に延びる車室内周面２１Ｓを有する車室と、車室内周面２１Ｓを内周側から覆うことで、上流側で車室内周面２１Ｓとの間に抽気口を形成し、下流側に吐出口Ｅ２を形成する内周部材本体４０Ｈと、を備え、抽気口、及び吐出口Ｅ２は、軸線を中心とする環状をなし、吐出口Ｅ２の流路断面積は、抽気口の流路断面積よりも小さく設定されている。
【選択図】図２

Description

本開示は、タービンに関する。
蒸気タービンやガスタービンを含むタービンは、軸線回りに回転する回転軸、及び該回転軸の外周面に設けられた動翼列を有するロータと、このロータを外周側から覆う筒状の車室と、車室の内周面に設けられた静翼列と、を備えている。例えば蒸気タービンでは、車室内に高圧の蒸気が供給されることで、動翼を通じてロータに回転力が与えられる。ガスタービンでは、燃焼器から供給された高温高圧の燃焼ガスによって、ロータに回転力が与えられる。
特許文献１に記載されているように、車室内では、下流側に向かうに従って流体の圧力が下がるため、当該車室の内周面は、下流側に向かうに従って径方向外側に拡径していることが一般的である。
特開２０１１−６９３０８号公報
ここで、下流側に向かうに従って車室の内周面を径方向に過剰に拡大させてしまうと、流体の流れが当該内周面の拡大に追従しきれず、剥離を生じてしまう。このような剥離は損失につながり、タービンの性能に影響が及ぶ虞がある。タービンの出力向上には車室内周面の径方向への拡大が望ましいが、剥離による性能低下を回避する必要から、従来の車室の内周面の径方向への拡大は制約を受けていた。
本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、下流側に向かうに従って内周面が径方向に大きく拡大することによる剥離を抑制して、剥離に起因する損失を低減し、さらに性能の向上した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、本開示に係るタービンは、軸線回りに回転可能な回転軸、及び該回転軸の外周面に設けられた動翼列を有するロータと、該ロータを外周側から覆うとともに前記軸線方向の下流側に向かうにしたがって径方向外側に延びる車室内周面を有する車室と、前記車室内周面を内周側から覆うことで、上流側で前記車室内周面との間に抽気口を形成し、下流側に吐出口を形成する内周部材本体と、を備え、前記抽気口、及び前記吐出口は、前記軸線を中心とする環状をなし、前記吐出口の流路断面積は、前記抽気口の流路断面積よりも小さく設定されている。
本開示によれば、損失が低減されることで、さらに性能の向上したタービンを提供することができる。
本開示の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す断面図である。 本開示の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本開示の第一実施形態に係る蒸気タービンの変形例を示す要部拡大断面図である。 本開示の第一実施形態に係る支持部の変形例を示す図であって、支持部を径方向から見た図である。 本開示の第一実施形態に係る支持部の変形例を示す要部拡大断面図である。 本開示の第二実施形態に係る軸流タービンの要部拡大断面図である。 本開示の第三実施形態に係る軸流タービンの要部拡大断面図である。 本開示の第四実施形態に係る軸流タービンの要部拡大断面図である。 本開示の第五実施形態に係る軸流タービンの要部拡大断面図である。
＜第一実施形態＞
（蒸気タービンの構成）
以下、本開示の第一実施形態に係るタービンの一例として、蒸気タービン１００について、図１と図２を参照して説明する。蒸気タービン１００は、ロータ１と、車室２と、内周部材４０（図２参照）と、を備えている。
ロータ１は、軸線Ｏに沿って延びる柱状の回転軸１１と、この回転軸１１の外周面に設けられた複数の動翼列１２と、を有している。回転軸１１は、軸線Ｏ回りに回転可能とされている。動翼列１２は、回転軸１１の外周面上で、軸線Ｏに対する周方向に配列された複数の動翼を有している。回転軸１１には、この動翼列１２が軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数配列されている。
車室２は、内車室２１と、排気ケーシング２２と、を有している。内車室２１は、上記のロータ１を外周側から覆うことで、ロータ１の外周面との間に主流路Ｐｍを形成している。内車室２１は、軸線Ｏを中心とする筒状の内車室本体２１Ｈと、内車室本体２１Ｈの内周側に固定されている複数の静翼保持リング２１Ｒと、静翼保持リング２１Ｒのさらに内周側に設けられている静翼列２３と、を有している。
静翼保持リング２１Ｒは、軸線Ｏ方向における複数の動翼列１２それぞれの一方側、すなわち流体の流れ方向では上流側に１つずつ設けられている。それぞれの静翼保持リング２１Ｒは、軸線Ｏを中心とする環状をなしている。静翼保持リング２１Ｒの内周面２１Ｓ（車室内周面）は、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って径方向外側に向かって延びている。静翼列２３は、この静翼保持リング２１Ｒの内周面２１Ｓから径方向内側に向かって延びる複数の静翼を有している。つまり、上記の主流路Ｐｍ内では、軸線Ｏ方向一方側から他方側にかけて、静翼列２３と動翼列１２とが交互に配列されている。
内車室２１の軸線Ｏ方向一方側の端部には、外部の蒸気供給源から導かれた高温高圧の蒸気が流入する供給管２Ｅが設けられている。供給管２Ｅの延長上には、不図示の開閉弁や調整弁が取り付けられている。この供給管２Ｅから内車室２１の内部に導かれた蒸気は、主流路Ｐｍを流通する中途で、上記の静翼列２３、及び動翼列１２に交互に衝突する。なお、以降の説明では、軸線Ｏ方向における蒸気が流れて来る側を上流側と呼び、蒸気が流れ去る側を下流側と呼ぶことがある。また、複数の動翼列１２のうち、最も下流側に配置されている動翼列１２を最終段動翼列１２Ｄと呼ぶことがある。なお、この最終段動翼列１２Ｄを含めて、全ての動翼列１２の先端にはシュラウド１２Ｓが設けられている。
内車室２１の下流側には、排気ケーシング２２が接続されている。排気ケーシング２２は、主流路Ｐｍから排出された蒸気を外部の機器（復水器等）に向けて導くための流路（排気流路Ｐｅ）を形成している。具体的には、排気ケーシング２２は、ベアリングコーン２２Ａと、このベアリングコーン２２Ａを外周側から覆う外車室２２Ｂと、フローガイド５０と、を有している。ベアリングコーン２２Ａは、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側に向かって延びる円錐形状をなしている。外車室２２Ｂは、ベアリングコーン２２Ａを下流側及び径方向外側から覆う有底筒状をなしている。排気流路Ｐｅに流れ込んだ蒸気は、ベアリングコーン２２Ａに沿って下流側に向かって流れた後、径方向外側に向かう方向に転向し、さらに外車室２２Ｂの内面に沿って上流側に流れる。
（フローガイドの構成）
フローガイド５０は、上述のような蒸気の流れを排気流路Ｐｅ中で円滑に案内するために設けられている。フローガイド５０は、内車室本体２１Ｈの下流側の端縁からさらに下流側に向かって延びる筒状をなしている。より詳細には、このフローガイド５０は、下流側に向かうに従って次第に拡径する漏斗状をなしている。なお、フローガイド５０の内周面５０Ｓは、上述の静翼保持リング２１Ｒの内周面に連続することで、ともに上述の内周面２１Ｓ（車室内周面）の一部を形成している。
ここで、上記のように、最終段動翼列１２Ｄに対応する静翼保持リング２１Ｒの内周面２１Ｓ（車室内周面）から、フローガイド５０の内周面５０Ｓにかけての領域は急激に拡径している。この拡径が過剰になると、流体の流れが当該内周面２１Ｓに追従しきれず、流れの剥離を生じることになる。このような剥離が発生すると損失となり、蒸気タービン１００の性能に影響が及んでしまう。
そこで、本実施形態では、図２に示すように、最終段動翼列１２Ｄに対応する静翼保持リング２１Ｒの内周面２１ＳにキャビティＣが形成されているとともに、このキャビティＣを覆う内周部材４０が設けられている。
（内周部材の構成）
キャビティＣは、内周面２１Ｓにおける最終段動翼列１２Ｄに対向する部分に形成された凹部である。キャビティＣは、内周面２１Ｓから径方向外側に向かって凹むとともに、軸線Ｏを中心とする環状をなしている。キャビティＣ内における径方向外側の面はキャビティ内周面Ｃ１とされ、上流側の面はキャビティ上流面Ｃ２とされている。キャビティ内周面Ｃ１は、一例として軸線Ｏを中心とする円筒面状である。なお、キャビティ内周面Ｃ１は、径方向の寸法が軸線Ｏ方向にかけて変化している形状を採ることも可能である。キャビティ上流面Ｃ２は、軸線Ｏに対する径方向に広がっている。
内周部材４０は、支持部３０と、内周部材本体４０Ｈと、を有している。支持部３０は、キャビティ内周面Ｃ１から径方向内側に向かって延びている。キャビティ内周面Ｃ１上には、周方向に間隔をあけて複数の支持部３０が配列されている。支持部３０の径方向内側の端部は、内周部材本体４０Ｈの外周面（後述する流路形成面４０Ｔ）に接続されている。
内周部材本体４０Ｈは、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。内周部材本体４０Ｈの外周面は流路形成面４０Ｔとされている。流路形成面４０Ｔは、キャビティ内周面Ｃ１に対して径方向に間隔をあけて対向している。流路形成面４０Ｔは、下流側に向かうに従って次第に径方向外側に向かって湾曲している。内周部材本体４０Ｈの内周面は案内面４０Ｓとされている。案内面４０Ｓは上述の主流路Ｐｍに臨んでいる。案内面４０Ｓは、流路形成面４０Ｔと同様に、下流側に向かうに従って次第に径方向外側に向かって湾曲している。
内周部材本体４０Ｈの上流側の端縁Ｐ１は、キャビティ上流面Ｃ２に対して軸線Ｏ方向に隙間をあけて対向している。この隙間は、キャビティＣ内と主流路Ｐｍとを連通させる抽気口Ｅ１とされている。つまり、この抽気口Ｅ１を通じて主流路Ｐｍ内の蒸気の一部がキャビティＣ内に流入する。一方で、内周部材本体４０Ｈの下流側の端縁Ｐ２は、キャビティＣの下流側に接続されているフローガイド５０の内周面５０Ｓ（２１Ｓ）に対して隙間をあけて対向している。この隙間は吐出口Ｅ２とされている。キャビティＣ内に流入した蒸気は、この吐出口Ｅ２から下流側に向かってジェット噴流Ｆｊとして吹き出される。
ここで、吐出口Ｅ２の流路断面積は、抽気口Ｅ１の流路断面積よりも小さく設定されている。つまり、内周部材本体４０Ｈの下流側の端縁Ｐ２とフローガイド５０の内周面との間の離間距離は、上流側の端縁Ｐ１とキャビティ上流面Ｃ２との間の離間距離よりも小さく設定されている。また、内周部材本体４０Ｈの下流側の端縁Ｐ２は、軸線Ｏ方向において、フローガイド５０の始点Ｐｃ（つまり、フローガイド５０の上流側の端縁）よりもさらに下流側に位置している。さらに、軸線Ｏを含む断面視で、内周部材本体４０Ｈの吐出口Ｅ２側の端縁Ｐ２における接線Ｌｃは、下流側に向かうに従って次第に軸線Ｏから離間する方向に延びている。これにより、上述のジェット噴流Ｆｊは、下流側に向かうに従って径方向外側に広がるように吹き出される。
（作用効果）
次に、本実施形態に係る蒸気タービン１００の動作について説明する。蒸気タービン１００を運転するに当たっては、まず外部の蒸気供給源（ボイラ等）で生成された高温高圧の蒸気を、供給管２Ｅを通じて車室２の内部（主流路Ｐｍ）に導く。主流路Ｐｍを下流側に向かって流通する中途で、この蒸気は静翼列２３によって案内されつつ動翼列１２に衝突する。これにより、ロータ１は軸線Ｏ回りに回転する。ロータ１の回転エネルギーは軸端から取り出されて、発電機等の外部機器の駆動に用いられる。主流路Ｐｍを通過した蒸気は、上述の排気流路Ｐｅを通じて他の機器（一例として復水器）に送られる。
ここで、最終段動翼列１２Ｄに対応する静翼保持リング２１Ｒの内周面２１Ｓ（車室内周面）の下流端から始まる、フローガイド５０の内周面は圧力回復のため急激に拡径する。この拡径が過剰になると、流体の流れが当該内周面に追従しきれず、流れの剥離を生じることがある。このような剥離は損失につながり、蒸気タービン１００の性能に影響が及ぶ虞がある。
しかしながら、図２に示すように、本実施形態では、車室２内部を流れる蒸気の一部は、主流Ｆｍから分岐して分岐流Ｆｄとして抽気口Ｅ１を通じてキャビティＣ内に流れ込む。吐出口Ｅ２の流路断面積は、キャビティＣ内に流れ込んだ蒸気は、吐出口Ｅ２から下流側に向かってジェット噴流Ｆｊとして吹き出される。これにより、内周部材本体４０Ｈの内周面（案内面４０Ｓ）に沿う流れ（拡径流Ｆｇ）は、コアンダ効果によって当該吐出口Ｅ２から吹き出したジェット噴流Ｆｊに引き付けられる。したがって、内周部材本体４０Ｈの下流側で、蒸気の内周面２１Ｓからの剥離を抑制することができる。また、上記構成では、抽気口Ｅ１、及び吐出口Ｅ２が軸線Ｏを中心とする環状をなしていることから、車室２内部における全周にわたって上記のような剥離の発生を抑制することができる。さらに、上記構成によれば、吐出口Ｅ２の流路断面積は、抽気口Ｅ１の流路断面積よりも小さく設定されている。これにより、キャビティ内の圧力は最終段動翼列１２Ｄの上流側の主流の圧力とほぼ等しくなり、最終段動翼列を通過した吐出口Ｅ２付近の拡径流Ｆｇの圧力との差圧が大きくなる。また、内周部材本体４０Ｈの外周面４０Ｔは、端縁Ｐ２まで下流側に向かうに従って次第に径方向外側に向かって湾曲しており、キャビティ内周面Ｃ１との隙間は下流側ほど狭くなっているので、吐出口Ｅ２に向かうに従ってキャビティＣ内を流れる蒸気の流速が上がる。その結果、吐出口Ｅ２から吹き出す蒸気（ジェット噴流Ｆｊ）の流速を、キャビティＣ外を流れる蒸気の流速よりも高くすることができる。したがって、キャビティＣの下流側で流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
さらに、上記構成によれば、内周部材本体４０Ｈの吐出口Ｅ２側の端縁Ｐ２における接線Ｌｃが、下流側に向かうに従って軸線Ｏから離間する方向に延びていることから、当該内周部材本体４０Ｈの下流側では、吐出口Ｅ２から吹き出される流れを内周面２１Ｓに沿わせることができる。つまり、ジェット噴流Ｆｊを径方向外側に広げつつ、下流側に流すことができる。これにより、コアンダ効果の発現が促進され、流れをより一層内周面２１Ｓ側に引き寄せることができる。つまり、流れの剥離をさらに抑制できる。
上記構成によれば、内周部材本体４０Ｈの吐出口Ｅ２側における端縁Ｐ２が、フローガイド５０の始点Ｐｃよりも下流側に位置している。つまり、内周部材本体４０Ｈにおけるより広い範囲が内周側からフローガイド５０によって覆われる。ここで、流れの剥離は、フローガイド５０も始点Ｐｃよりも下流側の領域で発生しやすい。上記構成によれば、吐出口Ｅ２から吹き出される流れを、内周面２１Ｓに対してさらに追従させる効果（コアンダ効果）を増大させることができる。その結果、流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。また、このように剥離の発生が回避されることから、より大きな圧力回復が可能な形状のフローガイド５０を採用することができる。
また、上記構成によれば、キャビティ内周面Ｃ１上に周方向に複数配列された支持部３０によって、内周部材本体４０ＨをキャビティＣの内周側で安定的に支持することができる。
以上、本開示の第一実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
＜第一変形例＞
例えば、図３に示すように、内周部材本体４０Ｈの下流側の端縁Ｐ２´が、フローガイド５０の始点Ｐｃ´よりも上流側に位置している構成を採ることも可能である。このように構成することで、フローガイド５０の始点Ｐｃ´から直ちに内径の拡大率を大きくしても剥離が発生しにくくなり、排気室を軸線Ｏ方向にも径方向にも小型化することができ、蒸気タービン全体の小型化も可能になる。
＜第二変形例＞
さらに、支持部３０の変形例として、図４及び図５に示す構成を採ることも可能である。当該図の例では、支持部３０Ｂは、下流側に向かうに従って、ロータ１の回転方向Ｄｒの後方側に向かうように湾曲している。つまり、これら支持部３０Ｂは、回転方向Ｄｒの前方側に向かって凸となっている。また、支持部３０Ｂは、キャビティＣ内における吐出口Ｅ２側に偏った位置に設けられている。
ここで、キャビティＣ内に流れ込む流れには、ロータ１の回転に伴って、当該回転方向Ｄｒに旋回する旋回流成分が含まれている。上記構成では、支持部３０Ｂによってこの旋回流成分が低減され、支持部３０Ｂの下流側では、流れに含まれる軸線Ｏ方向成分が多くなる。これにより、吐出口Ｅ２から吹き出される流れによるコアンダ効果をより一層促進することができる。したがって、流れを内周面２１Ｓに対してさらに追従させることができる。その結果、流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
さらに、上記構成によれば、支持部３０Ｂが吐出口Ｅ２側に偏った位置に設けられていることから、吐出口Ｅ２から吹き出される流れの方向を安定的に制御することができる。一方で、支持部３０Ｂが抽気口Ｅ１側に偏った位置に設けられている場合には、吐出口Ｅ２に到達する前にキャビティＣ内で支持部３０Ｂ自体による流れの乱れが生じてしまい、吐出口Ｅ２の下流側でコアンダ効果を安定して発現させることができない可能性がある。上記構成によれば、このような可能性を低減することができる。
＜第二実施形態＞
次いで、本開示の第二実施形態について、図６を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、上述の排気室によって排気方向を変更する蒸気タービン１００に代えて、軸線Ｏ方向に排気する軸流タービン２００に、キャビティＣ、及び内周部材４０が適用されている。軸線Ｏ方向に排気する軸流タービン２００には、蒸気タービンに限られず、ガスタービンも含まれる。軸流タービン２００は、最終段動翼列１２Ｄ´の下流側に、前述の排気室に代えて内径側壁面Ｄ１を有するディフューザＤを備える。本実施形態においても、タービンケーシング７０の内周面７０Ｓ（車室内周面）における最終段動翼列１２Ｄ´に対向する部分に、キャビティＣ´が形成されている。さらに、このキャビティＣ´は、内周部材本体４０Ｈ´によって径方向内側から覆われている。内周部材本体４０Ｈ´は、キャビティＣ´の内周面に対して支持部３０´によって固定されている。また、最終段動翼列１２Ｄ´の下流側には、ディフューザＤの内径側壁面Ｄ１を支持するストラット６０が設けられている。
上記構成によれば、最終段動翼列１２Ｄ´を通過してディフューザＤに流入した流れの剥離を抑制できるため、従来よりもディフューザＤにおける断面積の拡大率を大きくすることができる。したがって、ディフューザＤの軸線Ｏ方向における寸法を短縮できる。すなわち軸流タービン２００の全長を短くし、小型化することが可能になる。
以上、本開示の第二実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
＜第三実施形態＞
次いで、本開示の第三実施形態について、図７を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、軸流タービン２００のタービンケーシング７０における中間段動翼列８０に対応する領域に、上記各実施形態で説明したキャビティＣ´が形成されている。キャビティＣ´は、内周部材本体４０Ｈ´によって径方向内側から覆われている。内周部材本体４０Ｈ´は、キャビティＣ´の内周面に対して支持部３０´によって固定されている。また、中間段動翼列８０の上流側、及び下流側には、それぞれ静翼保持リング(図示せず)を介して中間段静翼列９０Ａ，９０Ｂが設けられている。また、中間段動翼列８０の先端にはシュラウド８０Ｓが設けられている。
上記構成によれば、中間段動翼列８０を通過する流れの剥離が低減されることで、タービンとしての軸流タービン２００の性能をさらに向上させることができる。また、当該中間段動翼列８０の下流側での剥離発生を抑制できるため、車室内径の拡大率を大きくとることが可能になる。逆に言えば当該中間段動翼列８０よりも下流側に位置する他の動翼列の翼高さと比較して当該動翼列８０の翼高さを小さく抑えることができる。すなわち、同じ径の最終段動翼列を持つ従来の軸流タービンと比較してタービンの軸長を短く構成して、軸流タービンを小型化できる。
以上、本開示の第三実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
＜第四実施形態＞
次いで、本開示の第四実施形態について、図８を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、第一実施形態で説明した蒸気タービン１００において、車室内周面２１Ｓに上述のキャビティＣが形成されていない。車室内周面２１Ｓは、上流側から下流側に向かうに従って全体として次第に拡径している。なお、車室内周面２１Ｓにおける最終段動翼列１２Ｄに対向する部分は軸線Ｏと平行に延びている。なお、フィンシールを設けるために、当該部分を階段状に形成する構成を採ることも可能である。
さらに、車室内周面２１Ｓにおける最終段動翼列１２Ｄよりも下流側には、内周部材４０ｂが設けられている。内周部材４０ｂは、内周部材本体４０Ｈと、当該内周部材本体４０Ｈを車室内周面２１Ｓ上で支持する支持部３０と、を有している。内周部材本体４０Ｈは、車室内周面２１Ｓに沿って延びている。つまり、内周部材本体４０Ｈは、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側から外側に向かって延びている。支持部３０は、車室内周面２１Ｓと内周部材本体４０Ｈの外周面とを接続している。なお、支持部３０の態様として、上述の第一実施形態や、第一実施形態の第二変形例で説明した構成を採ることが可能である。
上記構成によれば、車室２内部を流れる流体の一部は、抽気口Ｅ１を通じて内周部材本体４０Ｈと車室内周面２１Ｓとの間の空間に流れ込む。当該空間に流れ込んだ流体は、吐出口Ｅ２から下流側に向かって吹き出される。この流れにより、内周部材本体４０Ｈの内周面に沿う流れは、当該吐出口Ｅ２から吹き出した流れに対してコアンダ効果によって引き付けられる。したがって、内周部材本体４０Ｈの下流側で、流体が車室内周面２１Ｓから剥離してしまう可能性を低減することができる。また、上記構成では、車室２内部を流れる流体をキャビティＣ等によって捕捉することなく、内周部材本体４０Ｈによって直接的にこれを案内することができる。これにより、キャビティＣに流体が流れ込む際に生じる損失の発生を回避しつつ、流れの剥離を抑制することができる。
以上、本開示の第四実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
＜第五実施形態＞
次いで、本開示の第五実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、軸流タービン２００のタービンケーシング７０における中間段動翼列８０に対応する領域に、上記各実施形態で説明した内周部材４０ｃが設けられている。また、本実施形態では、タービンケーシング７０の内周面７０Ｓ（車室内周面）に上述のキャビティＣ´が形成されていない。つまり、内周面７０Ｓは、上流側から下流側に向かうに従って全体として次第に拡径している。なお、内周面７０Ｓにおける中間段動翼列８０に対向する部分は軸線Ｏと平行に延びている。なお、フィンシールを設けるために、当該部分を階段状に形成する構成を採ることも可能である。また、中間段動翼列８０の上流側、及び下流側には、それぞれ静翼保持リング(図示せず)を介して中間段静翼列９０Ａ，９０Ｂが設けられている。
内周部材４０ｃは、内周面７０Ｓにおける中間段動翼８０の下流側に設けられている。内周部材４０ｃは、内周部材本体４０Ｈと、支持部３０と、を有している。内周部材本体４０Ｈは、内周面７０Ｓに沿って延びている。つまり、内周部材本体４０Ｈは、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側から外側に向かって延びている。支持部３０は、車室内周面２１Ｓと内周部材本体４０Ｈの外周面とを接続している。なお、支持部３０の態様として、上述の第一実施形態や、第一実施形態の第二変形例で説明した構成を採ることが可能である。
上記構成によれば、中間段動翼列８０を通過する流れの剥離が低減されることで、タービンとしての軸流タービン２００の性能をさらに向上させることができる。また、当該中間段動翼列８０の下流側での剥離発生を抑制できるため、車室内径の拡大率を大きくとることが可能になる。逆に言えば当該中間段動翼列８０よりも下流側に位置する他の動翼列の翼高さと比較して当該動翼列８０の翼高さを小さく抑えることができる。すなわち、同じ径の最終段動翼列を持つ従来の軸流タービンと比較してタービンの軸長を短く構成して、軸流タービンを小型化できる。
また、上記構成では、タービンケーシング７０の内部を流れる流体をキャビティＣ等によって捕捉することなく、内周部材本体４０Ｈによって直接的にこれを案内することができる。これにより、キャビティＣに流体が流れ込む際に生じる損失の発生を回避しつつ、流れの剥離を抑制することができる。
以上、本開示の第五実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
＜付記＞
各実施形態に記載のタービンは、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係るタービン１００は、軸線Ｏ回りに回転可能な回転軸１１、及び該回転軸１１の外周面に設けられた動翼列１２を有するロータ１と、該ロータ１を外周側から覆うとともに前記軸線Ｏ方向の下流側に向かうにしたがって径方向外側に延びる車室内周面２１Ｓを有する車室２と、前記車室内周面２１Ｓを内周側から覆うことで、上流側で前記車室内周面２１Ｓとの間に抽気口Ｅ１を形成し、下流側に吐出口Ｅ２を形成する内周部材本体４０Ｈと、を備え、前記吐出口Ｅ２は、前記抽気口Ｅ１、及び前記吐出口Ｅ２は、前記軸線Ｏを中心とする環状をなし、前記吐出口Ｅ２の流路断面積は、前記抽気口Ｅ１の流路断面積よりも小さく設定されている。
上記構成によれば、車室２内部を流れる流体の一部は、抽気口Ｅ１を通じて内周部材本体４０Ｈと車室内周面２１Ｓとの間の空間に流れ込む。当該空間に流れ込んだ流体は、吐出口Ｅ２から下流側に向かってジェット噴流として吹き出される。この流れにより、内周部材本体４０Ｈの内周面に沿う流れは、コアンダ効果によって当該吐出口Ｅ２から吹き出した流れに引き付けられる。したがって、内周部材本体４０Ｈの下流側で、流体が車室内周面２１Ｓから剥離してしまう可能性を低減することができる。また、上記構成では、抽気口Ｅ１、及び吐出口Ｅ２が軸線Ｏを中心とする環状をなしていることから、車室２内部における全周にわたって上記のような剥離の発生を抑制することができる。さらに、上記構成によれば、吐出口Ｅ２の流路断面積は、抽気口の流路断面積よりも小さく設定されている。これにより、抽気口Ｅ１から吐出口Ｅ２に向かう流体の流速が上がる。その結果、吐出口Ｅ２から吹き出す流体の流速を、内周部材本体４０Ｈよりも内周側を流れる流体の流速よりも高くすることができる。したがって、内周部材本体４０Ｈの下流側で流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
（２）第２の態様に係るタービン１００では、前記車室内周面２１Ｓには、該車室内周面２１Ｓにおける前記動翼列１２に対向する部分に形成されて径方向外側に凹むとともに前記軸線Ｏを中心とする環状をなすキャビティＣが形成され、前記内周部材本体４０Ｈは、前記キャビティＣを内周側から覆うように設けられている。
上記構成によれば、車室２内部を流れる流体の一部は、抽気口Ｅ１を通じてキャビティＣ内に流れ込む。キャビティＣ内に流れ込んだ流体は、吐出口Ｅ２から下流側に向かって吹き出される。これにより、内周部材本体４０Ｈの内周面に沿う流れは、当該吐出口Ｅ２から吹き出した流れに対してコアンダ効果によって引き付けられる。したがって、内周部材本体４０Ｈの下流側で、流体が車室内周面２１Ｓから剥離してしまう可能性を低減することができる。また、上記構成では、抽気口Ｅ１、及び吐出口Ｅ２が軸線Ｏを中心とする環状をなしていることから、車室２内部における全周にわたって上記のような剥離の発生を抑制することができる。さらに、上記構成によれば、吐出口Ｅ２の流路断面積は、抽気口の流路断面積よりも小さく設定されている。これにより、抽気口Ｅ１から吐出口Ｅ２に向かうに従ってキャビティＣ内を流れる流体の流速が上がる。その結果、吐出口Ｅ２から吹き出す流体の流速を、キャビティＣ外を流れる流体の流速よりも高くすることができる。したがって、キャビティＣの下流側で流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
（３）第３の態様に係るタービン１００では、前記車室内周面２１Ｓは、上流側から下流側に向かうに従って次第に拡径し、前記内周部材本体４０Ｈは、前記車室内周面２１Ｓに沿って延びている。
上記構成によれば、車室２内部を流れる流体の一部は、漏れ流れとなって動翼列１２の先端と車室内周面２１Ｓとの間を通過した後、抽気口Ｅ１を通じて内周部材本体４０Ｈと車室内周面２１Ｓとの間の空間に流れ込む。当該空間に流れ込んだ流体は、吐出口Ｅ２から下流側に向かって吹き出される。この流れにより、内周部材本体４０Ｈの内周面に沿う流れは、当該吐出口Ｅ２から吹き出した流れに対してコアンダ効果によって引き付けられる。つまり、漏れ流れを単に主流に戻すだけでなく、コアンダ効果を発現させるためにこれを有効に活用する。したがって、内周部材本体４０Ｈの下流側で、流体が車室内周面２１Ｓから剥離してしまう可能性を低減することができる。
（４）第４の態様に係るタービン１００では、前記軸線Ｏを含む断面視で、前記内周部材本体４０Ｈの前記吐出口Ｅ２側の端縁Ｐ２における接線Ｌｃは、下流側に向かうに従って前記軸線Ｏから離間する方向に延びている。
上記構成によれば、内周部材本体４０Ｈの吐出口Ｅ２側の端縁Ｐ２における接線Ｌｃが、下流側に向かうに従って軸線Ｏから離間する方向に延びていることから、当該内周部材本体４０Ｈの下流側では、吐出口Ｅ２から吹き出される流れを車室内周面２１Ｓに沿わせることができる。これにより、コアンダ効果の発現が促進され、流れをより一層車室内周面２１Ｓ側に引き寄せることができる。つまり、流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
（５）第５の態様に係るタービン１００は、前記内周部材本体４０Ｈの外周面と前記車室内周面２１Ｓとを接続することで該内周部材本体４０Ｈを支持する支持部３０をさらに有する。
上記構成によれば、支持部３０によって、内周部材本体４０Ｈを車室内周面２１Ｓ上で安定的に支持することができる。
（６）第６の態様に係るタービン１００では、前記支持部３０Ｂは、上流側から下流側に向かうに従って、前記回転軸１１の回転方向Ｄｒ後方側に向かって湾曲している。
上記構成によれば、支持部３０Ｂが下流側に向かうに従って回転方向Ｄｒ後方側に湾曲している。ここで、前記内周部材本体４０Ｈの外周面と前記車室内周面２１Ｓの間に流れ込む流れには、回転軸１１の回転に伴って、当該回転方向Ｄｒに旋回する旋回流成分が含まれている。上記構成では、支持部３０Ｂによってこの旋回流成分が低減され、支持部３０Ｂの下流側では、流れに含まれる軸線Ｏ方向成分が多くなる。これにより、吐出口Ｅ２から吹き出される流れによるコアンダ効果をより一層促進することができる。したがって、流れを車室内周面２１Ｓに対してさらに追従させることができる。その結果、流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
（７）第７の態様に係るタービン１００では、前記支持部３０Ｂは、前記内周部材本体４０Ｈにおける前記吐出口Ｅ２側に偏った位置に設けられている。
上記構成によれば、支持部３０Ｂが吐出口Ｅ２側に偏った位置に設けられていることから、吐出口Ｅ２から吹き出される流れの方向を安定的に制御することができる。一方で、支持部３０Ｂが抽気口Ｅ１側に偏った位置に設けられている場合には、吐出口Ｅ２に到達する前に流れの乱れが生じてしまい、吐出口Ｅ２の下流側でコアンダ効果を安定して発現させることができない可能性がある。上記構成によれば、このような可能性を低減することができる。
（８）第８の態様に係るタービン１００では、前記動翼列１２は、蒸気タービンの最終段動翼列１２Ｄであり、前記車室内周面２１Ｓは、該最終段動翼列１２Ｄの下流側に設けられたフローガイド５０の内周面を含む。
上記構成によれば、流れの剥離が低減されることで、フローガイド５０の軸線Ｏ方向における寸法を短くすることができる。その結果、装置全体の占有面積を削減したり、製造コストを低減したりすることが可能となる。
（９）第９の態様に係るタービンでは、前記内周部材本体４０Ｈの前記吐出口Ｅ２側における端縁Ｐ２は、前記軸線Ｏに対する径方向から見て、前記フローガイド５０の始点Ｐｃよりも下流側に位置している。
上記構成によれば、内周部材本体の吐出口Ｅ２側における端縁Ｐ２が、フローガイド５０の始点Ｐｃよりも下流側に位置している。これにより、吐出口Ｅ２から吹き出される流れを、車室内周面２１Ｓに対してさらに追従させることができる。その結果、流れの剥離が生じる可能性をさらに低減することができる。
（１０）第１０の態様に係るタービン２００では、前記動翼列は、軸流タービン２００の中間段動翼列８０である。
上記構成によれば、中間段動翼列８０を通過する流れの剥離が低減されることで、タービンとしての軸流タービン２００の性能をさらに向上させることができる。また、当該中間段動翼列８０よりも上流側に位置する他の動翼列の翼高さを小さく抑えることができる。その結果、タービン２００を小型化することができる。
（１１）第１１の態様に係るタービン２００では、前記動翼列は、軸流タービン２００の最終段動翼列１２Ｄ´である。
上記構成によれば、最終段動翼列１２Ｄ´を通過する流れの剥離が低減されることで、タービンとしての軸流タービン２００の性能をさらに向上させることができる。また、当該最終段動翼列１２Ｄ´よりも上流側に位置する他の動翼列の翼高さを小さく抑えることができる。その結果、タービン２００を小型化することができる。
１００ 蒸気タービン（タービン）
２００ 軸流タービン（タービン）
１ ロータ
２ 車室
２Ｅ 供給管
１１ 回転軸
１２ 動翼列
１２Ｄ,１２Ｄ´ 最終段動翼列
２１ 内車室
２１Ｈ 内車室本体
２１Ｒ 静翼保持リング
２１Ｓ 内周面（車室内周面）
２２ 排気ケーシング
２２Ａ ベアリングコーン
２２Ｂ 外車室
３０，３０Ｂ，３０´ 支持部
４０，４０´，４０ｂ，４０ｃ 内周部材
４０Ｈ，４０Ｈ´ 内周部材本体
４０Ｓ 案内面
４０Ｔ 流路形成面
５０ フローガイド
５０Ｓ フローガイドの内周面
６０ ストラット
７０ タービンケーシング
８０ 中間段動翼列
９０Ａ，９０Ｂ 中間段静翼列
Ｃ，Ｃ´ キャビティ
Ｃ１ キャビティ内周面
Ｃ２ キャビティ上流面
Ｄｒ 回転方向
Ｏ 軸線
Ｐ１，Ｐ２ 端縁
Ｐｃ フローガイドの始点

Claims (11)

  1. 軸線回りに回転可能な回転軸、及び該回転軸の外周面に設けられた動翼列を有するロータと、
    該ロータを外周側から覆うとともに前記軸線方向の下流側に向かうにしたがって径方向外側に延びる車室内周面を有する車室と、
    前記車室内周面を内周側から覆うことで、上流側で前記車室内周面との間に抽気口を形成し、下流側に吐出口を形成する内周部材本体と、
    を備え、
    前記抽気口、及び前記吐出口は、前記軸線を中心とする環状をなし、
    前記吐出口の流路断面積は、前記抽気口の流路断面積よりも小さく設定されているタービン。
  2. 前記車室内周面には、該車室内周面における前記動翼列に対向する部分に形成されて径方向外側に凹むとともに前記軸線を中心とする環状をなすキャビティが形成され、
    前記内周部材本体は、前記キャビティを内周側から覆うように設けられている請求項１に記載のタービン。
  3. 前記車室内周面は、上流側から下流側に向かうに従って次第に拡径し、
    前記内周部材本体は、前記車室内周面に沿って延びている請求項１に記載のタービン。
  4. 前記軸線を含む断面視で、前記内周部材本体の前記吐出口側の端縁における接線は、下流側に向かうに従って前記軸線から離間する方向に延びている請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン。
  5. 前記内周部材本体の外周面と前記車室内周面とを接続することで該内周部材本体を支持する支持部をさらに有する請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン。
  6. 前記支持部は、上流側から下流側に向かうに従って、前記回転軸の回転方向後方側に向かって湾曲している請求項５に記載のタービン。
  7. 前記支持部は、前記内周部材本体における前記吐出口側に偏った位置に設けられている請求項５又は６に記載のタービン。
  8. 前記動翼列は、蒸気タービンの最終段動翼列であり、
    前記車室内周面は、該最終段動翼列の下流側に設けられたフローガイドの内周面を含む請求項１から７のいずれか一項に記載のタービン。
  9. 前記内周部材本体の前記吐出口側における端縁は、前記軸線に対する径方向から見て、前記フローガイドの始点よりも下流側に位置している請求項８に記載のタービン。
  10. 前記動翼列は、軸流タービンの中間段動翼列である請求項１から９のいずれか一項に記載のタービン。
  11. 前記動翼列は、軸流タービンの最終段動翼列である請求項１から１０のいずれか一項に記載のタービン。
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