JP6393178B2

JP6393178B2 - 蒸気タービン静翼

Info

Publication number: JP6393178B2
Application number: JP2014253390A
Authority: JP
Inventors: 光司石橋; 晋中野; 健工藤
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: JP2016113966A; CN105697071B; US20160169015A1; EP3034818B1; CN105697071A; US10132178B2; EP3034818A1

Description

本発明は、蒸気タービン静翼に関する。

低圧タービンの最終段落やその１〜２段前の段落では、一般的に圧力が非常に低いため、作動流体（蒸気）は液化した微細な水滴を含む湿り蒸気の状態となっている。そして、作動流体に含まれる水滴が静翼の翼面に付着し、他の水滴と合体すると、翼面上に水膜（ドレン）が形成される。この水膜が作動流体により翼面から離脱すると、水滴に比べて遥かに大きな粗大水滴の状態で作動流体とともに流路を流下する。粗大水滴は、作動流体により多少微細化されるものの、ある程度の大きさを保ちながら流下する。ところが、粗大水滴はその慣性力により作動流体のように流路に沿って流れ方向を急激に転向することができない。そのため、粗大水滴が流れ方向の下流側の動翼に高速で衝突し、動翼表面が侵食されるエロージョンが生じたり、動翼の回転が妨げられて損失が生じたりする。

エロージョンを低減させるためには、一般的に、静翼の翼面に形成された水膜を除去することが最も効果的である。それに対し、静翼の後縁側（翼尾部）にスリットを設けて、スリットを介して翼の中空部に水膜を吸引することが提案されている（特許文献１等を参照）。

特開２０１４−２５４４３号公報

特許文献１の静翼の翼尾部は間隙を介して対向するように背側板に腹側板を取り付けた構成であり、翼腹面において背側板と腹側板との間に間隙を確保することでスリットを形成している。そのため、翼腹面においてスリットを挟んで背側板と腹側板との間に段差が生じる場合がある。そうすると、段差部分において水膜の一部が翼面から離脱し、エロージョンが生じる可能性がある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、水膜を効果的に除去することができる蒸気タービン静翼を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、内部に中空部を有する蒸気タービン静翼において、作動流体流路と前記中空部とを連通するとともに翼長方向に延在するように設けられ、コード長方向に複数並べて配置された複数のスリットと、前記複数のスリットのうちの最下流スリットに対応して前記作動流体流路側の面が翼面よりも前記中空部側に位置するように設けられ、前記最下流スリットの前記コード長方向の両側の壁面を接続する少なくとも１つの接続部とを備え、前記最下流スリットが少なくとも翼長方向の中間部からダイヤフラム外輪にかけて連続して延びる１本のスリットであることを特徴とする。

本発明によれば、翼面の水膜を効果的に除去することができる蒸気タービン静翼を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る蒸気タービン静翼（静翼）を適用する蒸気タービン設備の一構成例の全体構成を表す概略図である。本発明の第１実施形態に係る静翼を備える最終段落の一構成例を表す概略図である。図２の静翼の斜視図である。図３の矢印ＩＶ−ＩＶ線による矢視断面図である。図３の矢印Ｖ−Ｖ線による矢視断面図である。図３の矢印ＶＩ−ＶＩ線による矢視断面図である。本発明の第１実施形態に係る静翼の上面図である。本発明の第１実施形態に係る静翼の翼腹面に形成される水膜厚さ（水膜量）を例示する図である。比較例１の最終段落の一構成例を表す概略図である。比較例２の最終段落の一構成例を表す概略図である。図１０の静翼の一部を拡大して表す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る静翼の斜視図である。本発明の第３実施形態に係る静翼の斜視図である。本発明の第４実施形態に係る静翼の横断面図である。本発明の第５実施形態に係る静翼の横断面図である。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１は本実施形態に係る蒸気タービン静翼（静翼）を適用する蒸気タービン設備の一構成例の全体構成を表す概略図である。

図１に示した蒸気タービン設備５０は、ボイラ１、高圧タービン３、中圧タービン６、低圧タービン９、及び復水器１１を備えている。

ボイラ１は化石燃料焚きボイラであって蒸気発生源の一例である。ボイラ１で化石燃料を燃焼し復水器１１から供給された復水を加熱し、高温高圧の蒸気を発生させる。ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気管２を介して高圧タービン３に導かれ、高圧タービン３を駆動する。高圧タービン３を駆動して減圧した蒸気は、高圧タービン排気管４を流下してボイラ１に導かれ、再度加熱されて再熱蒸気となる。

ボイラ１で加熱された再熱蒸気は、高温再熱蒸気管５を介して中圧タービン６に導かれて中圧タービン６を駆動する。中圧タービン６を駆動して減圧した蒸気は、中圧タービン排気管７を介して低圧タービン９に導かれ、低圧タービン９を駆動する。低圧タービン９を駆動して減圧した蒸気は、低圧タービン排気室１０を介して低圧タービン直下の復水器１１に導かれる。復水器１１は冷却水配管（不図示）を備えており、復水器１１に導かれた蒸気と冷却水配管内を流れる冷却水とを熱交換させて蒸気を復水する。復水器１１で復水された復水は再びボイラ１に送られる。

高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９は、同軸上に連結されている。また、タービンロータ１２には発電機１３が連結されていて、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９の回転動力によって発電機１３が駆動し、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９の出力が電力として取り出される。

高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９は、静翼と静翼に対して作動流体の流れ方向の下流側に設けられた蒸気タービン動翼（動翼）とを有するタービン段落を複数備えた軸流タービンである。複数のタービン段落はタービンロータ１２に設けられていて、タービンロータ１２の軸方向に配列されている。

図２は本実施形態に係る静翼を備える最終段落の一構成例を表す概略図、図３は図２の静翼の斜視図である。以下、本実施形態に係る静翼を低圧タービン９の最終段落に設けた場合について説明するが、低圧タービン９の他のタービン段落、高圧タービン３のタービン段落、又は中圧タービン６のタービン段落など、作動流体が湿り蒸気の状態となっている環境下にあるタービン段落に設けた場合も同様である。なお、以下の説明では、最終段落を流れる作動流体の流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ上流側及び下流側と言う。

図２に示すように、最終段落１００は、静翼１０１、ダイアフラム外輪１０２、ダイアフラム内輪１０３、動翼１０４及びディスク１０５を備えている。

ダイアフラム内輪１０３は、低圧タービン９の径方向の内周側にタービンロータ１２の周方向に沿って設けられた環状部材である。ダイアフラム内輪１０３は内部に中空部１１５を備えている。ダイアフラム外輪１０２は、低圧タービン９の径方向の外周側にタービンロータ１２の周方向に沿って設けられた環状部材である。ダイアフラム外輪１０２も内部に中空部１１４を備えている。ダイアフラム外輪１０２の中空部１１４は、連通管（不図示）を介して排気室（不図示）と連通している。ダイアフラム外輪１０２とダイアフラム内輪１０３との間にタービンロータ１２の周方向に沿って複数の静翼１０１が固設されている。ディスク１０５の外周部にタービンロータ１２の周方向に沿って複数の動翼１０４が取り付けられている。他の段落と同様、最終段落１００の上流側は下流側に比べ高圧になっている。

図３に示すように、静翼１０１は、金属板を板曲げ等により塑性変形させて成形されている。静翼１０１は、内部に中空部１１３を有している。中空部１１３は、ダイアフラム外輪１０２の中空部１１４及びダイアフラム内輪１０３の中空部１１５と連通している。ダイアフラム外輪１０２の中空部１１４は排気室と連通しているため、静翼１０１の中空部１１３内の圧力は作動流体流路（つまり、静翼１０１の外側）の圧力よりも低くなっている。

静翼１０１の翼腹面１０１Ａには、スリット（上流スリット）１１０及びスリット（最下流スリット）１１１がコード長方向に間隔Ｄをあけて並べて配置されている。なお、図２，３は、静翼１０１に上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を設けた場合を示しているが、最下流スリット１１１より上流側に新たにスリットを設け、静翼１０１に３列以上のスリットを設けても良い。

最下流スリット１１１は、静翼１０１に設けられたスリットのうち静翼１０１のコード長方向の最下流側に設けられたスリットである。最下流スリット１１１は、静翼１０１の翼長方向に延在するように静翼１０１の翼腹面１０１Ａに連続的に形成され、作動流体流路と中空部１１３とを連通している。翼腹面１０１Ａに連続的に形成するとは、翼腹面１０１Ａに間隔を空けずに形成することを言う。最下流スリット１１１には、少なくとも１つの接続部１１２が設けられている。接続部１１２については後述する。

上流スリット１１０は、最下流スリット１１１に対して静翼１０１のコード長方向の上流側に設けられている。上流スリット１１０は、静翼１０１の翼長方向に延在するように形成され、作動流体流路と中空部１１３とを連通している。上流スリット１１０は、静翼１０１の翼腹面１０１Ａに翼長方向に所定の間隔を空けて直線上に配置された複数本（図３では５本）のスリット１２１を備えている。静翼１０１の翼長方向に隣接する上流スリット１１０間には、翼腹面１０１Ａと面一な不連続部１１６が形成されている。上述した接続部１１２は、不連続部１１６に対して翼長方向に位置をずらして設けてある。

上述のように、中空部１１３内の圧力は作動流体流路の圧力よりも低くなっているので、上流スリット１１０及び最下流スリット１１１において作動流体流路側の圧力は中空部１１３側の圧力よりも高くなっている。つまり、上流スリット１１０及び最下流スリット１１１では、入口側（作動流体流路側）と出口側（中空部１１３側）に圧力差が生じている。

なお、図２，３では、上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を直線状に形成しているが、例えば、静翼１０１の後縁部１０１Ｂの形状に合わせて湾曲形状に形成しても良い。また、上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を翼長方向の中間部から静翼１０１のダイアフラム外輪１０２側のみに設けているが、上流スリット１１０及び最下流スリット１１１の少なくとも一方をダイアフラム外輪１０２からダイアフラム内輪１０３まで（つまり、静翼１０１の翼長方向の全長に渡って）設けても良い。

上流スリット１１０及び最下流スリット１１１について詳しく説明する。以下の説明では、静翼１０１の翼腹面１０１Ａに形成された水膜２０を上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を介して除去する場合について説明するが、上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を翼背面に設け、翼背面に形成された水膜を除去する場合も同様である。

・上流スリット１１０及び最下流スリット１１１の作用
最終段落１００を流れる作動流体が湿り蒸気の状態の場合、作動流体中に含まれる水滴が静翼１０１の翼腹面１０１Ａに付着する。そして、翼腹面１０１Ａに付着した水滴が他の水滴と合体することにより、図２に示すように、翼腹面１０１Ａに水膜２０が形成される。なお、図２は、翼腹面１０１Ａに形成される水膜のうち、動翼のエロージョンの直接的な原因となり得るダイアフラム外輪１０２側に形成される水膜のみを示している。水膜２０は作動流体との界面における圧力とせん断力との合力が作用する方向に従い、翼腹面１０１Ａを静翼１０１の後縁部１０１Ｂ側に向かって流れていく。

図４は図３の矢印ＩＶ−ＩＶ線による矢視断面図、図５は図３の矢印Ｖ−Ｖ線による矢視断面図、図６は図３の矢印ＶＩ−ＶＩ線による矢視断面図である。

図４に示すように、矢印ＩＶ−ＩＶ線による断面は上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を含む断面である。図４に示す断面では、上流スリット１１０が作動流体流路と中空部１１３を連通しているため、静翼１０１の翼腹面１０１Ａに形成された水膜２０は上流スリット１１０を介して翼腹面１０１Ａから中空部１１３に吸引される。また、最下流スリット１１１が作動流体流路と中空部１１３を連通しているため、上流スリット１１０の下流側で翼腹面１０１Ａに付着した水滴２１により新たに形成された水膜２０ａは最下流スリット１１１を介して翼腹面１０１Ａから中空部１１３に吸引される。中空部１１３内に吸引された水膜２０は、ダイアフラム外輪１０２の中空部１１４等に送られ、連通管を介して排気室等に送られる。

図５に示すように、矢印Ｖ−Ｖ線による断面は上流スリット１１０間の不連続部１１６と最下流スリット１１１を含む断面である。図５に示す断面では、静翼１０１の翼腹面１０１Ａに形成された水膜２０ｂは上流スリット１１０間の不連続部１１６を通過し、上流スリット１１０の下流側で翼腹面１０１Ａに付着した水滴２１を取り込みながら翼腹面１０１Ａを下流側に流れていく。しかしながら、図５に示す断面では、最下流スリット１１１が作動流体流路と中空部１１３を連通しているため、水膜２０ｂは最下流スリット１１１を介して翼腹面１０１Ａから中空部１１３に吸引され、排気室等に送られる。

図６に示すように、矢印ＶＩ−ＶＩ線による断面は上流スリット１１０と最下流スリット１１１に設けられた接続部１１２を含む断面である。

接続部１１２は、最下流スリット１１１に対応して作動流体流路側の面１１７が翼腹面１０１Ａよりも中空部１１３側に位置するように最下流スリット１１１内に設けられている。すなわち、ＶＩ−ＶＩ線においては、翼腹面１０１Ａから中空部１１３側に窪み、作動流体流路側の面１１７を底面とする窪み部１２０が翼腹面１０１Ａに最下流スリット１１１に対応するように形成されている。接続部１１２は、最下流スリット１１１のコード長方向の両側の壁面、すなわち、最下流スリット１１１のコード長方向に対向する内面１１８，１１９を接続している。接続部１１２の翼長方向の両端部は最下流スリット１１１を介して中空部１１３と連通している。接続部１１２は、例えば、翼腹面１０１Ａと一体に形成又は翼腹面１０１Ａを加工して形成したものである。

接続部１１２の翼腹面１０１Ａから作動流体流路側の面１１７までの深さ及び翼長方向の幅は限定されないが、可能な範囲で窪み部１２０の深さは深く、接続部１１２の幅は狭い方が良く、例えば、深さは翼腹面１０１Ａの板厚の１／２以上で、幅は１０ｍｍ以下が好ましい。

図６に示す断面では、上流スリット１１０が作動流体流路と中空部１１３を連通しているため、静翼１０１の翼腹面１０１Ａに形成された水膜２０は上流スリット１１０を介して翼腹面１０１Ａから中空部１１３に吸引され、排気室等に送られる。

一方、図６に示す断面では、作動流体流路側の面１１７が翼腹面１０１Ａよりも中空部１１３側に位置するように接続部１１２が設けられているため、上流スリット１１０の下流側で翼腹面１０１Ａに付着した水滴２１による水膜２０ｃは、窪み部１２０に流入し、作動流体流路側の面１１７を翼長方向に流れ、最下流スリット１１１を介して中空部１１３に吸引され、排気室等に送られる。つまり、窪み部１２０で水膜２０ｃを捕集することで、捕集した水膜２０ｃに吸引作用が働く。

・上流スリット１１０及び最下流スリット１１１を設ける位置
図７は本実施形態に係る静翼１０１の上面図、図８は本実施形態に係る静翼１０１の翼腹面１０１Ａに形成される水膜厚さ（水膜量）を例示する図である。図８において、横軸は無次元翼面位置、縦軸は水膜厚さを示している。なお、無次元翼面位置とは、静翼１０１の前縁部１０１Ｃから翼腹面１０１Ａの任意の位置までの翼腹面１０１Ａに沿った距離lを静翼１０１の前縁部１０１Ｃから後縁部１０１Ｂまでの翼腹面１０１Ａに沿った距離Ｌで除した無次元値（ｌ／Ｌ）のことを言う（図７を参照）。

一般的に、静翼の前縁部から後縁部までの翼腹面に沿った線上の水膜厚さは翼腹面の位置によって異なり、翼腹面には、作動流体の翼腹面に対する流速の増加により翼腹面に集積する湿分が増加して水膜厚さが最大となる位置（ピーク位置）が存在する。そのため、翼腹面に形成された水膜を効率良く除去するには、水膜厚さのピーク位置の若干下流側にスリットを設けることが好ましい。

図８の場合、静翼１０１の翼腹面１０１Ａに形成される水膜厚さは無次元値ｌ／Ｌ＝０．６の位置付近で最大となる。また、水膜厚さが最大となる位置より下流側では、作動流体の翼腹面１０１Ａに対する流速の増加に伴い水膜厚さは薄くなっていく。

そこで、本実施形態では、図８に破線で示すように、水膜厚さが最大となる領域の若干下流側である無次元値ｌ／Ｌ＝０．６〜０．８の範囲内に上流スリット１１０を設けている。

一方、仮に上流スリット１１０の上流側に形成された水膜を上流スリット１１０を介して１００％除去したとしても、上流スリット１１０の下流側で翼腹面１０１Ａに水滴が付着し、翼腹面１０１Ａに再び水膜が形成される場合がある。

そこで、本実施形態では、無次元値ｌ／Ｌが上流スリット１１０の無次元値ｌ／Ｌより大きく、可能な限り無次元値ｌ／Ｌ＝１．０に近い位置（すなわち、静翼１０１の後縁部１０１Ｂに近い位置）に最下流スリット１１１を設け、翼腹面１０１Ａに形成される水膜を極力多く除去するように構成している。

（比較例１）
図９は比較例１の最終段落の一構成例を表す概略図である。図９において、図２の最終段落１００と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図９に示すように、比較例１の静翼２０１にはスリットが設けられていない。この場合、最終段落２００を流れる作動流体が湿り蒸気の状態のとき、作動流体中に含まれる水滴により静翼２０１の翼腹面２０１Ａに形成された水膜２０は、静翼２０１の後縁部２０１Ｂ側に向かって翼腹面２０１Ａを流れ、後縁部２０１Ｂに到達すると、作動流体により翼腹面２０１Ａから離脱して水滴２２の状態で下流側に飛散し、動翼１０４に衝突する。その結果、動翼１０４にエロージョン２３が生じる。また、水滴２２が動翼１０４に衝突することにより動翼１０４の回転が妨げられ、湿り損失も生じ得る。

（比較例２）
図１０は比較例２の最終段落の一構成例を表す概略図、図１１は図１０の静翼の一部を拡大して表す斜視図である。図１０，１１において、図２の最終段落１００と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１０に示すように、最終段落３００の静翼３０１は、スリット（上流スリット）３１０及びスリット（下流スリット）３１１を備えている。図１１に示すように、上流スリット３１０及び下流スリット３１１は上流スリット１１０と同等の構成である。この場合、上流スリット３１０の不連続部３１６を通過して翼腹面３０１Ａに形成された水膜２０ｄや、上流スリット３１０の下流側で新たに形成された水膜の一部が下流スリット３１１の不連続部３１７を通過して下流スリット３１１の下流側に水膜２０ｅが形成される可能性がある。水膜２０ｅは動翼１０４のエロージョン２３（図１０を参照）や湿り損失の原因となる。

（効果）
（１）強度上の問題でスリットに不連続部を設けると、図１１で説明したように、スリットを２本設けても下流スリット３１１の下流側に水膜２０ｅが形成されてしまう。したがって、静翼の構造上可能な限り、少なくとも静翼のコード長方向の下流側（後縁部側）に翼長方向に連続的にスリットを設けることが好ましい。

一方、スリットを跨いで翼腹面に段差が生じると、段差部分において水膜の一部が翼腹面から離脱し、これが動翼のエロージョンの原因となり得る。そのため、翼腹面に形成された水膜を効率良く除去するためには、スリットを精度良く設ける必要もある。

本実施形態では、最下流スリット１１１に対応して設けた接続部１１２の作動流体流路側の面１１７が翼腹面１０１Ａよりも中空部１１３側に位置するので、図１１で説明した不連続部と異なり、窪み部１２０により水膜を捕捉することができる。加えて、適当な間隔で最下流スリット１１１の上流側と下流側の壁面を接続部１１２でつないでいるので、最下流スリット１１１を跨いで翼腹面１０１Ａに段差が生じることを抑制することができる。そのため、翼腹面１０１Ａに形成された水膜の離脱を抑制し、水膜を効果的に除去することができ、静翼１０１の下流側への水滴の飛散を抑制することができる。したがって、動翼のエロージョンを抑制し、また、動翼１０４における湿り損失を抑制することができ、蒸気タービンの信頼性を高めることができる。

（２）本実施形態では、接続部１１２により最下流スリット１１１のコード長方向に対向する内面１１８，１１９が接続しているので、翼長方向の全長に渡って中空部と連通するように最下流スリットを構成した場合に比べて、静翼１０１の強度を向上させることができる。加えて、最下流スリット１１１の変形を抑制することができるので、最下流スリット１１１の精度を容易に管理することができる。

（３）図８で説明したように、水膜厚さは翼腹面の位置によって異なる。そこで、本実施形態では、水膜厚さのピーク位置の若干下流側に上流スリット１１０を設け、上流スリット１１０の下流側であって静翼１０１の後縁部１０１Ｂに近い位置に最下流スリット１１１を設けている。そのため、膜厚の水膜を上流スリット１１０で凡そ除去し、さらに上流スリット１１０の下流側で形成された水膜も最下流スリット１１１で最終的に除去することができ、翼腹面１０１Ａに形成された水膜を効率良く除去することができる。

（４）本実施形態に係る静翼１０１は、作動流体流路と中空部１１３とを連通するとともに翼長方向に延在するスリットをコード長方向に複数並べ、複数のスリットのうちの最下流スリット１１１に対応して作動流体流路側の面１１７が翼面よりも中空部１１３側に位置するように、最下流スリット１１１のコード長方向の両側の壁面１１８，１１９を接続する接続部１１２を設けている。

例えば、（比較例１）の静翼２０１のように翼面にスリットが設けられていない既存の静翼がある場合は、翼面をカッター状の部材やレーザー等で削って翼面に複数のスリットを形成し、最下流スリットに接続部を設けることにより本実施形態に係る静翼１０１とすることができる。また、（比較例２）の静翼３０１のように翼面に複数のスリットが所定の間隔を空けて設けられている静翼については、最下流スリット間の不連続部をカッター状の部材やレーザー等で削って接続部を設けることにより本実施形態に係る静翼１０１とすることができる。

このように、本実施形態に係る静翼１０１は既存の静翼に対し簡単な作業を施すことにより容易に得ることができる。

＜第２実施形態＞
図１２は、本実施形態に係る静翼の斜視図である。図１２において、上記第１実施形態の静翼１０１と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態に係る静翼４０１は、上流スリット１１０の代わりに上流スリット４１０及び接続部４１２を備える点で第１実施形態の静翼１０１と異なる。

上流スリット４１０及び接続部４１２は、最下流スリット１１１及び接続部１１２と同等の構成である。但し、接続部４１２は最下流スリット１１１の接続部１１２に対して翼長方向に位置をずらして設けてある。

上記構成により、本実施形態では上述した第１実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

本実施形態では、上流スリット４１０を翼腹面４０１Ａに連続的に設け、上流スリット４１０に少なくとも１つの接続部４１２を設けているので、翼長方向に所定の間隔を空けて設けられた複数本のスリットにより上流スリットを構成した場合に比べて、より多くの水膜を捕捉することができる。

＜第３実施形態＞
図１３は、本実施形態に係る静翼の斜視図である。図１３において、上記第２実施形態の静翼４０１と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態に係る静翼５０１は、翼腹面５０１Ａに加えて、翼背面５０１Ｄに、上流スリット５１０及び接続部５１４並びに最下流スリット５１１及び接続部５１５を備える点で第２実施形態の静翼４０１と異なる。

上流スリット５１０及び接続部５１４は上流スリット４１０及び接続部４１２と同等の構成であり、最下流スリット５１１及び接続部５１５は最下流スリット１１１及び接続部１１２と同等の構成である。

上記構成により、本実施形態では上述した第２実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

本実施形態では、翼腹面５０１Ａに加えて、翼背面５０１Ｄに、上流スリット５１０及び接続部５１４並びに最下流スリット５１１及び接続部５１５を設けているので、翼背面５０１Ｄに形成された水膜も捕捉することができる。

＜第４実施形態＞
図１４は、本実施形態に係る静翼の横断面図である。図１４において、上記第１実施形態の静翼１０１と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態に係る静翼６０１は、接続部１１２の代わりに接続部６１２を備える点で第１実施形態の静翼１０１と異なる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図１４に示すように、接続部６１２は、最下流スリット１１１に対応して作動流体流路側の面６１７が翼腹面６０１Ａよりも中空部１１３側に位置するように中空部１１３内に設けられている。接続部６１２は、最下流スリット１１１を跨ぐようにして最下流スリット１１１のコード長方向の両側の壁面６１８，６１９を接続している。すなわち、図１４に示す断面においては、翼腹面６０１Ａから中空部１１３側に窪み、作動流体流路側の面６１７を底面とする窪み部６２０が翼腹面６０１Ａに最下流スリット１１１に対応するように形成されている。接続部６１２の翼長方向の両端部は最下流スリット１１１を介して中空部１１３と連通している。接続部６１２は、例えば溶接により壁面６１８，６１９に取り付けられている。

翼腹面６０１Ａから窪み部６２０に流入した水膜は、作動流体流路側の面６１７を翼長方向に流れ、最下流スリット１１１を介して中空部１１３に吸引され、排気室等に送られる。

最下流スリットのコード長方向に対向する内面を接続部により接続する場合、窪み部の深さを確保する必要があるため、窪み部の深さ方向における接続部の高さが制限されてしまう。これに対し、本実施形態では、接続部６１２を中空部１１３内に設けているため、窪み部の深さ方向における接続部の高さを大きく確保することができ、静翼６０１の強度をより高めることができる。加えて、接続部をスリット内に設ける場合に比べて翼腹面６０１Ａから作動流体流路側の面６１７までの深さを深くすることができる（翼腹面６０１Ａの板厚分確保できる）ため、水膜の捕捉効率がより向上する。

また、本実施形態の静翼６０１は、翼腹面６０１Ａに最下流スリット１１１を設け、中空部１１３内に最下流スリット１１１を跨ぐようにして静翼６０１のコード長方向の両側の壁面１１８，１１９を接続するように接続部６１２を溶接等により設ければ良いので、容易に製作することができる。

＜第５実施形態＞
図１５は、本実施形態に係る静翼の横断面図である。図１５において、上記第４実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態に係る静翼７０１は、接続部６１２の代わりに接続部７１２を備える点で第４実施形態の静翼６０１と異なる。その他の構成は、第４実施形態と同等である。

接続部７１２は、中空部１１３を挟んで最下流スリット１１１と対向する面、つまり翼背面７０１Ｄに接している。その他の構成は、接続部６１２と同等である。

上記構成により、本実施形態では上述した第４実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

本実施形態では、接続部７１２が翼背面７０１Ｂに接しているため、静翼７０１の強度を大幅に高めることができる。また、接続部７１２が翼腹面７０１Ａと翼背面７０１Ｂとのスペースを維持するスペーサとして機能するため、静翼７０１の変形等を抑制することができ、静翼７０１の信頼性を高めることができる。

＜その他＞
本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能である。また、各実施形態の構成の一部を削除及び置換することも可能である。

上述した実施形態では、最下流スリットに対応する接続部を中空部内に設けた場合を例示した。しかしながら、本発明の本質的効果は翼面の水膜を効果的に除去することができる蒸気タービン静翼を提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしもこの構成に限定されない。例えば、最下流スリットに対応する接続部とともに上流スリットに対応する接続部を中空部内に設けても良い。

１１３中空部
１０４蒸気タービン動翼（動翼）
１０１，４０１，５０１，６０１，７０１蒸気タービン静翼（静翼）
１１０，４１０，５１０スリット（上流スリット）
１１１，５１１スリット（最下流スリット）
１１２，４１２，５１４，５１５，６１２，７１２接続部
１０１Ａ，４０１Ａ，５０１Ａ，６０１Ａ，７０１Ａ翼腹面
５０１Ｄ翼背面
１０１Ｃ前縁部
１０１Ｂ後縁部

Claims

内部に中空部を有する蒸気タービン静翼において、
作動流体流路と前記中空部とを連通するとともに翼長方向に延在するように設けられ、コード長方向に複数並べて配置された複数のスリットと、
前記複数のスリットのうちの最下流スリットに対応して前記作動流体流路側の面が翼面よりも前記中空部側に位置するように設けられ、前記最下流スリットの前記コード長方向の両側の壁面を接続する少なくとも１つの接続部とを備え、
前記最下流スリットが少なくとも翼長方向の中間部からダイヤフラム外輪にかけて連続して延びる１本のスリットであることを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項１に記載の蒸気タービン静翼において、
前記接続部は前記最下流スリット内に設けられ、該最下流スリットの前記コード長方向に対向する内面同士を接続することを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項１に記載の蒸気タービン静翼において、
前記最下流スリットに対して前記コード長方向の上流側に配置された少なくとも１つの上流スリットに対応して前記作動流体流路側の面が前記翼面よりも前記中空部側に位置するように設けられ、前記上流スリットの前記コード長方向の両側の壁面を接続する少なくとも１つの接続部を備えることを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項１に記載の蒸気タービン静翼において、
前記複数のスリットは、翼腹面に設けられていることを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項１に記載の蒸気タービン静翼において、
前記複数のスリットは、翼背面に設けられていることを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項３に記載の蒸気タービン静翼において、
前記上流スリットは、前縁部から翼腹面上の任意の位置までの距離ｌを該翼腹面に沿った該前縁部から後縁部までの距離Ｌで除した無次元値ｌ／Ｌが０．６〜０．８の範囲内となる位置に設けられ、
前記最下流スリットは、前記無次元値ｌ／Ｌが前記上流スリットの無次元値ｌ／Ｌより大きくなる範囲となる位置に設けられていることを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項１に記載の蒸気タービン静翼において、
前記接続部は前記中空部内に設けられ、前記最下流スリットを跨ぐようにして前記コード長方向の両側の壁面を接続することを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項７に記載の蒸気タービン静翼において、
前記接続部は前記中空部を挟んで前記最下流スリットに対向する面に接していることを特徴とする蒸気タービン静翼。
請求項１に記載の蒸気タービン静翼と、該蒸気タービン静翼に対して作動流体の流れ方向の下流側に設けられた蒸気タービン動翼とを有するタービン段落を備えることを特徴とする蒸気タービン。
内部に中空部を有する蒸気タービン静翼の改造方法であって、
作動流体流路と前記中空部とを連通するとともに翼長方向に延在するスリットをコード長方向に複数並べて複数のスリットを形成し、前記複数のスリットのうちの最下流スリットを少なくとも翼長方向の中間部からダイヤフラム外輪にかけて連続して延びる１本のスリットとし、
前記最下流スリットに対応して前記作動流体流路側の面が翼面よりも前記中空部側に位置するように、前記最下流スリットの前記コード長方向の両側の壁面を接続する接続部を少なくとも１つ設けることを特徴とする蒸気タービン静翼の改造方法。