JP7429296B2 - タービン静翼、及び蒸気タービン - Google Patents

Description

本開示は、タービン静翼、及び蒸気タービンに関する。本願は、２０２０年８月１２日に出願された特願２０２０－１３６２４６号に対して優先権を主張し、その内容をここに援用する。

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翼列と、回転軸、及びタービン動翼翼列を外周側から覆うケーシングと、ケーシングの内周側で内輪と外輪とによって径方向から支持されている複数のタービン静翼翼列と、を備えている。各タービン動翼翼列は、回転軸の周方向に配列された複数の動翼を有しており、各タービン静翼翼列は、回転軸の周方向に配列された複数の静翼を有している。タービン動翼翼列は、タービン静翼翼列と軸線方向の下流側に隣接して配置されることで一つの段落を形成している。ケーシングの上流側には外部から蒸気を取り込む入口配管につながる吸入口が形成され、下流側には排気室が形成されている。ボイラで生成した蒸気は、いくつかの調整弁で圧力と温度が調整され、タービン入口弁で流量を調整されて、タービンへ流入する。入口配管から取り込まれた高温高圧の蒸気は、タービン静翼翼列で流れの方向と速度を調整された後、タービン動翼翼列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。特に、火力発電用の蒸気タービンは一般的に高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンで構成されている。低圧タービンの最も下流側から数えて２つの段落（タービン静翼翼列とタービン動翼翼列の対）では、気液二相流環境となっている。したがって、最も下流側の段落では、蒸気の一部が液化して微細な液滴（水滴）として気流中に存在しており、その液滴の一部はタービン静翼の表面に付着する。この液滴は、タービン静翼の表面上で上流側から下流側にかけて存在し、これら液滴が翼面上で集合することで成長して液膜となる。液膜は、常に高速の蒸気流に曝されている。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引きちぎられて、又は静翼に付着したままの液膜は静翼後縁から下流へ飛散して、粗大液滴として下流側へ飛散する。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いことから、蒸気流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、先端側に向かうほど大きくなり、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、タービン動翼の表面にエロージョン（侵食）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に記載された装置では、タービン静翼の表面に液膜を吸い込むための抽出口が形成されているとともに、この抽出口に向かってタービン静翼の前縁側から延びる親水性の除去面が形成されている。除去面は、上流側から下流側に向かうに従って幅（径方向の寸法）が次第に狭くなるように構成されている。言い換えると、幅が狭くなるにつれて、親水性の除去面の面積が小さくなっている。この除去面を伝って液膜が移動した後、抽出口によってこれを吸い取ることができるとされている。

特開２０１７－１０６４５１号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、除去面の幅が下流側に向かうに従って狭くなっている場合、当該除去面の下流側に向かうほど液膜が狭い領域に集約され、その厚さが増してしまう。また、除去面内で複数の液滴の流れ（液脈）が形成されている場合には、これら複数の液脈が下流側に向かうに従って集中することで互いに結合し、液膜の厚さが増してしまう。このように抽出口より上流側の液膜の厚さが増すと、蒸気流によってさらに引きちぎられやすくなり、再び液滴が下流側に飛散する虞がある。また、液膜が厚くなると抽出口に吸い込まれ難くなり、抽出口に吸い込まれなかった液膜は抽出口より下流側の静翼後縁に到達して静翼後縁に溜まる液膜の厚さが増すことになる。その結果、下流へ飛散する液滴の径が大きくなるとともに、液滴量も増える虞がある。即ち、上記特許文献１に係る装置には、依然として改良の余地がある。

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て、液膜をより効率的に回収しやすくすることが可能なタービン静翼、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静翼本体と、該静翼本体の表面に形成され、他の部分よりも相対的に高い親水性を有するとともに、前記流れ方向の下流側に向かうに従って径方向の寸法が次第に拡大する親水性領域と、前記静翼本体の表面における前記親水性領域に径方向につらなる部分に形成され、前記親水性領域に比べて相対的に高い撥水性を有する撥水性領域と、該親水性領域の下流側に設けられ、該親水性領域に沿って流れる液膜を回収する回収部と、を備える。

本開示によれば、液膜の成長をより一層低減して、液膜をより効率的に回収しやすくすることが可能なタービン静翼、及び蒸気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模式図である。 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。 本開示の第二実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本開示の第三実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本開示の第四実施形態に係る蒸気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蒸気タービン１（特に、低圧蒸気タービン）、及び静翼１０（タービン静翼）について、図１と図２を参照して説明する。図１に示すように、蒸気タービン１は、ロータ２と、ケーシング３と、を備えている。

ロータ２は、軸線Ａｃに沿って延びる円形断面の回転軸６と、この回転軸６の外周面に設けられた複数の動翼翼列７と、を有している。回転軸６は、軸線Ａｃ回りに回転可能である。複数の動翼翼列７は、軸線Ａｃ方向に間隔をあけて配列されている。各動翼翼列７は、軸線Ａｃの周方向に配列された複数の動翼８を有している。動翼８は、回転軸６の外周面から径方向外側に向かって延びている。動翼８の詳細な構成については後述する。

ケーシング３は、上記のロータ２を外周側から覆うケーシング本体３Ｈと、このケーシング本体３Ｈの内周側に設けられた外輪２１（後述）と内輪２３（後述）によって外周側と内周側から支持されている複数の静翼翼列９と、を有している。ケーシング本体３Ｈは、軸線Ａｃを中心とする筒状をなしている。複数の静翼翼列９は、軸線Ａｃ方向に間隔をあけて配列されている。蒸気タービン１は静翼翼列９と同数の動翼翼列７を備え、軸線Ａｃ方向に隣接する一対の静翼翼列９同士の間には、１つの動翼翼列７が位置している。つまり、動翼翼列７と静翼翼列９は、軸線Ａｃ方向に交互に配列されている。１つの静翼翼列９と１つの動翼翼列７は、１つの「段落」を形成している。各静翼翼列９は、軸線Ａｃの周方向に配列された複数の静翼１０を有している。静翼１０は、軸線Ａｃに対する径方向に向かって延びている。

ケーシング本体３Ｈにおける軸線Ａｃ方向一方側には、入口配管から導かれた高温高圧の蒸気をケーシング本体３Ｈの段落内に取り込むための蒸気流路１１が形成されている。ケーシング本体３Ｈにおける軸線Ａｃ方向他方側には、蒸気の圧力回復を担う排気室１２が設けられる。

蒸気流路１１に流れこんだ蒸気は、ケーシング本体３Ｈ内の段落を流れた後、排気室１２を通過して復水器（図示せず）へ送られる。以降の説明では、排気室１２から見て、蒸気流路１１が位置する側を蒸気の流れ方向における上流側と呼ぶ。蒸気流路１１から見て、排気室１２が位置する側を下流側と呼ぶ。

（動翼の構成）
図２に示すように、動翼８は、プラットフォーム８１と、動翼本体８２と、シュラウド８３と、を有している。プラットフォーム８１は、回転軸６の外周面（回転軸外周面６Ａ）に設置される。プラットフォーム８１の外周側には、動翼本体８２が設けられている。動翼本体８２は、径方向に延びるとともに、径方向から見て翼型の断面形状を有している。動翼本体８２は、一例として径方向内側から外側に向かうに従って軸線Ａｃ方向の寸法が次第に減少するように形成されている。動翼本体８２の径方向外側の端部にはシュラウド８３が設けられている。シュラウド８３は、軸線Ａｃ方向を長手方向とする略矩形の断面形状を有している。シュラウド８３の外周面は、ケーシング本体３Ｈの内周面（ケーシング内周面３Ａ）に対して径方向に間隔をあけて対向している。

（静翼の構成）
静翼１０は、外輪２１と、静翼本体２２と、内輪２３とを有している。また、静翼本体２２は、撥水性領域３０と、親水性領域４０と、スリットＳと、を有している。外輪２１は、軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。外輪２１は、ケーシング本体３Ｈに対して支持部材（図示せず）を介して支持されている。静翼本体２２は、外輪２１と内輪２３の間に固設されている。静翼本体２２は、外輪内周面２１Ａから径方向内側に向かって延びるとともに、径方向から見て翼型の断面形状を有している。つまり、静翼本体２２は、蒸気の流れ方向に交差する方向に延びている。静翼本体２２は、一例として径方向外側から内側に向かうに従って、軸線Ａｃ方向の寸法が次第に減少している。静翼本体２２の径方向内側の端部には、内輪２３が設けられている。内輪２３は、軸線Ａｃ方向を長手方向とする略矩形の断面形状を有している。内輪２３の内周面は、回転軸外周面６Ａに対して径方向に間隔をあけて対向している。

静翼本体２２の表面（より具体的には、静翼本体２２の厚さ方向の両面のうち、上流側を向く面：腹面）には、撥水性領域３０と、親水性領域４０と、スリットＳとが形成されている。一例として、撥水性領域３０は、静翼本体２２の外周側の端部から径方向における１／２から２／３程度の領域にかけて形成されていることが望ましい。撥水性領域３０は、静翼本体２２の上流側の端縁（前縁Ｌｅ）から、下流側の端縁（後縁Ｔｅ）までの全域にわたって形成されている。

撥水性領域３０は、静翼本体２２の表面における親水性領域４０（後述）に比べて高い撥水性を有する。例えば静翼本体２２の表面に撥水性の向上する微細加工を施したり、撥水性のシートを貼付したりすることによって、撥水性領域３０を形成する。このように撥水性領域３０を形成すれば、付着した液滴の接触角を９０°以上にすることができる。なお、撥水性領域３０は、少なくとも親水性領域４０との間で親水性の差異が生じていれば足りる。このため、親水性領域４０のみを静翼本体２２の表面に形成し、撥水性領域３０を形成しない構成を採ることも可能である。

上記の撥水性領域３０における後縁Ｔｅ側には、後述する親水性領域４０に沿って流れてきた液膜を回収する回収部ＣとしてのスリットＳが形成されている。スリットＳは、後縁Ｔｅに沿って延びている。スリットＳは、静翼本体２２の内部に連通する１つ以上の長孔である。つまり、この静翼本体２２は中空とされている。静翼本体２２の内部空間は、図示しない装置によって負圧状態とされることが望ましい。

静翼本体２２の前縁ＬｅからスリットＳにかけての部分には、複数（一例として４つ）の親水性領域４０が形成されている。親水性領域４０は、上記の撥水性領域３０や、撥水性領域３０以外の領域に比べて、相対的に高い親水性を有している。つまり、親水性領域では、付着した液滴の接触角が、撥水性領域に付着した液滴の接触角より小さい状態となる。これにより、液滴は親水性領域４０の表面になじむように広がり、薄い液膜の状態で保持される。

本実施形態では、複数の親水性領域４０が、径方向に配列されている。また、それぞれの親水性領域４０は、上流側（前縁Ｌｅ側）から下流側（スリットＳ側）に向かうに従って、幅（つまり、径方向の寸法）が次第に拡大している。なお、図２の例では、この親水性領域４０の幅の拡大率は一定である。つまり、同図は、親水性領域４０の径方向外側の端縁と内側の端縁とがいずれも直線状に延びている例を示している。しかしながら、設計や仕様に応じて、親水性領域４０の幅の拡大率が、下流側に向かうに従って次第に増加、又は減少する構成を採ることも可能である。

スリットＳの上流側の端縁では、複数の親水性領域４０が互いに連続している。言い換えれば、スリットＳの上流側の端縁は、全域にわたって親水性領域４０に接続されている。さらに言い換えれば、スリットＳの上流側の端縁は、撥水性領域３０に接していない。

（作用効果）
続いて、本実施形態に係る蒸気タービン１の動作、及び静翼１０における液滴の挙動について説明する。蒸気タービン１を運転するに当たっては、まず蒸気流路１１を通じてケーシング本体３Ｈの内部に高温高圧の蒸気を導入する。蒸気は、ケーシング本体３Ｈの内部を下流側に向かって流通する中途で、上述の静翼翼列９、及び動翼翼列７を交互に通過する。静翼翼列９は、蒸気の流れを整流して、下流側に隣接する動翼翼列７に流入する。動翼翼列７に蒸気が作用することによって、当該動翼翼列７を通じて回転軸６にトルクが与えられる。このトルクによって、ロータ２が軸線Ａｃ回りに回転する。ロータ２の回転エネルギーは、軸端から取り出されて、発電機（不図示）の駆動等に用いられる。

ここで、タービンの主流路内の段落を通過する蒸気は、上流側から下流側に向かうにつれて段落を通過する度にエネルギーが回転エネルギーに変換され、温度（と圧力）が低下する。したがって、最も下流側の静翼翼列９では、蒸気の一部が液化して微細な液滴として気流中に存在しており、その液滴の一部は静翼１０（静翼本体２２）の表面に付着する。この液滴が成長して液膜となる。さらに、液滴が増え続けることによって、液膜が下流に流れていくに伴い厚みが増すと、その一部が蒸気流によって引きちぎられて、又は、静翼翼列９に付着したままの液膜は静翼後縁から粗大液滴として飛散する。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。粗大液滴が下流側の動翼８に衝突すると、当該動翼８の表面にエロージョン（侵食）を発生させることがある。また、液滴の衝突によって動翼８（ロータ２）の回転が阻害され、制動損失が生じることもある。

そこで、本実施形態では、上述のように静翼本体２２の表面に親水性領域４０が形成されている。静翼本体２２に付着した液滴は、親水性領域４０になじむように薄く広がり、液膜となる。親水性領域４０と他の部分との境界では親水性の差異があることから、液膜は親水性領域４０の内側に保持される。この液膜は、蒸気の流れに乗って親水性領域４０を下流側に流れる。

ここで、当該親水性領域４０は下流側に向かうに従って径方向の寸法が次第に拡大している。このため、液膜は下流側に流れるに従って親水性領域４０内でその面積が拡大し、より薄い液膜となる。これにより、液膜が厚いまま維持されてしまう場合に比べて、液膜表面がより安定的な状態になる。このため、液膜表面に波が立ちにくくなり、当該蒸気流によって液膜が引きちぎられる可能性が低減される。その結果、液膜は、親水性領域４０に沿って下流側に流れ、回収部ＣとしてのスリットＳによって回収されやすくなる。これにより、スリットＳの上流側で蒸気流によって引きちぎられる粗大液滴と、スリットＳを飛び超えて静翼本体２２の後縁から飛散する粗大液滴の発生とが抑えられる。そのため、静翼１０の下流側に位置する動翼８に液滴が飛散する可能性を低減することができる。一方で、液膜が厚いために当該液膜が蒸気によって引きちぎられた場合、粗大液滴として下流側に飛散し、又は、静翼翼列９に付着したままの液膜は静翼後縁から粗大液滴として飛散し、動翼８に衝突することでエロージョンを生じてしまう虞がある。上記構成によれば、このようなエロージョン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、複数の親水性領域４０が径方向に複数配列されている。これにより、径方向のより広い範囲で液滴を親水性領域４０に導くことができる。また、一般的に蒸気タービン１は定格条件で継続的に運転されることから、静翼本体２２の表面で液膜が形成される領域、経路はほぼ定常的で、液膜は径方向内側よりも外側(主に静翼本体２２の外周側の端部から径方向における１／２から２／３程度の領域にかけて)に形成される傾向がある。例えばこのような領域や経路を予め特定した上で、複数の親水性領域４０を当該経路に沿って形成すれば、親水性領域４０の面積を最小限に抑えることができる。すなわち、撥水性領域３０よりも静翼本体２２の内周側の表面の撥水性が高くても構わないが、過剰な加工コストが発生するため撥水性領域３０は前述のように親水性領域４０の形成される外周側のみに形成することが望ましい。このように、静翼本体２２の全体に親水性領域４０を形成した場合に比べて、製造コストやメンテナンスコストを削減することができる。

加えて、上記構成によれば、親水性領域４０が静翼本体２２の前縁Ｌｅから回収部ＣとしてのスリットＳにかけて延びている。これにより、静翼本体２２の前縁Ｌｅから回収部Ｃまでの全域にわたって親水性領域４０によって安定的に液膜を案内し、当該液膜を回収することができる。

また、上記構成によれば、回収部ＣとしてのスリットＳが静翼本体２２の後縁Ｔｅ側に形成されている。このスリットＳにより、液膜をより安定的に捕捉・回収することが可能となる。

さらに、上記構成によれば、スリットＳの上流側の端縁では、複数の親水性領域４０が互いに連続している。言い換えれば、当該端縁は全域にわたって親水性領域４０に接続されている。これにより、例えば当該端縁の一部分が親水性領域４０と接続されていない場合に比べて、回収部Ｃに導ける液膜の量を増やすことができ、より効率的かつ安定的に当該液膜を捕捉・回収することができる。

さらに加えて、上記構成によれば、親水性領域４０に径方向につらなる部分が撥水性領域３０とされている。これにより、親水性領域４０と撥水性領域３０との境界における親水性の差異をより大きくすることができる。その結果、親水性領域４０に付着している液膜が、上記の境界を乗り越えて撥水性領域３０側に移動する可能性を低減することができる。つまり、液膜が親水性領域４０の内側で保持されやすくなる。その結果、液膜が親水性領域４０から逸脱してしまう可能性がより一層低減され、回収部ＣとしてのスリットＳに当該液膜をより円滑に導くことが可能となる。

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。例えば、第一実施形態では、複数（４つ）の親水性領域４０が径方向に配列されている構成について説明した。しかしながら、親水性領域４０の構成はこれに限定されず、他の例として図３に示す構成を採ることも可能である。同図の例では、１つのみの親水性領域４０ｂが前縁ＬｅからスリットＳにかけて形成されている。また、この親水性領域４０ｂも、上流側から下流側に向かうに従って幅（径方向の寸法）が次第に拡大している。このような構成によっても上記と同様の作用効果を得ることが可能である。

＜第二実施形態＞
次に、本開示の第二実施形態について、図４を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態、及びその変形例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、各親水性領域４０内に、分離帯５０が形成されている。

分離帯５０は、上述の撥水性領域３０と同様に撥水性を有する。分離帯５０は、親水性領域４０における前縁Ｌｅ側よりも下流側の位置から下流側に向かって三角形状に延びている。より具体的には、分離帯５０は、前縁Ｌｅ側からスリットＳ側に向かうに従って径方向の寸法が次第に拡大している。これにより、親水性領域４０は、径方向に複数（２つ）の領域に区画され、上流側から下流側に向かって帯状に延びる一対の領域を形成する。これら一対の領域は、上流側から下流側に向かうに従って、互いに径方向両側に離間するように延びている。

上記構成によれば、親水性領域４０内に分離帯５０が形成されている。この分離帯５０の形状や寸法を、実際の蒸気タービン１における液膜の挙動に合わせて適宜調節することで、親水性領域４０内の液膜の進行方向をさらに精緻にコントロールすることができる。言い換えれば、分離帯５０が形成されていることで、親水性領域４０の幅（径方向の寸法）が相対的に小さくなり、かつ上下流方向の長さが相対的に大きくなる。これにより、上流側から下流側に向かって液膜が案内される際に、液膜の流れが径方向に逸脱してしまう可能性が低減され、より安定的に下流側の回収部Ｃに液滴を導くことが可能となる。これにより、液膜が成長して下流側の動翼８に向かって飛散してしまう可能性をさらに低減することができる。

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。例えば、上記第二実施形態では、１つの親水性領域４０内に１つのみの分離帯５０が形成されている例について説明した。しかしながら、分離帯５０の態様はこれに限定されず、他の例として２つ以上の分離帯５０を各親水性領域４０に形成することも可能である。

＜第三実施形態＞
続いて、本開示の第三実施形態について、図５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、親水性領域４０ｃの形状が上記の各実施形態と異なっている。さらに、本実施形態では、静翼本体２２にスリットＳが形成されていない。

親水性領域４０ｃは、静翼本体２２の前縁Ｌｅから外輪２１の内周面（外輪内周面２１Ａ）に向かって延びている。つまり、親水性領域４０ｃ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ている。外輪内周面２１Ａは、親水性領域４０ｃに沿って流れてきた液膜を回収する回収部Ｃを形成する。親水性領域４０ｃでは、下流側（外輪内周面２１Ａ側）に向かうに従って、幅（径方向の寸法）が次第に拡大している。このような親水性領域４０ｃが、径方向に間隔をあけて複数（一例として３つ）形成されている。

上記構成によれば、外輪内周面２１Ａが回収部Ｃとして機能する。つまり、静翼本体２２に付着した液滴は、親水性領域４０ｃで液膜となった後、外周側に向かい、外輪内周面２１Ａに流れる。これにより、蒸気の流れ方向（主流方向）の下流側に向かう液膜の流れが低減され、下流側の動翼８に液滴が飛散する可能性をさらに低減することができる。これにより、動翼８におけるエロージョンの発生を抑制することができる。

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＞
次に、本開示の第四実施形態について、図６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、親水性領域４０ｄが、上記の第三実施形態で説明した親水性領域４０ｃと同様の構成を有する第一領域Ａ１と、この第一領域Ａ１の内周側に形成された第二領域Ａ２と、を有している。

第一領域Ａ１は、前縁Ｌｅから外輪内周面２１Ａに向かって延びている。一方で、第二領域Ａ２は、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側に延びている。第二領域Ａ２は、径方向に間隔をあけて複数（一例として３つ）配列されている。また、第二領域Ａ２の上流側の端部は、第一領域Ａ１の延在方向（軸線Ａｃ方向成分を含む方向）における中途に位置している。第二領域Ａ２の下流側の端部は、後縁Ｔｅに位置している。

上記構成によれば、第一領域Ａ１によって液膜の大部分を外輪２１に向かって案内することができるとともに、当該第一領域Ａ１によって捕捉しきれなかった液滴の成分や、第一領域Ａ１から逸脱した成分を、第二領域Ａ２によって捕捉することができる。第二領域Ａ２は、下流側に向かうに従って径方向内側に延びている。これにより、静翼本体２２の径方向中央部に液滴や液膜が留まる可能性が低減される。また、たとえ第二領域Ａ２の液膜が引きちぎられて粗大液滴が生じた場合であっても、下流側の動翼８における内周側の部分に向かって飛散させることができる。動翼８の内周側では外周側の端部に比べて周速が低いことから、粗大液滴との相対速度が低く抑えられる。その結果、粗大液滴が衝突した場合であっても、エロージョンが生じる可能性を最低限に抑えることが可能となる。

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。

＜付記＞
各実施形態に記載のタービン静翼（静翼１０）、及び蒸気タービン１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（静翼１０）は、蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びる静翼本体２２と、該静翼本体２２の表面に形成され、他の部分よりも相対的に高い親水性を有するとともに、前記流れ方向の下流側に向かうに従って径方向の寸法が次第に拡大する親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄと、該親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの下流側に設けられ、該親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに沿って流れる液膜を回収する回収部Ｃと、を備える。

上記構成によれば、静翼本体２２の表面に親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが形成されている。これにより、静翼本体２２に付着した液滴は、親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄになじむように薄く広がり、液膜となる。親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄと他の部分との境界では親水性の差異があることから、液膜は親水性領域４０の内側に保持される。この液膜は、蒸気の流れに乗って親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを下流側に流れる。ここで、当該親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは下流側に向かうに従って径方向の寸法が次第に拡大している。このため、液膜は下流側に流れるに従って親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ内でその面積が拡大し、より薄い液膜となる。これにより、液膜が厚いまま維持されてしまう場合に比べて、蒸気の流れによって液膜が引きちぎられる可能性が低減される。その結果、液膜を回収部Ｃにより効率的に回収することが可能となり、タービン静翼の下流側に位置するタービン動翼（動翼８）に液滴が飛散する可能性を低減することができる。

（２）第２の態様に係るタービン静翼は、前記径方向に配列された複数の前記親水性領域４０，４０ｃ，４０ｄを有する。

上記構成によれば、複数の親水性領域４０，４０ｃ，４０ｄが径方向に複数配列されている。これにより、径方向のより広い範囲で液滴を親水性領域４０，４０ｃ，４０ｄに導くことができる。また、一般的に蒸気タービン１は定格条件で継続的に運転されることから、静翼本体２２の表面で液膜が形成される領域、経路はほぼ定常的である。例えばこのような領域や経路を予め特定した上で、複数の親水性領域４０，４０ｃ，４０ｄを当該経路に沿って形成すれば、親水性領域４０，４０ｃ，４０ｄの面積を最小限に抑えることができる。これにより、静翼本体２２の全体に親水性領域４０，４０ｃ，４０ｄを形成した場合に比べて、製造コストやメンテナンスコストを削減することができる。

（３）第３の態様に係るタービン静翼では、前記親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ（又は親水性領域４０ｄの第一領域Ａ１）は、前記静翼本体２２の前縁Ｌｅから前記回収部Ｃにかけて延びている。

上記構成によれば、親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ（又は親水性領域４０ｄの第一領域Ａ１）が静翼本体２２の前縁Ｌｅから回収部Ｃにかけて延びている。これにより、静翼本体２２の前縁Ｌｅから回収部Ｃまでの全域にわたって親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ（又は親水性領域４０ｄの第一領域Ａ１）によって安定的に液膜を案内し、当該液膜をより効率的に回収することができる。

（４）第４の態様に係るタービン静翼は、前記親水性領域４０における前縁Ｌｅ側よりも下流側の位置から下流側に向かって延びることで、該親水性領域４０を複数に区画する分離帯５０をさらに有する。

上記構成によれば、親水性領域４０内に分離帯５０が形成されている。この分離帯５０の形状や寸法を適宜変えることで、親水性領域４０内における液膜の進行方向をさらに精緻にコントロールすることができる。言い換えれば、分離帯５０が形成されていることで、親水性領域４０の幅（径方向の寸法）が相対的に小さくなり、かつ上下流方向の長さが相対的に大きくなる。これにより、上流側から下流側に向かって液膜が案内される際に、径方向に逸脱してしまう可能性が低減され、より安定的に下流側の回収部Ｃに液滴を導くことが可能となる。

（５）第５の態様に係るタービン静翼では、前記回収部Ｃは、前記静翼本体２２の後縁Ｔｅ側に形成され、該後縁Ｔｅに沿って延びるとともに該静翼本体２２の内部に連通するスリットＳである。

上記構成によれば、回収部ＣとしてのスリットＳが静翼本体２２の後縁Ｔｅ側に形成されている。このスリットＳにより、液膜をより安定的に捕捉・回収することが可能となる。

（６）第６の態様に係るタービン静翼は、前記径方向に配列された複数の前記親水性領域４０を有し、前記スリットＳの上流側の端縁では、前記複数の親水性領域４０が互いに連続している。

上記構成によれば、スリットＳの上流側の端縁では、複数の親水性領域４０が互いに連続している。言い換えれば、当該端縁は全域にわたって親水性領域４０に接続されている。これにより、例えば当該端縁の一部分が親水性領域４０と接続されていない場合に比べて、回収部Ｃに到達しない液膜が低減され、より効率的かつ安定的に当該液膜を捕捉・回収することができる。

（７）第７の態様に係るタービン静翼は、前記静翼本体２２の外周側に設けられた外輪２１をさらに備え、前記回収部Ｃは、前記外輪２１の内周面（外輪内周面２１Ａ）である。

上記構成によれば、外輪２１の内周面が回収部Ｃとして機能する。つまり、静翼本体２２に付着した液滴は、親水性領域４０ｃ（又は親水性領域４０ｄの第一領域Ａ１）で液膜となった後、外周側に向かい、外輪２１の内周面に流れる。これにより、蒸気の流れ方向（主流方向）の下流側に向かう液膜の流れが低減され、下流側のタービン動翼に液滴が飛散する可能性をさらに低減することができる。

（８）第８の態様に係るタービン静翼では、前記親水性領域４０ｃ（又は親水性領域４０ｄの第一領域Ａ１）は、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側に延びることで前記外輪２１の内周面に接続されている。

上記構成によれば、親水性領域４０ｃ（又は親水性領域４０ｄの第一領域Ａ１）に沿って、液膜を外輪２１の内周面に安定的かつ円滑に導くことができる。

（９）第９の態様に係るタービン静翼では、前記親水性領域４０ｄは、前記外輪２１の内周面に向かって延びる第一領域Ａ１と、該第一領域Ａ１の内周側に形成され、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側に延びる第二領域Ａ２と、を有する。

上記構成によれば、第一領域Ａ１によって液膜の大部分を外輪２１に向かって案内することができるとともに、当該第一領域Ａ１によって捕捉しきれなかった液滴の成分を第二領域Ａ２によって捕捉することができる。第二領域Ａ２は、下流側に向かうに従って径方向内側に延びている。これにより、静翼本体２２の径方向中央部に形成された液膜が留まる可能性が低減される。また、たとえ第二領域Ａ２の液膜に由来して後縁側で粗大液滴を生じた場合であっても、下流側のタービン動翼における内周側の部分に向かって飛散させることができる。タービン動翼の内周側では外周側の端部に比べて周速が低いことから、粗大液滴との相対速度が低く抑えられる。その結果、粗大液滴が衝突した場合であっても、エロージョンが生じる可能性を最低限に抑えることが可能となる。

（１０）第１０の態様に係るタービン静翼では、前記静翼本体２２の表面における少なくとも前記親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄにつらなる部分は、該親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに比べて相対的に高い撥水性を有する撥水性領域３０である。

上記構成によれば、親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄにつらなる部分が撥水性領域３０とされている。これにより、親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄと撥水性領域３０との境界における親水性の差異がより大きくなる。その結果、液膜は親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの内側で保持されやすくなり、当該液膜が親水性領域４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから逸脱してしまう可能性をより一層低減することができる。

（１１）第１１の態様に係る蒸気タービン１は、軸線Ａｃ回りに回転可能な回転軸６と、該回転軸６の外周面（回転軸外周面６Ａ）に前記軸線Ａｃ方向に対する周方向に配列された複数のタービン動翼（動翼８）と、前記回転軸６、及び前記タービン動翼を外周側から覆うケーシング本体３Ｈと、該ケーシング本体３Ｈの内周面に前記軸線Ａｃに対する周方向に配列されるとともに、前記タービン動翼と前記軸線Ａｃ方向に隣接して設けられた複数のタービン静翼（静翼１０）と、を備える。

上記構成によれば、液膜の成長が抑えられることで、粗大液滴による性能低下やエロージョン現象を低減することが可能となり、より高効率かつ高信頼性の蒸気タービン１を提供することができる。

本開示は、タービン静翼、及び蒸気タービンに関する。本開示によれば、液膜の成長をより一層低減して、液膜をより効率的に回収しやすくすることが可能なタービン静翼、及び蒸気タービンを提供することができる。

１ 蒸気タービン
２ ロータ
３ ケーシング
３Ａ ケーシング内周面
３Ｈ ケーシング本体
６ 回転軸
６Ａ 回転軸外周面
７ 動翼翼列
８ 動翼（タービン動翼）
９ 静翼翼列
１０ 静翼（タービン静翼）
１１ 蒸気流路
１２ 排気室
２１ 外輪
２１Ａ 外輪内周面
２２ 静翼本体
２３ 内輪
３０ 撥水性領域
４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ 親水性領域
５０ 分離帯
８１ プラットフォーム
８２ 動翼本体
８３ シュラウド
Ａ１ 第一領域
Ａ２ 第二領域
Ａｃ 軸線
Ｃ 回収部
Ｌｅ 前縁
Ｓ スリット
Ｔｅ 後縁

Claims (10)

1. 蒸気の流れ方向に交差する径方向に延びる静翼本体と、
   該静翼本体の表面に形成され、他の部分よりも相対的に高い親水性を有するとともに、前記流れ方向の下流側に向かうに従って径方向の寸法が次第に拡大する親水性領域と、
   前記静翼本体の表面における前記親水性領域に径方向につらなる部分に形成され、前記親水性領域に比べて相対的に高い撥水性を有する撥水性領域と、
   該親水性領域の下流側に設けられ、該親水性領域に沿って流れる液膜を回収する回収部と、
   を備えるタービン静翼。
2. 前記径方向に配列された複数の前記親水性領域を有する請求項１に記載のタービン静翼。
3. 前記親水性領域は、前記静翼本体の前縁から前記回収部にかけて延びている請求項１又は２に記載のタービン静翼。
4. 前記親水性領域における前縁側よりも下流側の位置から下流側に向かって延びることで、該親水性領域を複数に区画する分離帯をさらに有する請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン静翼。
5. 前記回収部は、前記静翼本体の後縁側に形成され、前記静翼本体の後縁に沿って延びるとともに該静翼本体の内部に連通するスリットである請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン静翼。
6. 前記径方向に配列された複数の前記親水性領域を有し、
   前記スリットの上流側の端縁では、前記複数の親水性領域が互いに連続している請求項５に記載のタービン静翼。
7. 前記静翼本体の外周側に設けられた外輪をさらに備え、
   前記回収部は、前記外輪の内周面である請求項１から６のいずれか一項に記載のタービン静翼。
8. 前記親水性領域は、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側に延びることで前記外輪の内周面に接続されている請求項７に記載のタービン静翼。
9. 前記親水性領域は、
   前記外輪の内周面に向かって延びる第一領域と、
   該第一領域の内周側に形成され、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側に延びる第二領域と、
   を有する請求項８に記載のタービン静翼。
10. 軸線の回りに回転可能な回転軸と、
    該回転軸の外周面に前記軸線方向に対する周方向に配列された複数のタービン動翼と、
    前記回転軸、及び前記タービン動翼を外周側から覆うケーシング本体と、
    該ケーシング本体の内周面に前記軸線に対する周方向に配列されるとともに、前記タービン動翼と前記軸線方向に隣接して設けられた複数の請求項１から９のいずれか一項に記載のタービン静翼と、
    を備える蒸気タービン。

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