JP7292421B2

JP7292421B2 - タービン静翼、タービン静翼組立体、及び蒸気タービン

Info

Publication number: JP7292421B2
Application number: JP2021564067A
Authority: JP
Inventors: 俊介水見; 創一朗田畑; 冲非段; 光司石橋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: JPWO2021117883A1; CN114651113A; US11773753B2; EP4036380B1; EP4036380A1; WO2021117883A1; US20220381157A1; EP4036380A4; KR20220062650A

Description

本開示は、タービン静翼、タービン静翼組立体、及び蒸気タービンに関する。本出願は、２０１９年１２月１１日に出願された日本出願特願２０１９－２２３５６０に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

蒸気タービンは、軸線回りに回転可能な回転軸と、当該回転軸の外周面上で軸線方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段と、回転軸、及びタービン動翼段を外周側から覆うケーシングと、ケーシングの内周面上でタービン動翼段と交互に配列された複数のタービン静翼段と、を備えている。ケーシングの上流側には外部から蒸気を取り込む吸入口が形成され、下流側には排気口が形成されている。吸入口から取り込まれた高温高圧の蒸気は、タービン静翼段で流れの方向と速度を調整された後、タービン動翼段で回転軸の回転力に変換される。

タービン内を通過する蒸気は、上流側から下流側に向かうにつれてエネルギーを失い、温度（と圧力）が低下する。そのため、最も下流側のタービン静翼段では、蒸気の一部が液化して微細な水滴として気流中に存在しており、その水滴の一部はタービン静翼の表面に付着する。この水滴は、翼面上ですぐに成長して液膜となる。液膜は、その周囲を常に高速の蒸気流に曝されているが、この液膜がさらに成長して厚みが増すと、その一部が蒸気流によってちぎれて粗大液滴の状態で飛散する。飛散した液滴は蒸気流により徐々に加速しながら下流側に流れる。大きな液滴ほど慣性力が大きく、主流蒸気に乗ってタービン動翼の間を通過することができずに、タービン動翼に衝突する。タービン動翼の周速は音速を超える場合があることから、飛散した液滴がタービン動翼に衝突した場合、その表面を侵食し、エロージョンを発生させることがある。また、液滴の衝突によってタービン動翼の回転が阻害され、制動損失が生じることもある。

このような液滴の付着と成長を防ぐために、これまでに種々の技術が提唱されている。例えば下記特許文献１に記載された動翼では、液滴や液膜を動翼下流側に導くための案内溝、又は案内リブが翼の表面に設けられている。

特開２０１６－１６６５６９号公報

ところで、タービン静翼壁面上で生じた液滴や液膜は、上記特許文献１に記載されている案内溝や案内リブの位置によらず、任意の箇所に発生する。さらに、回転しているタービン動翼では遠心力による液滴や液膜の移動が生じる一方で、静止体であるタービン静翼にはこのような外力が生じない。したがって、これら案内溝や案内リブを単に設けるだけでは、液滴や液膜を十分に案内・除去することができない虞がある。

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、液膜の成長をより一層低減し、効果的に除去することが可能なタービン静翼、タービン静翼組立体、及び蒸気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静翼は、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるとともに、該流れ方向の上流側を向く腹面、及び下流側を向く背面を有し、少なくとも前記腹面には、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝が複数形成され、前記腹面における前記溝の周囲には、該腹面よりも高い親水性を有する親水性凹凸領域が形成され、前記複数の溝の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットに接続され、前記溝は、前記親水性凹凸領域にまたがるようにして延び、かつ前記溝の内面には親水性凹凸領域が形成されていない。

本開示に係るタービン静翼組立体は、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるとともに、該流れ方向の上流側を向く腹面、及び下流側を向く背面を有するタービン静翼と、該タービン静翼の前記径方向外側の端部に設けられた外周リングと、を備えるタービン静翼組立体であって、少なくとも前記腹面には、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝が複数形成され、前記外周リングの内周面には、前記溝に接続されるとともに、前記腹面の形状に沿うようにして該内周面に沿って下流側に向かって延びるリング溝が形成され、前記複数の溝の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットに接続されている。

本開示に係る蒸気タービンは、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるタービン静翼と、前記流れ方向における前記タービン静翼の下流側に隙間をあけて配置されたタービン動翼と、前記タービン静翼、及び前記タービン動翼を外周側から覆うタービンケーシングと、を備え、前記タービン静翼は、前記流れ方向の上流側を向く腹面、及び下流側を向く背面を有し、少なくとも前記腹面には、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝が複数形成され、前記腹面における前記溝の周囲には、該腹面よりも高い親水性を有する親水性凹凸領域が形成され、前記複数の溝の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットとしての前記隙間に接続され、前記溝は、前記親水性凹凸領域にまたがるようにして延び、かつ前記溝の内面には親水性凹凸領域が形成されていない。

本開示によれば、液膜の成長をより一層低減し、効果的に除去することが可能なタービン静翼、及びタービン静翼組立体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模式図である。本開示の第一実施形態に係るタービン静翼組立体の構成を示す図である。本開示の第一実施形態に係る親水性凹凸領域の一例を示す斜視図である。本開示の第二実施形態に係るタービン静翼組立体の構成を示す図である。本開示の第二実施形態に係るタービン静翼組立体を径方向から見た断面図である。本開示の第二実施形態に係るタービン静翼組立体を翼弦方向から見た断面図である。本開示の第二実施形態に係るタービン静翼組立体の変形例を径方向から見た断面図である。本開示の第二実施形態に係るタービン静翼組立体のさらなる変形例を径方向から見た断面図である。本開示の第三実施形態に係るタービン静翼組立体の構成を示す図である。本開示の第三実施形態に係るタービン静翼組立体の変形例を示す図である。

［第一実施形態］
（蒸気タービンの構成）
本開示の第一実施形態に係る蒸気タービン１００について、図１と図２を参照して説明する。本実施形態に係る蒸気タービン１００は、軸線Ｏ方向に沿って延びる蒸気タービンロータ１と、蒸気タービンロータ１を外周側から覆う蒸気タービンケーシング２と、蒸気タービンロータ１の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４Ａ、及びスラスト軸受４Ｂと、を備えている。

蒸気タービンロータ１は、軸線Ｏに沿って延びる回転軸３と、回転軸３の外周面に設けられた複数の動翼３０を有している。動翼３０は、回転軸３の周方向に一定の間隔をもって複数配列されている。軸線Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列（動翼段）が配列されている。動翼３０は、動翼本体３１（タービン動翼）と、動翼シュラウド３４と、を有している。動翼本体３１は、蒸気タービンロータ１の外周面から径方向外側に向かって突出している。動翼本体３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。動翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。動翼本体３１の基端部（径方向内側の端部）には、プラットフォーム３２が回転軸３に一体に設けられている（図２参照）。

蒸気タービンケーシング２は、蒸気タービンロータ１を外周側から覆う略筒状をなしている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気Ｓを取り込む蒸気供給管１２が設けられている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気Ｓを排出する蒸気排出管１３が設けられている。蒸気は、蒸気タービンケーシング２の内部で、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって流れる。以降の説明では、蒸気の流れる方向を単に「流れ方向」と呼ぶ。さらに、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を流れ方向の上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を流れ方向の下流側と呼ぶ。

蒸気タービンケーシング２の内周面には、複数の静翼２０（タービン静翼組立体）の列が設けられている。静翼２０は、静翼本体２１（タービン静翼）と、静翼シュラウド２２と、外周リング２４と、を有している。静翼本体２１は、外周リング２４を介して蒸気タービンケーシング２の内周面に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼本体２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２０は内周面上で周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２０の間の領域に入り込むようにして配置される。つまり、静翼２０、及び動翼３０は、蒸気の流れ方向に交差する方向（軸線Ｏに対する径方向）に延びている。

蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成された蒸気タービンケーシング２の内部に供給される。蒸気タービンケーシング２の内部を通過する中途で、蒸気Ｓは静翼２０と動翼３０とを交互に通過する。静翼２０は蒸気Ｓの流れを整流し、整流された蒸気Ｓの塊が動翼３０を押すことによって蒸気タービンロータ１に回転力を与える。蒸気タービンロータ１の回転力は、軸端１１から取り出されて外部の機器（発電機等）の駆動に用いられる。蒸気タービンロータ１の回転に伴って、蒸気Ｓは下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（復水器等）に向かって排出される。

ジャーナル軸受４Ａは、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４Ａは、蒸気タービンロータ１の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受４Ｂは、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受４Ｂは、蒸気タービンロータ１の上流側の端部にのみ設けられている。

（静翼本体の構成）
次いで、図２を参照して、静翼本体２１の構成について説明する。静翼本体２１は、流れ方向に交差する方向である径方向（軸線Ｏに対する径方向）に延びている。径方向から見た静翼本体２１の断面は翼型をなしている。より詳細には、流れ方向の上流側の端縁である前縁２１Ｆは曲面状をなしている。下流側の端縁である後縁２１Ｒは径方向から見て周方向の寸法が次第に小さくなることでテーパ形状をなしている。前縁２１Ｆから後縁２１Ｒにかけて、静翼本体２１は、軸線Ｏに対する周方向一方側から他方側に向かって緩やかに湾曲している。また、静翼本体２１は、径方向内側に向かうに従って、軸線Ｏ方向の寸法が減少している。静翼本体２１の径方向外側の端部には外周リング２４が取り付けられている。外周リング２４は、軸線Ｏを中心とする円環状をなしている。

外周リング２４の各面のうち、上流側を向く面はリング上流面２４Ａとされ、内周側を向く面はリング内周面２４Ｂとされ、下流側を向く面はリング下流面２４Ｃとされている。リング上流面２４Ａ、及びリング下流面２４Ｃは、軸線Ｏに対する径方向に広がっている。リング上流面２４Ａの径方向における寸法は、リング下流面２４Ｃの径方向における寸法よりも大きい。これにより、本実施形態では一例として、リング内周面２４Ｂは、下流側に向かうに従って次第に径方向外側に向かうように拡径している。

リング下流面２４Ｃは、静翼２０の下流側に隣接する動翼３０の動翼シュラウド３４に隙間Ｓ２をあけて対向している。動翼シュラウド３４の各面のうち、上流側を向く面はシュラウド上流面３４Ａとされ、内周側を向く面はシュラウド内周面３４Ｂとされ、下流側を向く面はシュラウド下流面３４Ｃとされている。つまり、上述のリング下流面２４Ｃは、シュラウド上流面３４Ａに対して隙間をあけて対向している。この隙間Ｓ２は、後述する液滴を捕捉するためのスリットＳの一部である。

静翼本体２１における周方向を向く一対の面のうち、上流側を向く面は腹面２１Ｐとされ、下流側を向く面は背面２１Ｑとされている。これら腹面２１Ｐ、及び背面２１Ｑのうち、少なくとも腹面２１Ｐには、複数の溝Ｒ１，Ｒ２、及び上述のスリットＳの一部としての中空スリットＳ１が形成されている。これら溝Ｒ１，Ｒ２は、腹面２１Ｐで生じた液滴（水滴）を捕捉し、案内するために設けられている。溝Ｒ１，Ｒ２は、いずれも腹面２１Ｐから翼厚方向に凹むとともに、下流側に向かうに従って径方向の外側に延びている。

このうち、溝Ｒ１の径方向外側の端部は外周リング２４の内周面（リング内周面２４Ｂ）まで延び、径方向内側の端部は前縁２１Ｆまで延びていてもよい。一方で、溝Ｒ２は、前縁２１Ｆから中空スリットＳ１にかけて延びている。中空スリットＳ１は、腹面２１Ｐにおける下流側の端部（つまり、後縁２１Ｒ）の近傍に形成され、径方向に延びるとともに翼厚方向に凹んでいる。本実施形態では、３つの溝Ｒ１と、５つの溝Ｒ２が形成されているが、これら溝Ｒ１，Ｒ２の個数は本実施形態に限定されず、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。

腹面２１Ｐにおける溝Ｒ１，Ｒ２の周囲には、親水性凹凸領域Ｗが形成されている。即ち、腹面２１Ｐは、上記親水性凹凸領域Ｗと、この親水性凹凸領域Ｗ以外の主腹面領域とを有している。図３に一例として断面図を示すように、この親水性凹凸領域Ｗは、腹面２１Ｐに交差する深さ方向に凹む微細な多数の溝Ｇによって形成されている。これにより、親水性凹凸領域Ｗでは、未加工の腹面２１Ｐ自体よりも液膜許容量が大きくなっている。なお、ここで言う「液膜許容量」とは、当該領域に対する液膜の浸透量と保持量を示す。つまり、この親水性凹凸領域Ｗでは、他の領域に比べて親水性が高くなっている。なお、このような親水性は、上記のような微細加工（溝Ｇの形成）のほか、コーティング等によっても実現可能である。また、この浸透量と保持量は、当該領域における空隙率によって決定される。なお、溝Ｒ１，Ｒ２の内面にはこのような親水加工は施されていない。ここで、一般に中空スリットＳ１の幅は１ｍｍから２ｍｍ程度のミリオーダとされ、腹面２１Ｐにおける溝Ｒ１，Ｒ２の幅は１本あたり数百μｍから１ｍｍ程度のサブミリオーダとされているのに対して、微細な溝Ｇの幅は１本あたり数μｍから数十μｍとミクロンオーダとされる。

（作用効果）
続いて、本実施形態に係る静翼２０（静翼本体２１）における蒸気の挙動について説明する。蒸気タービンケーシング２内を通過する蒸気は、上流側から下流側に向かうにつれて仕事をすることで温度が低下する。したがって、最も下流側のタービン静翼段では、蒸気の一部が液化し、液滴（水滴）として静翼本体２１の表面に付着する。この液滴は、徐々に成長して液膜となる。液膜がさらに成長すると、その一部がちぎれて粗大液滴として飛散する。飛散した液滴は蒸気の主流に乗って下流側に流れようとするが、粗大液滴は自身に働く慣性力が大きいことから十分に主流に乗ることができずに、タービン動翼（動翼本体３１）に衝突する。タービン動翼の周速は音速を超える場合があることから、飛散した液滴がタービン動翼に衝突した場合、その表面を侵食し、エロージョンを発生させることがある。また、液滴の衝突によってタービン動翼の回転が阻害され、制動損失が生じることもある。

しかしながら、上記構成によれば、腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑに生じた液滴は、溝Ｒ１，Ｒ２に向かって集まることで液脈を形成する。この液脈は、蒸気の流れに曝されることで、溝Ｒ１，Ｒ２に沿って流れる。溝Ｒ１，Ｒ２を通過した液脈はその後、スリットＳによって捕捉され、外部に排出される。具体的には、溝Ｒ１を通過した液脈は、外周リング２４の内周面（リング内周面２４Ｂ）に沿って下流側に流れ、その後、外周リング２４と動翼シュラウド３４との間の隙間Ｓ２に流れ込む。一方で、溝Ｒ２を通過した液脈は、中空スリットＳ１によって流れ込む。これにより、静翼本体２１の表面（腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑ）で液滴や液膜が成長する可能性を低減することができる。

さらに、上記構成では、溝Ｒ１，Ｒ２の周囲に親水性凹凸領域Ｗが形成されている。当該親水性凹凸領域Ｗでは、上述した溝Ｇのような微細加工、又はコーティング処理等を施すことによって、水と壁面との張力が強くなっている。これにより、液膜は当該親水性凹凸領域Ｗの全体にわたって広がろうとする。つまり、当該領域における液膜の厚さを小さくすることができる。翼表面の液膜はタービン内の気流によって押し流されるが、気流は壁面近くになるほど流速が遅い。このため、厚い液膜に作用する気流よりも、薄い液膜に作用する気流は流速が遅くなる。つまり、液膜が薄いほど液膜の移動速度は遅くなる。さらに、翼表面に親水性凹凸領域Ｗを加工することで、同じ面積の翼表面であっても、液膜と接触する表面積がより大きくなり、翼表面と液膜との間の摩擦が大きくなる。これにより、流動抵抗を大きくすることができる。その結果、液膜が溝Ｒ１，Ｒ２を乗り越えて下流側に流れ去ってしまう可能性を低減することができる。言い換えれば、溝Ｒ１，Ｒ２によって液膜をさらに安定的に捕捉することが可能となる。

上記構成によれば、スリットＳとしての中空スリットＳ１が少なくとも腹面２１Ｐにおける下流側の部分に形成されている。これにより、腹面２１Ｐで生じた液膜を溝Ｒ２によって案内した後、直ちに当該中空スリットＳ１によって捕捉することができる。その結果、液膜が下流側に飛散する可能性をさらに低減することができる。

上記構成によれば、腹面２１Ｐで生じた液膜を溝Ｒ１によって案内した後、直ちにスリットＳとしての隙間Ｓ２によって捕捉することができる。隙間Ｓ２は、静翼２０と動翼３０との間の間隙であることから、中空スリットＳ１のみを静翼本体２１に形成した場合に比べて、より多くの液脈を捕捉することができる。これにより、液膜が下流側に飛散する可能性をさらに低減することができる。

また、上記構成によれば、それぞれ複数の溝Ｒ１，Ｒ２が形成されていることによって、より広い範囲で液滴を捕捉・案内することができる。

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。

［第二実施形態］
続いて、本開示の第二実施形態について、図４から図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。図４に示すように、本実施形態では、静翼本体２１に上述の親水性凹凸領域Ｗが形成されていない一方で、溝Ｒ１，Ｒ２に加えて外周リング２４に他のリング溝Ｒ３が形成されている。

リング溝Ｒ３は、リング内周面２４Ｂ上で腹面２１Ｐの形状に沿って下流側に延びるとともに、腹面２１Ｐに形成された溝Ｒ１の径方向外側の端部に接続されている。図４と図５の例では、リング溝Ｒ３の始点は腹面２１Ｐにおける前縁２１Ｆ側に偏った位置に設けられている。また、図６に示すように、リング溝Ｒ３は断面視で矩形状をなしている。なお、リング溝Ｒ３の断面形状は矩形に限られず、角部を有しない凹曲面形状であってもよい（この場合、矩形に比べて局所応力の集中を抑制することができる）。このリング溝Ｒ３は、図７に示すように、腹面２１Ｐ側のみならず、溝Ｒ１，Ｒ２とともに背面２１Ｑ側に設けられていてもよい。なお、図７の例ではリング溝Ｒ３の下流側端部が内周面２４Ｂの下流端(スリットＳ２)に到達していないが、これは、後述の［変形例］に記載のように、外周リング２４の内周面（リング内周面２４Ｂ）における下流側の端部を含む部分が、図１０に示すように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湾曲していることに起因する。また、図８に示すように、リング溝Ｒ３は、腹面２１Ｐと背面２１Ｑの両側にそれぞれ設けられていてもよい。

ここで、図５又は図６に示すように、静翼本体２１とリング内周面２４Ｂとの間には、これら静翼本体２１とリング内周面２４Ｂとを接続するフィレット部Ｆが設けられている。フィレット部Ｆは、静翼本体２１側からリング内周面２４Ｂ側に向かうに従って、静翼本体２１から離間する方向に湾曲している。つまり、フィレット部Ｆは、静翼本体２１側に向かって凹となる曲面状をなすことで、静翼本体２１とリング内周面２４Ｂとを滑らかに接続している。上述のリング溝Ｒ３は、このフィレット部Ｆよりもリング内周面２４Ｂ側に形成されている。言い換えれば、リング溝Ｒ３は、フィレット部Ｆと重複しないように、かつ当該フィレット部Ｆの外延をなぞるようにしてその近傍に形成されている。

上記構成によれば、腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑに生じた液滴は、溝Ｒ１，Ｒ２に向かって集まることで液脈を形成する。この液脈は、蒸気の流れに曝されることで、溝Ｒ１，Ｒ２に沿って流れる。このうち、溝Ｒ１を通過した液脈はその後リング溝Ｒ３に流れ込む。リング溝Ｒ３に流れ込んだ液脈は、スリットＳとしての隙間Ｓ２に捕捉されて外部に排出される。これにより、静翼本体２１の表面（腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑ）で液滴や液膜が成長する可能性を低減することができる。

さらに、上記構成によれば、リング溝Ｒ３がフィレット部Ｆよりもリング内周面２４Ｂ側に形成されている。つまり、当該フィレット部Ｆの形状を変更することなく、リング溝Ｒ３を形成することができる。これにより、フィレット部Ｆの強度低下を抑えつつ、液脈を安定的に案内することができる。

また、上記構成によれば、リング溝Ｒ３の始点は腹面２１Ｐにおける前縁２１Ｆ側に偏った位置に設けられている。これにより、例えば当該始点が後縁２１Ｒ側に偏って設けられている場合に比べて、前縁２１Ｆ側に偏った位置で、成長する前の段階で液脈を早期にリング溝Ｒ３に導くことができる。

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］
次に、本開示の第三実施形態について、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。同図に示すように、本実施形態では、第一実施形態で説明した親水性凹凸領域Ｗが静翼本体２１に設けられているとともに、第二実施形態で説明したリング溝Ｒ３が外周リング２４に形成されている。つまり、本実施形態では、第一実施形態と第二実施形態の各構成を組み合わせて用いている。このような構成によれば、各実施形態で説明した作用効果をいずれも得ることができる。その結果、静翼２０における液膜の成長をより一層低減することが可能となる。

［変形例］
上述の第二実施形態、又は第三実施形態において、外周リング２４の内周面（リング内周面２４Ｂ）における下流側の端部を含む部分は、図１０に示すように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湾曲していてもよい。このような構成によれば、径方向外側に向かって湾曲しているリング内周面２４Ｂの下流端に沿って液滴を円滑に案内し、スリットＳとしての隙間Ｓ２に到達させることができる。また、液滴が湾曲部から飛散してスリットＳ２に捕捉されなかった場合も、車室に対して高周速で回転しているタービン動翼３１の先端側ではなく、静止部材であるシュラウド上流面３４Ａに液滴が衝突するため、タービン動翼３１にエロージョン等を生じる可能性を低減することができる。

また、上述の第三実施形態において、軸線Ｏを含む断面視で、外周リング２４の内周面（リング内周面２４Ｂ）を下流側に延長した延長線（図１０中の破線Ｌ）が、下流側に位置するタービン動翼３１と径方向から対向するシュラウド上流面３４Ａと交差していてもよい。このような構成によれば、リング溝Ｒ３から液滴の一部がスリットＳ２に捕捉されずにリング内周面２４Ｂからタービン動翼３１側に飛散した場合であっても、タービン動翼３１ではなく、シュラウド上流面３４Ａに衝突するため、タービン動翼３１にエロージョン等を生じる可能性をさらに低減することができる。

［付記］
各実施形態に記載のタービン静翼、及びタービン静翼組立体は、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静翼２１は、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるとともに、該流れ方向の上流側を向く腹面２１Ｐ、及び下流側を向く背面２１Ｑを有し、少なくとも前記腹面２１Ｐには、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝Ｒ１，Ｒ２が複数形成され、前記腹面２１Ｐにおける前記溝Ｒ１，Ｒ２の周囲には、該腹面２１Ｐに交差する深さ方向に凹むことで前記腹面２１Ｐよりも液膜許容量が大きい親水性凹凸領域Ｗが形成され、前記複数の溝Ｒ１，Ｒ２の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットＳに接続されている。

上記構成によれば、腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑに生じた液滴は、溝Ｒ１，Ｒ２に向かって集まることで液脈を形成する。この液脈は、蒸気の流れに曝されることで、溝Ｒ１，Ｒ２に沿って流れる。溝Ｒ１，Ｒ２を通過した液脈はその後、スリットＳによって捕捉され、外部に排出される。これにより、タービン静翼２１の表面（腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑ）で液滴や液膜が成長する可能性を低減することができる。
さらに、上記構成では、溝Ｒ１，Ｒ２の周囲に親水性凹凸領域Ｗが形成されている。これにより、当該領域における液膜の厚さを小さくすることができるとともに、流動抵抗を大きくすることができる。その結果、液膜が溝Ｒ１，Ｒ２を乗り越えて下流側に流れ去ってしまう可能性を低減することができる。言い換えれば、溝Ｒ１，Ｒ２によって液膜をさらに安定的に捕捉することが可能となる。

（２）第２の態様に係るタービン静翼２１では、前記スリットＳは、少なくとも前記腹面２１Ｐにおける下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットＳ１である。

上記構成によれば、中空スリットＳ１が少なくとも腹面２１Ｐにおける下流側の部分に形成されている。これにより、腹面２１Ｐで生じた液膜を溝Ｒ２によって案内した後、直ちに当該中空スリットＳ１によって捕捉することができる。その結果、液膜が下流側に飛散す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静翼２１は、複数の前記溝Ｒ１，Ｒ２を有する。

上記構成によれば、複数の溝Ｒ１，Ｒ２が形成されていることによって、より広い範囲で液滴を捕捉・案内することができる。

（４）第４の態様に係るタービン静翼組立体２０は、上記いずれか一の態様に係るタービン静翼２１と、該タービン静翼２１の前記径方向外側の端部に設けられた外周リング２４と、を備えるタービン静翼組立体２０であって、前記外周リング２４の内周面２４Ｂには、前記溝Ｒ１に接続されるとともに、該内周面２４Ｂに沿って下流側に向かって延びるリング溝Ｒ３が形成されている。

上記構成によれば、腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑに生じた液滴は、溝Ｒ１に向かって集まることで液脈を形成する。この液脈は、蒸気の流れに曝されることで、溝Ｒ１に沿って流れる。溝Ｒ１を通過した液脈はその後リング溝Ｒ３に流れ込む。リング溝Ｒ３に流れ込んだ液脈は、スリットＳに捕捉されて外部に排出される。これにより、タービン静翼２１の表面（腹面２１Ｐ又は背面２１Ｑ）で液滴や液膜が成長する可能性を低減することができる。

（５）第５の態様に係るタービン静翼組立体２０では、前記リング溝Ｒ３の始点は前記腹面２１Ｐにおける前縁２１Ｆ側に偏った位置に設けられている。

上記構成によれば、腹面２１Ｐにおける前縁２１Ｆ側に偏った位置から液脈を早期にリング溝Ｒ３に導くことができる。

（６）第６の態様に係るタービン静翼組立体２０は、前記タービン静翼２１と前記内周面２４Ｂとを接続するとともに、該タービン静翼２１側から該内周面２４Ｂ側に向かうに従って湾曲しているフィレット部Ｆをさらに有し、前記リング溝Ｒ３は、該フィレット部Ｆよりも前記内周面２４Ｂ側に形成されている。

上記構成によれば、リング溝Ｒ３がフィレット部Ｆよりも内周面２４Ｂ側に形成されている。つまり、当該フィレット部Ｆの形状を変更することなく、リング溝Ｒ３を形成することができる。これにより、フィレット部Ｆの強度低下を抑えつつ、液脈を安定的に案内することができる。

（７）第７の態様に係るタービン静翼２１では、前記スリットＳは、少なくとも前記腹面２１Ｐにおける下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットＳ１である。

（８）第８の態様に係るタービン静翼組立体２０は、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるとともに、該流れ方向の上流側を向く腹面２１Ｐ、及び下流側を向く背面２１Ｑを有するタービン静翼２１と、該タービン静翼２１の前記径方向外側の端部に設けられた外周リング２４と、を備えるタービン静翼組立体２０であって、少なくとも前記腹面２１Ｐには、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝Ｒ１が複数形成され、前記外周リング２４の内周面２４Ｂには、前記溝Ｒ１に接続されるとともに、該内周面２４Ｂに沿って下流側に向かって延びるリング溝Ｒ３が形成され、前記複数の溝Ｒ１の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットＳに接続されている。

（９）第９の態様に係るタービン静翼組立体２０では、前記リング溝Ｒ３の始点は前記腹面２１Ｐにおける前縁２１Ｆ側に偏った位置に設けられている。

（１０）第１０の態様に係るタービン静翼組立体２０は、前記タービン静翼２１と前記内周面２４Ｂとを接続するとともに、該タービン静翼２１側から該内周面２４Ｂ側に向かうに従って湾曲しているフィレット部Ｆをさらに有し、前記リング溝Ｒ３は、該フィレット部Ｆよりも前記内周面２４Ｂ側に形成されている。

（１１）第１１の態様に係るタービン静翼組立体２０では、前記スリットＳは、少なくとも前記腹面２１Ｐにおける下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットＳ１である。

（１２）第１２の態様に係るタービン静翼組立体２０では、前記外周リング２４の内周面における下流側の端部を含む部分は、上流側から下流側に向かうに従って前記径方向外側に向かって湾曲している。

上記構成によれば、径方向外側に向かって湾曲しているリング内周面２４Ｂに沿って液滴を円滑に案内し、スリットＳとしての隙間Ｓ２に到達させることができる。また、液滴が湾曲部から飛散してスリットＳ２に捕捉されなかった場合も、車室に対して高周速で回転しているタービン動翼３１の先端側ではなく、静止部材であるシュラウド上流面３４Ａに液滴が衝突するため、タービン動翼３１にエロージョン等を生じる可能性を低減することができる。

（１３）第１３の態様に係るタービン静翼組立体２０では、軸線Ｏを含む断面視で、前記外周リング２４の内周面（リング内周面２４Ｂ）を下流側に延長した延長線Ｌが、下流側に位置するタービン動翼３１と前記径方向から対向するシュラウド上流面３４Ａと交差している。

上記構成によれば、リング溝Ｒ３から液滴の一部がスリットＳ２に捕捉されずにリング内周面２４Ｂからタービン動翼３１側に飛散した場合であっても、タービン動翼３１ではなく、シュラウド上流面３４Ａに衝突するため、タービン動翼３１にエロージョン等を生じる可能性をさらに低減することができる。

（１４）第１４の態様に係る蒸気タービン１００は、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるタービン静翼２１と、前記流れ方向における前記タービン静翼２１の下流側に隙間Ｓ２をあけて配置されたタービン動翼３１と、前記タービン静翼２１、及び前記タービン動翼３１を外周側から覆うタービンケーシング２と、を備え、前記タービン静翼２１は、前記流れ方向の上流側を向く腹面２１Ｐ、及び下流側を向く背面２１Ｑを有し、少なくとも前記腹面２１Ｐには、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝Ｒ１，Ｒ２が複数形成され、前記腹面２１Ｐにおける前記溝Ｒ１，Ｒ２の周囲には、該腹面２１Ｐよりも高い親水性を有する親水性凹凸領域Ｗが形成され、前記複数の溝Ｒ１，Ｒ２の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットＳとしての前記隙間Ｓ２に接続されている。

上記構成によれば、腹面２１Ｐで生じた液膜を溝Ｒ１によって案内した後、直ちに当該隙間Ｓ２によって捕捉することができる。隙間Ｓ２は、タービン静翼２１とタービン動翼３０との間の間隙であることから、例えば腹面２１Ｐのみにスリット等を形成した場合に比べて、より多くの液脈を捕捉することができる。これにより、液膜が下流側に飛散する可能性をさらに低減することができる。

（１５）第１５の態様に係る蒸気タービン１００では、前記タービン静翼２１は、少なくとも前記腹面２１Ｐにおける下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットＳ１をさらに有する。

１００蒸気タービン
１蒸気タービンロータ
２蒸気タービンケーシング
３回転軸
４Ａジャーナル軸受
４Ｂスラスト軸受
１１軸端
１２蒸気供給管
１３蒸気排出管
２０静翼
２１静翼本体
２１Ｆ前縁
２１Ｐ腹面
２１Ｑ背面
２１Ｒ後縁
２２静翼シュラウド
２４外周リング
２４Ａリング上流面
２４Ｂリング内周面
２４Ｃリング下流面
３０動翼
３１動翼本体
３２プラットフォーム
３４動翼シュラウド
３４Ａシュラウド上流面
３４Ｂシュラウド内周面
３４Ｃシュラウド下流面
Ｆフィレット部
Ｏ軸線
Ｒ１，Ｒ２溝
Ｒ３リング溝
Ｓスリット
Ｓ１中空スリット
Ｓ２隙間
Ｗ親水性凹凸領域

Claims

蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるとともに、該流れ方向の上流側を向く腹面、及び下流側を向く背面を有し、
少なくとも前記腹面には、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝が複数形成され、
前記腹面における前記溝の周囲には、該腹面よりも高い親水性を有する親水性凹凸領域が形成され、
前記複数の溝の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットに接続され、
前記溝は、前記親水性凹凸領域にまたがるようにして延び、かつ前記溝の内面には親水性凹凸領域が形成されていないタービン静翼。
前記スリットは、少なくとも前記腹面における下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットである請求項１に記載のタービン静翼。
複数の前記溝を有する請求項１又は２に記載のタービン静翼。
請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン静翼と、
該タービン静翼の前記径方向外側の端部に設けられた外周リングと、
を備えるタービン翼組立体であって、
前記外周リングの内周面には、前記溝に接続されるとともに、該内周面に沿って下流側に向かって延びるリング溝が形成されているタービン静翼組立体。
前記リング溝の始点は前記腹面における前縁側に偏った位置に設けられている請求項４に記載のタービン静翼組立体。
前記タービン静翼と前記内周面とを接続するとともに、該タービン静翼側から該内周面側に向かうに従って湾曲しているフィレット部をさらに有し、
前記リング溝は、該フィレット部よりも前記内周面側に形成されている請求項４又は５に記載のタービン静翼組立体。
前記スリットは、少なくとも前記腹面における下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットである請求項４から６のいずれか一項に記載のタービン静翼組立体。
蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるとともに、該流れ方向の上流側を向く腹面、及び下流側を向く背面を有するタービン静翼と、
該タービン静翼の前記径方向外側の端部に設けられた外周リングと、
を備えるタービン静翼組立体であって、
少なくとも前記腹面には、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝が複数形成され、
前記外周リングの内周面には、前記溝に接続されるとともに、前記腹面の形状に沿うようにして該内周面に沿って下流側に向かって延びるリング溝が形成され、
前記複数の溝の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットに接続されているタービン静翼組立体。
前記リング溝の始点は前記腹面における前縁側に偏った位置に設けられている請求項８に記載のタービン静翼組立体。
前記タービン静翼と前記内周面とを接続するとともに、該タービン静翼側から該内周面側に向かうに従って湾曲しているフィレット部をさらに有し、
前記リング溝は、該フィレット部よりも前記内周面側に形成されている請求項８又は９に記載のタービン静翼組立体。
前記スリットは、少なくとも前記腹面における下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットである請求項８から１０のいずれか一項に記載のタービン静翼組立体。
前記外周リングの内周面における下流側の端部を含む部分は、上流側から下流側に向かうに従って前記径方向外側に向かって湾曲している請求項４から１１のいずれか一項に記載のタービン静翼組立体。
軸線を含む断面視で、前記外周リングの内周面を下流側に延長した延長線が、下流側に位置するタービン動翼と前記径方向から対向するシュラウド上流面と交差している請求項４から１２のいずれか一項に記載のタービン静翼組立体。
蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びるタービン静翼と、
前記流れ方向における前記タービン静翼の下流側に隙間をあけて配置されたタービン動翼と、
前記タービン静翼、及び前記タービン動翼を外周側から覆うタービンケーシングと、を備え、
前記タービン静翼は、前記流れ方向の上流側を向く腹面、及び下流側を向く背面を有し、
少なくとも前記腹面には、下流側に向かうに従って前記径方向の外側に延びる溝が複数形成され、
前記腹面における前記溝の周囲には、該腹面よりも高い親水性を有する親水性凹凸領域が形成され、
前記複数の溝の下流側の端部は、前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリットとしての前記隙間に接続され、
前記溝は、前記親水性凹凸領域にまたがるようにして延び、かつ前記溝の内面には親水性凹凸領域が形成されていない蒸気タービン。
前記タービン静翼は、少なくとも前記腹面における下流側に形成され、前記径方向に延びる中空スリットをさらに有する請求項１４に記載の蒸気タービン。