JP5996115B2 - 蒸気タービンの水分除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービンの静翼腹面に付着した水滴や水膜を効率良く除去可能な水分除去装置に関する。

蒸気タービンの最終段付近では蒸気流の湿り度が８％以上となる。この湿り蒸気流から発生する水滴によって湿り損失が発生し、タービン効率が低下する。また、この湿り蒸気から発生した水滴が高速で回転する動翼に衝突して浸食現象が起る。湿り蒸気流に含まれる水滴は、静翼表面に付着し水膜が形成される。この水膜が静翼表面で水膜流となって静翼後縁側へ流れ、その後、静翼後縁で千切れて粗大水滴が形成される。この粗大水滴が動翼のエロージョンを引き起こす大きな原因のひとつとなっている。

図１４は、蒸気タービンにおける蒸気流の流れ場を示す。静翼１００は、ロータ軸（図示省略）側に設けられたダイヤフラム１０４と、チップ側に設けられた支持リング１０６との間に接続されている。湿り蒸気流ｓに含まれる微小水滴ｄｗは、静翼１００の表面、特に、静翼背面ｂｓよりも湿り蒸気ｓに面している静翼腹面ｆｓに多く付着し、静翼腹面ｆｓで集積して静翼後縁側へ向かう水膜流ｓｗを形成する。静翼腹面ｆｓの水膜流ｓｗは静翼前縁ｆｅ側から静翼後縁ｒｅ側へ流れ、静翼後縁ｒｅで千切れて粗大水滴ｃｗとなり、下流側の動翼に衝突して動翼表面を浸食する。

図１５は、静翼出口部の湿り蒸気流ｓの速度三角形を示す。静翼出口側の湿り蒸気流ｓの絶対速度Ｖｓと比較して、粗大水滴ｃｗの絶対速度Ｖｃｗは小さくなる。そのため、動翼１０２の周速Ｕを考慮した相対速度場では、湿り蒸気流ｓの相対速度Ｗｓと比較して、粗大水滴ｃｗの相対速度Ｗｃｗが大きくなり、入射角が小さくなって動翼１０２の翼面に高速で衝突する。これによって、動翼１０２の特に周速が大きい翼先端部付近では粗大水滴ｃｗによる浸食を受けやすい。また、粗大水滴ｃｗの衝突で動翼１０２の制動損失が増加する。

そこで、静翼表面に付着した水滴を除去するために、静翼表面に開口するスリット孔を形成し、静翼表面に付着した水滴をこのスリット孔から取り込み、蒸気流の流れ場から除去する方法が従来から行われている。特許文献１及び特許文献２には、かかるスリット孔を形成した静翼の構成が開示されている。

図１６〜図１９は、かかるスリット孔を形成した静翼の例を示す。図１６及び図１７において、静翼１００の軸方向両端は、ロータ軸１０８側に設けられロータ軸１０８とは別体のダイヤフラム１０４と、チップ側の支持リング１０６との間に接続されている。動翼１０２はディスクロータ１１０を介してロータ軸１０８と一体に形成されている。静翼腹面ｆｓに複数のスリット孔１１２が、静翼背面ｂｓに複数のスリット孔１１４が、夫々静翼１００の翼高さ方向に形成されている。支持リング１０６の内部にも中空部１０６ａが形成されている。中空部１０６ａ及び支持リング１０６の後端に形成されたスリット溝１１６は、低圧域に連通している。この低圧域は、蒸気流の流れ場に対して、スリット孔１１２及び１１４から水膜流ｓｗを取り込み、中空部１０６ａに排出できるだけの差圧があればよい。

図１８は、静翼腹面にスリット孔を形成した従来の例を示す。図１８に示すように、静翼１００の内部には中空部１００ａが形成されている。中空部１００ａは、支持リング１０６に形成された孔１０６ｂを介して中空部１０６ａに連通している。中空部１００ａは孔１０６ｃを介して低圧域に連通している。静翼表面に付着し後縁に向かって流れる水膜流ｓｗは、スリット孔１１２から中空部１００ａに取り込まれる。

静翼腹面ｆｓに形成される水膜流ｓｗは、静翼前縁ｆｅから静翼後縁ｒｅへ行くほど、水滴を集めて集積量が増大する。これを加味して水分除去量を多くするため、静翼腹面ｆｓに開口しているスリット孔１１２は、中空部１００ａとの連通が可能な範囲で、できるだけ静翼後縁側に形成されている。

また、図１９に示すように、従来、静翼腹面ｆｓに形成されたスリット孔１１２の静翼後縁側壁面１１２ａ及び静翼前縁側壁面１１２ｂは、特許文献１に開示されているように、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する傾斜角度Ａが鈍角となるように形成されている（９０°＜Ａ）。これによって、スリット孔１１２のスリット幅ｂと比較してスリット孔１１２の入口開口ａの幅を広げると共に、スリット孔１１２の向きを湿り蒸気流ｓの流れ方向に向けることで、湿り蒸気流ｓをスリット孔に進入しやすくしている。即ち、湿り蒸気流ｓをスリット孔１１２に積極的に取り込み、湿り蒸気流ｓに随伴させて水膜流ｓｗをスリット孔１１２に取り込むことを意図している。

特開平６４−０８０７０５号公報 特開平０９−０２５８０３号公報

中空部１００ａの静翼後縁側への配置は、静翼内部のスペースの関係で限界がある。静翼腹面ｆｓに開口したスリット孔１１２の傾斜角度Ａを鈍角とすると、図１８に示すように、スリット孔１１２の入口開口ａを静翼前縁側へ近づける必要がある。入口開口ａが静翼前縁側へ近づくと、入口開口ａより静翼後縁側で形成される水膜流ｓｗを除去できなくなり、水分除去効率が低下するという問題がある。
また、水膜流ｓｗと共に、スリット孔１１２から流出する蒸気量が多くなるほど、漏洩損失が増加し、タービン効率が低下するという問題がある。

本発明は、前記の問題点に鑑みなされたものであり、静翼の簡単な加工で、静翼腹面に形成される水膜流の除去効率を向上させ、これによって、動翼のエロージョンを抑制することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の蒸気タービンの水分除去装置は、静翼の内部に形成された水分除去流路と、静翼腹面に開口し、水分除去流路の後縁側端部に連通すると共に、蒸気流と交差する方向に延在するスリット孔とを備え、スリット孔の静翼後縁側壁面が、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成されている。
前記構成において、「静翼腹面の前縁側基準面」とは、スリット孔を構成する壁面の静翼腹面に対する傾斜角を表現する場合に、該壁面より静翼前縁側の静翼腹面を基準とすることを意味する。

本発明では、静翼腹面に形成されたスリット孔の静翼後縁側壁面が、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成されているので、スリット孔の入口開口を従来より静翼後端に近づけることができる。これによって、水滴集積率が高い場所にスリット孔の入口開口を配置できる。従って、水膜流集積率が高い場所で静翼腹面の水膜流を除去できるので、水分除去効率を向上できる。

本発明の一態様として、スリット孔の静翼前縁側壁面が、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成することができる。これによって、スリット孔の静翼前縁側壁面の上端で蒸気流の剥離が起り、この剥離によって蒸気流がスリット孔に流入しにくくなると共に、剥離した蒸気流の一部が乱流となり、スリット孔の入口開口で渦を形成する。
また、スリット孔の静翼前縁側壁面及び静翼後縁側壁面は、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となっているので、スリット孔の入口開口は比較的狭くなっている。なお、静翼の内部に形成された水分除去流路は蒸気流れに対して減圧されている。

静翼腹面に付着した水膜流は、スリット孔の静翼前縁側壁面上端における蒸気流の剥離によって、スリット孔に流入し易くなると共に、静翼前縁側壁面上端で水膜流の流路がスリット孔側へ９０°以上の大角度で曲がるので、水膜流は蒸気流から分離しやすくなる。
さらに、前記渦の発生によって、スリット孔の入口開口が遮蔽され、蒸気流の流れ場とスリット孔内との間に圧力差が生じやすくなり、この圧力差によって、蒸気流から水膜流を効率良く分離できる。従って、従来と比べて、水分の除去効率を向上できると共に、スリット孔への蒸気流の流入量を少なくできるため、蒸気流の漏洩損失を低減し、タービン効率の低下を抑制できる。

本発明の一態様として、スリット孔の静翼前縁側壁面が、静翼腹面の前縁側基準面に対して鈍角となるように構成することができる。この態様では、スリット孔の断面が入口開口が広い逆台形状となる。この形状の加工は、放電加工を採用し、電極を逆台形状とすることで、一加工工程でスリット孔を形成できる。従って、加工の手間を低減でき、加工コストを節減できると共に、スリット孔の出口開口を微細径とすることができるので、蒸気流の漏洩を有効に抑制できる。

本発明の一態様として、スリット孔の静翼前縁側壁面の入口側領域を静翼腹面の前縁側基準面に対して鈍角となるように構成し、静翼前縁側壁面の出口側領域を静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成することができる。
これによって、スリット孔の入口開口を広げることができるので、静翼腹面に付着した水膜流がスリット孔の入口開口に流入するのを促進できる。

本発明の一態様として、スリット孔の静翼前縁側壁面を、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成すると共に、スリット孔の静翼前縁側壁面の入口側領域を切り欠き、静翼腹面に対して段差を有する段差面を形成することができる。
かかる構成では、湿り蒸気流による入口開口の遮蔽作用は減じられるが、スリット孔の幅を広げることなく、蒸気流の流入を抑制したまま、静翼腹面の水膜流を一旦段差面に取り込むことで、蒸気流に対する水分の分離効果を向上できる。そのため、水分除去効果を向上できる。

前記構成に加えて、静翼腹面と段差面とに連なる壁面を、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成すれば、静翼前縁側壁面の上端で水膜流の流路をスリット孔側へ大角度に曲げることができるので、湿り蒸気流と水膜流との分離効果をさらに高めることができる。

あるいは、前記構成に加えて、静翼腹面と段差面とに連なる壁面を、静翼腹面の前縁側基準面に対して鈍角となるように構成すれば、水膜流を段差面に取り込みやすくなると共に、静翼前縁側壁面と段差面とに連なる壁面の加工が容易になる。
あるいは、前記構成に加えて、静翼腹面と段差面とに連なる壁面を凸状の円弧面となるように構成すれば、静翼腹面に付着した水膜流を徐々に段差面に導くことができるので、スリット孔の入口開口付近の湿り蒸気流を乱すことなく、湿り蒸気流から水膜流を分離できる。

本発明によれば、スリット孔の静翼後縁側壁面を、静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成するという簡単な加工によって、静翼腹面の水分除去効率を向上させることができ、これによって、動翼のエロージョンを抑制でき、動翼の寿命を長期化できる。

本発明の第１実施形態に係る水分除去装置の正面図である。 前記第１実施形態に係る静翼の横断面図である。 図２中のＸ部の拡大横断面図である。 静翼翼面における水分総集積割合を示す線図である。 中実の静翼に適用された前記第１実施形態の変形例を示す横断面図である。 本発明の第２実施形態に係るスリット孔の断面形状を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るスリット孔の断面形状を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るスリット孔の断面形状を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係るスリット孔の断面形状を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係るスリット孔の断面形状を示す断面図である。 効果確認試験に用いられた本発明の一実施形態及び従来のスリット孔を示す断面図である。 前記効果確認試験による試験結果を示す線図である。 前記効果確認試験による別な試験結果を示す線図である。 蒸気タービンにおける湿り蒸気流の流れ場を示す説明図である。 静翼下流側における湿り蒸気流の速度三角形を示す線図である。 従来の水分除去装置を示す正面視断面図である。 従来のスリット孔が形成された静翼の斜視図である。 従来のスリット孔が形成された静翼の横断面図である。 図１５中のＹ部の拡大横断面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
次に、本発明の第１実施形態に係る水分除去装置を図１〜図４により説明する。図１において、静翼１２が蒸気タービンの湿り蒸気流路に設けられている。静翼１２のハブ部位はダイヤフラム１４に接続され、チップ部位は支持リング１６に接続されている。
図２において、図１５に示す静翼１００と同一に、湿り蒸気流ｓに対して、静翼前縁ｆｅが湿り蒸気流ｓの流れ方向上流側に配置され、静翼後縁ｒｅが下流側に配置される。また、静翼腹面ｆｓが湿り蒸気流ｓに面するように湿り蒸気流ｓに対して斜めに配置されている。湿り蒸気流ｓに含まれる水分は、静翼腹面ｆｓ及び静翼背面ｂｓに水滴となって付着する。

水分除去装置１０は、静翼１２の内部に中空部１２ａが形成され、支持リング１６の内部に中空部１６ａが形成されている。中空部１２ａ及び１６ａは支持リング１６に形成された孔１８を介して連通している。中空部１６ａには、湿り蒸気流ｓの流れ場より低圧の領域に連通する孔２０が形成され、中空部１２ａ及び１６ａは湿り蒸気流ｓの流れ場より低圧になっている。

図２に示すように、スリット孔２２は、静翼１２の幅方向で中空部１２ａの後縁側端部に形成され、中空部１２ａと連通している。
図３に示すように、スリット孔２２の静翼後縁側壁面２２ａと静翼前縁側壁面２２ｂとは断面形状が直線状で、かつ互いに平行に形成されている。また、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼後縁側壁面２２ａの傾斜角Ａ、及び静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼前縁側壁面２２ｂの傾斜角Ｂは、共に鋭角となるように形成されている（０°＜Ａ、Ｂ＜９０°、Ａ＝ＢあるいはＡ≠Ｂでも良い）。なお、加工のしやすさ及び静翼１２の強度の面から、２０°≦Ａ、Ｂ≦７０°が望ましい。

これによって、入口開口ａの幅及び出口開口ｃの幅はスリット孔２２のスリット幅ｂより大きくなっている。スリット孔２２のスリット幅ｂは、通常、加工上の制約から０．５ｍｍ以上に設定される。

図４は、静翼腹面ｆｓ及び静翼背面ｂｓにおける水分の総集積割合を示している。図４に示すように、静翼背面ｂｓの水分総集積割合は、静翼の幅方向で変わらないのに対し、静翼腹面ｆｓでは後縁側に行くほど水分総集積割合が飛躍的に増加している。図４から、スリット孔２２の入口開口ａを後縁側へ配置するほど、水分除去量を増大できることがわかる。

図３において、湿り蒸気流ｓが静翼前縁側から静翼腹面ｆｓに沿って流れ、湿り蒸気流ｓの流れによって、静翼腹面ｆｓに付着した水膜流ｓｗも静翼後縁に向かって流れる。静翼前縁側壁面２２ｂの傾斜角Ｂが鋭角であるので、スリット孔２２の入口開口ａで、水膜流ｓｗの流路は、静翼前縁側壁面２２ｂの上端で９０°以上の大角度で曲げられる。そのため、湿り蒸気流ｓから水膜流ｓｗを効率良く分離できる。

また、スリット孔２２の入口開口ａの幅は、スリット孔２２のスリット幅ｂより大きいが、出口開口ｃの幅と同一であり、特に広げられてはいない。
傾斜角Ｂが鋭角であるので、静翼前縁側壁面２２ｂの上端で、湿り蒸気流ｓの剥離が起り、この剥離によって、蒸気流ｓがスリット孔２２に流入しにくくなると共に、剥離した蒸気流の一部が、スリット孔２２の入口開口ａで渦ｅを形成する。

静翼腹面ｆｓに付着した水膜流ｓｗは、静翼前縁側壁面２２ｂの上端における湿り蒸気流ｓの剥離によって、入口開口ａへ流入し易くなる。また、静翼前縁側壁面２２ｂの上端で水膜流ｓｗの流路がスリット孔２２側へ大角度で曲がるので、水膜流ｓｗを湿り蒸気流ｓから分離しやすくなる。
さらに、渦ｅの発生によって、入口開口ａが遮蔽され、湿り蒸気流ｓの流れ場とスリット孔内との間に圧力差が生じやすくなり、この圧力差によって、水膜流ｓｗを効率良く吸引できる。従って、湿り蒸気流ｓに含まれる水分の除去効率を向上できると共に、従来と比べて水膜流ｓｗの流出量を増加し、かつスリット孔２２への蒸気流の流入量を少なくできるため、漏洩損失を低減し、タービン効率の低下を抑制できる。

また、図１に示すように、本実施形態のスリット孔２２は、従来のスリット孔１１２と比べて、入口開口ａを静翼後縁ｒｅに近づけることができる。そのため、水分総集積割合が高い場所に入口開口ａを配置できるので、従来のスリット孔１１２より水分除去効率を高めることができる。

図５は、本発明を中実の静翼１３に適用した前記第１実施形態の変形例である。静翼１３には、中空部１２ａと比べて容積が小さい水分除去流路２４が形成されている。前述の水分総集積割合との関係で、水分除去流路２４はできるだけ静翼後縁ｒｅに近づけて配置するとよい。しかし、静翼内部のスペースの関係で限界がある。第１実施形態と同一構成のスリット孔２２が水分除去流路２４の後縁側端部に連通するように配置され、スリット孔２２の入口開口ａは静翼腹面ｆｓに開口している。本変形例においても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、前記第１実施形態又は前記変形例において、中空部１６ａの孔２０に吸引管を接続すると共に、該吸引管に吸引ポンプを設け、該吸引ポンプで中空部１６ａ又は水分除去流路２４を減圧するようにしてもよい。これによって、中空部１６ａ又は水分除去流路２４の減圧状態を確実に維持できる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。本実施形態のスリット孔３０の静翼腹面ｆｓに対する配置場所及び向きは前記第１実施形態のスリット孔２２と同一である。スリット孔３０の静翼後縁側壁面３０ａ及び静翼前縁側壁面３０ｂは、直線状の断面形状を有し、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼後縁側壁面３０ａの傾斜角Ａ、及び静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼前縁側壁面３０ｂの傾斜角Ｂは、前者は、鋭角に後者は鈍角に形成されている（０°＜Ａ＜９０°、９０°＜Ｂ＜１８０°、Ａ＋Ｂ＝１８０°）。
即ち、スリット孔３０の断面は、左右対称に形成され、入口開口ａが大きく、出口開口ｃが小さい逆台形状となっている。スリット孔３０以外の構成は、第１実施形態と同一である。なお、加工のしやすさ及び静翼１２の強度の面から、２０°≦Ａ≦７０°及び１１０°≦Ｂ≦１６０°が望ましい。

このように、スリット孔３０の断面形状を逆台形状とすることで、湿り蒸気流ｓの遮蔽効果は、前記第１実施形態より劣るが、かかる断面形状を放電加工を採用し、電極を逆台形状とすることで、一加工工程でスリット孔３０を加工できる。また、この加工方法により、出口開口ｃの幅を微細寸法で加工できる。例えば、入口開口幅を１．５ｍｍとし、出口開口幅を０．５ｍｍとすることができる。そのため、加工の手間及び加工コストを低減できると共に、蒸気流の漏洩損失を低減できる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図７に基づいて説明する。本実施形態のスリット孔４０の配置場所及び向きは前記第１実施形態のスリット孔２２と同一である。スリット孔４０の断面形状は、前記第１実施形態のスリット孔２２と比べて、静翼前縁側壁面の入口側領域４０ｂが切り欠かれた形状となっている。

即ち、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼後縁側壁面４０ａの傾斜角Ａを鋭角とし（０°＜Ａ＜９０°）、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼前縁側壁面の入口側領域４０ｂの傾斜角Ｂを鈍角とし（９０°＜Ｂ＜１８０°）、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼前縁側壁面の出口側領域４０ｃの傾斜角Ｃを鋭角に形成している（０°＜Ｃ＜９０°）。静翼後縁側壁面４０ａ、静翼前縁側壁面の入口側領域４０ｂ及び出口側領域４０ｃは、夫々直線状の断面形状となっている。スリット孔４０以外の構成は前記第１実施形態と同一である。

本実施形態によれば、第１実施形態のスリット孔２２と比べて、スリット孔４０の入口開口ａを広げることができる。そのため、湿り蒸気流ｓによる入口開口ａの遮蔽作用が減じられるが、静翼腹面ｆｓに付着した水膜流ｓｗが入口開口ａに流入しやすくなる利点がある。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図８に基づいて説明する。本実施形態のスリット孔５０Ａの配置場所及び向きは前記第１実施形態のスリット孔２２と同一である。スリット孔５０Ａの断面形状は、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する静翼後縁側壁面５０ａの傾斜角Ａは鋭角であり（０°＜Ａ＜９０°）、静翼前縁側壁面は、静翼腹面ｆｓと、静翼腹面ｆｓと平行で中空部１２ａを画定する裏面５０ｅとの間に、これらの面に平行な段差面５０ｃが形成されている。

静翼腹面ｆｓと段差面５０ｃとに連なる入口側壁面５０ｂ、及び段差面５０ｃと裏面５０ｅとに連なる出口側壁面５０ｄは、静翼後縁側壁面５０ａと平行に形成されている。即ち、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する入口側壁面５０ｂの傾斜角Ｃ，及び静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する出口側壁面５０ｄの傾斜角Ｂは共に鋭角である（０°＜Ｂ、Ｃ＜９０°）。なお、スリット孔５０Ａを構成する各壁面の断面形状はすべて直線状に形成されている。なお、加工のしやすさ及び静翼１２の強度の面から、２０°≦Ａ、Ｂ及びＣ≦７０°が望ましい。本実施形態において、スリット孔５０Ａの形状以外は前記第１実施形態と同一である。

本実施形態によれば、段差面５０ｃを形成したことで、入口開口ａが湿り蒸気流ｓの流れ方向上流側に大きく広がるので、湿り蒸気流ｓによる入口開口ａの遮蔽効果は減じられる。しかし、スリット孔５０Ａのスリット幅ｂを広げることなく、湿り蒸気流ｓの流入を抑制したまま、スリット孔５０Ａの入口開口ａを広げることができる。そのため、静翼腹面ｆｓに付着した水膜流ｓｗをスリット孔５０Ａに流入しやすくすることができ、水分除去効果を向上できる。
また、入口側壁面５０ｂの傾斜角Ｃを鋭角としたことで、壁面５０ｂの上端で水膜流ｓｗの流路をスリット孔側へ９０°以上の大角度に曲げることができ、これによって、湿り蒸気流ｓと水膜流ｓｗとの分離効果をさらに高めることができる。

（実施形態５）
次に、本発明の第５実施形態を図９に基づいて説明する。本実施形態のスリット孔５０Ｂは、静翼腹面ｆｓの前縁側基準面に対する入口側壁面５０ｂ（静翼腹面ｆｓと段差面５０ｃとに連なる壁面）の傾斜角Ｃを鈍角としている（９０°＜Ｃ＜１８０°）。その他の構成は前記第４実施形態と同一である。
本実施形態によれば、入口側壁面５０ｂの傾斜角Ｃを鈍角としたので、段差面５０ｃへの水膜流ｓｗの流入を容易にできると共に、入口側壁面５０ｂの加工が容易になるという利点がある。

（実施形態６）
次に、本発明の第６実施形態を図１０に基づいて説明する。本実施形態スリット孔５０Ｃは、前記第４実施形態と比べて、入口側壁面５０ｂ（静翼腹面ｆｓと段差面５０ｃとに連なる壁面）を凸状の円弧面としている。その他の構成は第４実施形態と同一である。
本実施形態によれば、入口側壁面５０ｂを凸状の円弧面としたので、入口側壁面５０ｂの上端に到達した水膜流ｓｗを徐々に段差面５０ｃに導くことができる。そのため、入口開口ａの湿り蒸気流ｓを乱すことなく、湿り蒸気流ｓから水膜流ｓｗを分離できる。又本発明は必要に応じて前記夫々の実施形態を組み合わせて構成してもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る作用効果を確認するために行った試験結果を図１１〜１３に基づいて説明する。図１１は実施形態のスリット孔及び従来のスリット孔を示す。図１１に示すように、この試験に用いられたスリット孔は、図３に示す本発明の第１実施形態に係るスリット孔２２と、図１９に示す従来のスリット孔１１２である。スリット孔２２の傾斜角Ｂは４５°であり、スリット孔１１２の傾斜角Ａは１３５°であり、両スリット孔のスリット幅ｂは同一である。また、両スリット孔の入口開口ａは静翼１２の幅方向で同一位置に形成されている。

この試験は、作動流体ｍｆとして、実際の湿り蒸気流ｓに似せて、空気中に水分を付加した２層流体を用いた。該水分の粒径は湿り蒸気流ｓに含まれる水分の粒径に合わせた。
図１２は両スリット孔の水分除去効率を示し、図１３は作動流体ｍｆが静翼１２の中空部１２ａに漏れた漏れ比率を示している。図１２及び図１３の横軸（スリット圧力比）は、「静翼腹面ｆｓ側圧力／中空部１２ａの圧力」を示している。
図１２及び図１３に示すように、両スリット孔とも、スリット圧力比が増加するにつれて、水分除去効率及び作動流体漏れ比率は増加している。図１２に示す水分除去効率は、スリット孔２２の方がスリット孔１１２よりわずかに上回っている。

この理由は、前述のように、スリット孔２２では、静翼前縁側壁面２２ｂの上端で水膜流ｓｗの流路がスリット孔２２側へ大角度で曲がるので、水膜流ｓｗを湿り蒸気流ｓから分離しやすくなると共に、渦ｅの発生によって、入口開口ａが遮蔽され、湿り蒸気流ｓの流れ場とスリット孔内との間に圧力差が生じやすくなり、この圧力差によって、水膜流ｓｗを効率良く吸引できるからである。
なお、実際の静翼１２では、スリット孔２２の入口開口ａはスリット孔１１２の入口開口ａより静翼１２の後縁に配置できるため、スリット孔１１２と比べて水分除去効率を大幅に向上できる。

また、スリット孔２２は入口開口ａで水膜流ｓｗと湿り蒸気流ｓとの分離効果が大きいため、図１３に示すように、スリット孔１１２と比べて作動流体漏れ比率をおおよそ２０〜３０％低減できる。

本発明によれば、静翼の簡単な加工で湿り蒸気流から水分を高効率で除去できるので、動翼のエロージョンを有効に抑制できる。

１０ 水分除去装置
１２，１３、１００ 静翼
１２ａ、１００ａ 中空部
１４，１０４ ダイヤフラム
１６，１０６ 支持リング
１６ａ、１０６ａ 中空部
１８，２０、１０６ｂ、１０６ｃ 孔
２２，３０、４０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、１１２，１１４ スリット孔
２２ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、１１２ａ 静翼後縁側壁面
２２ｂ、３０ｂ、１１２ｂ 静翼前縁側壁面
４０ｂ 入口側領域
４０ｃ 出口側領域
５０ｂ 入口側壁面
５０ｃ 段差面
５０ｄ 出口側壁面
ａ 入口開口
ｂ スリット幅
ｃ 出口開口
２４ 水分除去流路
５０ｅ 裏面
１０２ 動翼
１０８ ロータ軸
１１０ ディスクロータ
１１６ スリット溝
Ａ、Ｂ、Ｃ 傾斜角
Ｕ 周速
Ｖｓ、Ｖｃｗ 絶対速度
Ｗｓ、Ｗｃｗ 相対速度
ｂｓ 静翼背面
ｃｗ 粗大水滴
ｄｗ 微小水滴
ｆｅ 静翼前縁
ｆｓ 静翼腹面
ｍｆ 作動流体
ｒｅ 静翼後縁
ｓ 湿り蒸気流
ｓｗ 水膜流

Claims (5)

1. 静翼腹面に付着する水分を除去する蒸気タービンの水分除去装置において、
   静翼の中空部に形成された水分除去流路と、
   前記静翼腹面に開口し、前記水分除去流路の後縁側端部に連通すると共に、蒸気流と交差する方向に延在するスリット孔とを備え、
   前記スリット孔の静翼後縁側壁面が、前記静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成されており、
   前記スリット孔の静翼前縁側壁面は、
   前記静翼腹面と該静翼腹面に平行で前記中空部を画定する裏面との間に位置して前記静翼腹面に平行な段差面と、
   前記静翼腹面と前記段差面とに連なる入口側壁面と、
   前記段差面と前記裏面とに連なる出口側壁面と、を含み、
   前記出口側壁面は、前記静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成されていることを特徴とする蒸気タービンの水分除去装置。
2. 前記スリット孔の静翼前縁側壁面の前記入口側壁面が前記静翼腹面の前縁側基準面に対して鈍角となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの水分除去装置。
3. 前記静翼腹面と前記段差面とに連なる前記入口側壁面が、前記静翼腹面の前縁側基準面に対して鋭角となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの水分除去装置。
4. 前記静翼腹面と前記段差面とに連なる前記入口側壁面が、前記静翼腹面の前縁側基準面に対して鈍角となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの水分除去装置。
5. 前記静翼腹面と前記段差面とに連なる前記入口側壁面が、凸状の円弧面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの水分除去装置。

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