JP7439285B2 - 蒸気タービン - Google Patents

Description

本開示は、蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、ケーシング内に複数列の圧縮段を有している。ケーシング内で複数列の圧縮段を経て上流側から下流側に向けて流れる蒸気は、下流側にいくにしたがって膨張するのにともなって、圧力及び温度が低下する。特に最終列の圧縮段付近では、蒸気の湿度が高まり、蒸気中の水分が液滴化することがある。蒸気の湿度上昇は、蒸気タービンの効率低下に繋がる。また、蒸気中の水分が液滴化すると、静翼から飛散した液滴によって最終列の動翼が腐食する、いわゆるエロージョンに繋がることがある。

これに対し、例えば特許文献１には、ケーシングに設けられたダイアフラム外輪の内周面に、ダイアフラム外輪の内周面から液滴（水滴または水膜）を回収する吸込み部を備える構成が開示されている。この構成において、吸込み部は、静翼の背側から隣接する静翼の腹側に向かって、ダイアフラム外輪に形成された中空部に連通している。このような構成によれば、最終列の静翼列の静翼の翼面や、ダイアフラム外輪の内壁面に付着した液滴を吸込み部で吸い込むことによって、液滴が後流側の動翼先端に到達するのを抑え、エロージョンの低減を図ろうとしている。

特開２０１９－３５３８４号公報

しかしながら、エロージョンの発生を、より有効に抑えることが、常に望まれている。
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、エロージョンの発生を、より有効に抑えることができる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、本開示に係る蒸気タービンは、軸線を中心として回転するロータ軸と、前記ロータ軸の径方向の外側に固定され、前記軸線に沿った軸方向に間隔をあけて配置された複数列の動翼列と、前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆うように配置されたケーシングと、前記ケーシングの前記径方向の内側に固定され、前記軸方向に間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列の各列に対して前記軸方向の第一側に配置された静翼列と、を備え、前記静翼列は、周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向に延びる静翼と、環状で、複数の前記静翼の前記径方向の外側に配置された外側リングと、環状で、複数の前記静翼の前記径方向の内側に配置された内側リングと、前記外側リングで前記径方向の内側を向くリング内周面に形成され、周方向で隣り合う前記静翼同士の間で、径方向の外側に窪む凹部と、前記凹部内に開口し、前記凹部内に溜まった液滴を外部に排出する排出部と、を備える。

本開示の蒸気タービンによれば、エロージョンの発生を、より有効に抑えることが可能となる。

本開示の実施形態における蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。 本開示の第１実施形態における蒸気タービンの最終列の静翼列及び動翼列を示す断面図である。 本開示の第１実施形態における最終列の静翼列の一部を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態における最終列の静翼列を構成する静翼の断面形状を示す図である。 本開示の第１実施形態における最終列の静翼列を軸方向から見た断面図であり、図２のＡ－Ａ矢視断面図である。 本開示の第１実施形態における最終列の静翼列の外側リングを、径方向の内側から見た図であり、図２のＢ－Ｂ矢視図である。 本開示の第２実施形態における最終列の静翼列の外側リングを、径方向の内側から見た図である。 本開示の第２実施形態における最終列の静翼列を軸方向から見た断面図である。 本開示の第２実施形態の変形例における最終列の静翼列を軸方向から見た断面図である。 本開示の第３実施形態における最終列の静翼列の外側リングを、径方向の内側から見た図である。

＜第一実施形態＞
（蒸気タービンの構成）
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン１Ａは、軸線Ｏを中心として回転するロータ２０と、ケーシング１０と、を有している。
なお、以下の説明の都合上、軸線Ｏが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸線Ｏを基準とした後述する軸芯部２２における径方向を単に径方向Ｄｒ、軸線Ｏを中心とした軸芯部２２の周方向を単に周方向Ｄｃとする。

（ロータの構成）
ロータ２０は、ロータ軸２１と、動翼列３１と、を有している。
ロータ軸２１は、軸線Ｏを中心として回転可能に配置されている。ロータ軸２１は、軸芯部２２と、複数のディスク部２３と、を有している。軸芯部２２は、軸線Ｏを中心として円柱状を成し、軸方向Ｄａに延びている。複数のディスク部２３は、軸方向Ｄａに互いに間隔をあけて配置されている。各ディスク部２３は、軸芯部２２から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広がるように配置されている。

（動翼列の構成）
動翼列３１は、ロータ軸２１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに固定されている。動翼列３１は、ロータ軸２１の外周部分であるディスク部２３の外周に取り付けられている。動翼列３１は、ロータ軸２１の軸方向Ｄａに沿って間隔をあけて複数列が配置されている。本実施形態の場合、動翼列３１は、例えば四列配置されている。よって、本実施形態の場合、動翼列３１として、第一段から第四段の動翼列３１が配置されている。

図２に示すように、各列の動翼列３１は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の動翼３２と、シュラウド３４と、プラットフォーム３５と、を有している。各動翼３２は、径方向Ｄｒに延びている。シュラウド３４は、動翼３２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。プラットフォーム３５は、動翼３２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。蒸気Ｓは、動翼３２においてシュラウド３４とプラットフォーム３５との間の環状の空間を流れる。

（ケーシングの構成）
図１に示すように、ケーシング１０は、ロータ２０を覆うように形成されている。ケーシング１０の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉには、静翼列４１が固定されている。静翼列４１は、軸方向Ｄａに沿って間隔を空けて複数配置されている。本実施形態では、静翼列４１の列数は、動翼列３１と同じ四列が配置されている。各静翼列４１は、複数列の動翼列３１の各列に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに隣接して配置されている。軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕは、ケーシング１０内における蒸気Ｓの流れ方向上流側である。すなわち、蒸気Ｓは、ケーシング１０内を軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄ側に流れていく。

（静翼列の構成）
図２、図３に示すように、静翼列４１は、静翼４２と、外側リング４３と、内側リング４４と、を主に有している。静翼４２は、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置されている。外側リング４３は、環状で、複数の静翼４２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。内側リング４４は、環状で、複数の静翼４２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。蒸気Ｓは、外側リング４３と内側リング４４との間の環状の空間を流れる。

（静翼の構成）
各静翼４２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの内側端４２ｓは、内側リング４４に固定されている。各静翼４２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの外側端４２ｔは、外側リング４３に固定されている。

図４に示すように、静翼４２は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの第一側縁部４８から軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄ側の第二側縁部４９に亘って、径方向Ｄｒ（図４の紙面に直交する方向）からの断面視で翼断面形状を有している。静翼４２は、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１を向く腹面４２ａと、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２を向く背面４２ｂと、を有している。静翼４２は、腹側部材４５と、背側部材４６と、から形成されている。腹側部材４５は、静翼４２の腹面４２ａを形成する。腹側部材４５は、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に窪むよう、凹状に湾曲形成されている。背側部材４６は、静翼４２の背面４２ｂを形成する。背側部材４６は、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に突出するよう、凸状に湾曲形成されている。腹側部材４５と背側部材４６は、それぞれ金属製の板状部材を、所定の形状に湾曲させたものである。静翼４２は、腹側部材４５と背側部材４６とを互いに組み合わせて溶接することで形成されている。これにより、静翼４２の内部、すなわち腹側部材４５と背側部材４６との間には、空洞部４７が形成されている。

図２に示すように、例えば、静翼４２の第二側縁部４９は、第二側凸部４９ａと、第二側凹部４９ｂと、翼端延出部４９ｃと、を有してもよい。

第二側凸部４９ａは、静翼４２の外側端４２ｔと内側端４２ｓとの中間位置４２ｍに対し、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成されている。第二側凸部４９ａは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出するように凸状に湾曲形成されている。より具体的には、第二側凸部４９ａは、内側端４２ｓ及び中間位置４２ｍよりも、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出するように、湾曲して形成されている。
例えば、中間位置４２ｍとは、第二側縁部４９における静翼４２の径方向Ｄｒ両端の中心であってもよい。

第二側凹部４９ｂは、中間位置４２ｍに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成されている。第二側凹部４９ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに湾曲して窪んで形成されている。第二側凹部４９ｂは、中間位置４２ｍ及び外側端４２ｔよりも、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに窪むように凹状に湾曲形成されている。

翼端延出部４９ｃは、第二側凹部４９ｂに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成されている。翼端延出部４９ｃは、第二側凹部４９ｂから軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出して延び、外側リング４３に接続されている。
これにより、第二側縁部４９は、周方向Ｄｃから見てＳ字形状とされている。

例えば、静翼４２の第一側縁部４８は、第一側凹部４８ａと、第一側凸部４８ｂと、を有してＳ字形状に形成されていてもよい。
例えば、第二側縁部４９は、静翼４２の外側端４２ｔから内側端４２ｓに亘るＳ字形状を有してもよい。

第一側凹部４８ａは、静翼４２の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成されている。第一側凹部４８ａは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに凹状に窪むように湾曲形成されている。

第一側凸部４８ｂは、第一側凹部４８ａに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成されている。第一側凸部４８ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに凸状に突出するように湾曲形成されている。

例えば、静翼４２は、連通孔５０を有してもよい。
連通孔５０は、径方向Ｄｒにおいて、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されている。
連通孔５０は、静翼４２の腹側部材４５の外表面と空洞部４７とを連通するように形成されている。
例えば、連通孔５０は、径方向Ｄｒに連続して延びるスリットであってもよい。
例えば、連通孔５０は、スリットに代えて、静翼４２の腹側部材４５の外表面と空洞部４７とを連通する一以上の孔であってもよい。
例えば、連通孔５０は、静翼４２の腹側部材４５の外表面のうち、径方向Ｄｒについて、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏにのみ形成されてもよい。
例えば、連通孔５０は、静翼４２の腹側部材４５の外表面のうち、第一側縁部４８より第二側縁部４９に近い位置にのみ形成されてもよい。

（外側リングの構成）
図５、図６に示すように、外側リング４３には、凹部６１と、凸部６２と、排出部７１と、が形成されている。

凹部６１は、外側リング４３において、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向くリング内周面４３ｆに形成されている。凹部６１は、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間に形成されている。凹部６１は、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２のうち、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に配置された静翼４２の背面４２ｂに近い側に形成されている。凹部６１は、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪むよう凹状に形成されている。
例えば、凹部６１は、軸方向Ｄａに延びてもよい。
例えば、凹部６１は、リング内周面４３ｆに沿う方向であって、静翼４２の背面４２ｂに沿う方向に延びてもよい。

凸部６２は、凹部６１に対し、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２のうち、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に配置された静翼４２の腹面４２ａに近い側に形成されている。凸部６２は、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに隆起するよう凸状に形成されている。
例えば、凸部６２は、軸方向Ｄａに延びてもよい。
例えば、凸部６２は、リング内周面４３ｆに沿う方向であって、静翼４２の腹面４２ａに沿う方向に延びてもよい。
この凸部６２は、例えば、外側リング４３のリング内周面４３ｆに、溶接肉盛りによって、容易に形成することができる。

排出部７１は、凹部６１内に形成されている。排出部７１は、凹部６１内に開口するスリット又は一以上の孔である。排出部７１を形成するスリットや孔は、蒸気タービン１Ａの外部に配置された復水器等に接続されている。排出部７１は、凹部６１内に流れこんだ液滴や、液滴によって形成される液膜（これらの液滴や液膜は、ドレンと称されることもある）を、外部の復水器等に排出する。

（作用効果）
上記したような蒸気タービン１Ａによれば、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間で、外側リング４３のリング内周面４３ｆに、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪む凹部６１が形成されている。これにより、ケーシング１０内を軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから流れてきて外側リング４３のリング内周面４３ｆに付着した、蒸気Ｓに含まれる液滴が、凹部６１内に捕集される。捕集された液滴は、排出部７１から外部に排出される。したがって、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの動翼列３１に到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。

上記したような蒸気タービン１Ａは、静翼列４１における蒸気Ｓの流れは、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａに当たる。このため、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２の間では、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａに近い側の圧力が高く、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に位置する静翼４２の背面４２ｂに近い側の圧力が低くなる。これに対し、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に配置された静翼４２の背面４２ｂに近い側に凹部６１を形成することによって、凹部６１が形成された部分では、内側リング４４と外側リング４３との間における蒸気Ｓの流路が径方向Ｄｒに大きくなる。つまり、凹部６１が形成された部分で、内側リング４４と外側リング４３との間における蒸気Ｓの流路断面積が増大する。すると、凹部６１が形成された部分で、蒸気Ｓの流速が低減され、蒸気Ｓの圧力が上昇する。これによって、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２の間で、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に位置する静翼４２の背面４２ｂに近い側の圧力が上昇するので、周方向Ｄｃで隣り合う一方側Ｄｃ１の静翼４２と他方側Ｄｃ２の静翼４２との間における周方向Ｄｃの圧力差が小さくなる。その結果、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間の圧力差に起因して生じる、周方向Ｄｃに向かって蒸気Ｓが流れる横断流Ｆｂ（図６参照）を抑制することができる。したがって、横断流Ｆｂによる液滴の巻き上げが改善され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの動翼列３１に到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。

上記したような蒸気タービン１Ａは、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に配置された静翼４２の腹面４２ａに近い側に形成された凸部６２を備えている。凸部６２が形成された部分では、内側リング４４と外側リング４３との間における蒸気Ｓの流路が径方向Ｄｒに小さくなる。つまり、凸部６２が形成された部分で、内側リング４４と外側リング４３との間における蒸気Ｓの流路断面積が減少する。すると、凸部６２が形成された部分で、蒸気Ｓの流速が上昇し、蒸気Ｓの圧力が低減される。これによって、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２の間で、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａに近い側の圧力が低減されるので、周方向Ｄｃで隣り合う一方側Ｄｃ１の静翼４２と他方側Ｄｃ２の静翼４２との間における周方向Ｄｃの圧力差が、さらに小さくなる（均衡化する）。その結果、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間の圧力差に起因して生じる、周方向Ｄｃに向かって蒸気Ｓが流れる横断流Ｆｂを、さらに抑制することができる。したがって、横断流Ｆｂによる液滴の巻き上げが改善され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの動翼列３１に到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。

上記したような蒸気タービン１Ａは、静翼４２の第二側縁部４９の第二側凹部４９ｂが、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに窪んでいる。このため、第二側凹部４９ｂと、最終列の動翼列３１Ｆの動翼３２との軸方向Ｄａにおける間隔Ｓ１が大きくなる。これにより、静翼４２から流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、液滴は、図２中、仮想線Ｌ１で示すような蒸気の流れに乗って静翼４２から軸方向Ｄａの第二側へと流れつつ、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく。このため、動翼３２の軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの端部３２ａに到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。
また、静翼４２の第二側縁部４９において、第二側凸部４９ａが軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出している。このため、第二側凸部４９ａと最終列の動翼列３１Ｆとの間隔Ｓ２を、第二側凹部４９ｂの部分の間隔Ｓ１に比較して小さくすることができる。これにより、タービン性能の低下を抑えることができる。また、第二側凸部４９ａと最終列の動翼列３１Ｆの動翼３２との間隔Ｓ２を小さくすることで、軸受スパンが増大するのを抑え、軸振動信頼性の低下を抑えることができる。また、第二側凸部４９ａは、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成されているので、蒸気Ｓの流れの周速も径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに比較すれば小さく、エロージョンが生じにくい。その結果、エロージョンの発生を、より有効に抑えることが可能となる。

上記したような蒸気タービン１Ａは、第二側凹部４９ｂに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに連続して形成され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに延びる翼端延出部４９ｃ、をさらに備えている。
これにより、静翼４２から流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく液滴が、第二側凹部４９ｂに溜まるのを抑えることができる。したがって、液滴が、翼端延出部４９ｃから外側リング４３へと円滑に案内される。このように、液滴を外側リング４３へと導くことによって、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの動翼３２の端部３２ａに到達する液滴の量を、より有効に抑えることができる。

上記したような蒸気タービン１Ａによれば、第一側縁部４８が、第一側凹部４８ａと、第一側凸部４８ｂと、を有してＳ字形状とされている。
これにより、静翼４２の第一側縁部４８を、径方向Ｄｒに沿って延びる直線状に形成した場合に比較し、軸方向Ｄａに沿って第一側縁部４８と第二側縁部４９とを結んだときの静翼４２の翼面長が、部分的に長くなるのを抑えることができる。具体的には、第一側凹部４８ａから第二側凸部４９ａに向かう流路長と、軸方向Ｄａに沿って第一側凸部４８ｂから第二側凹部４９ｂに向かう流路長とが大きく異なるのを抑えることができる。これにより、液滴と静翼４２の表面との間に生じる摩擦損失が、径方向Ｄｒで部分的に大きく異なるのを抑えることができる。

また、この蒸気タービン１Ａでは、連通孔５０を通して、液滴の少なくとも一部を静翼４２内の空洞部４７で回収することができる。これによって、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの動翼３２の端部３２ａに到達する液滴の量を、より有効に抑えることができる。したがって、タービン性能の低下、軸振動信頼性の低下を抑えつつ、エロージョンの発生を有効に抑えることが可能となるという効果を、より顕著に奏することができる。
また、この蒸気タービン１Ａでは、連通孔５０が、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されているため、連通孔５０の加工面積を縮小することができる。
また、この蒸気タービン１Ａでは、連通孔５０が、中間位置４２ｍよりも径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されているため、連通孔５０の位置に関連して、静翼４２の空洞部４７を小さくできる。したがって、空洞部４７内の液滴が排出されやすい。
また、この蒸気タービン１Ａでは、連通孔５０は、静翼４２の腹側部材４５の外表面のうち、第一側縁部４８より第二側縁部４９に近い位置にのみ形成されている。したがって、静翼４２の第二側縁部４９を遮熱構造とすることができる。

（第２実施形態）
次に、本開示にかかる蒸気タービンの第２実施形態について説明する。この第２実施形態で示す蒸気タービンは、第１実施形態の蒸気タービンに対して、凹部６１内に第一溝６３を備える点が異なるのみである。したがって、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに重複説明を省略する。つまり、第１実施形態で説明した構成と共通する蒸気タービンの各部の構成については、その説明を省略する。

図７、図８に示すように、本実施形態の蒸気タービン１Ｂの外側リング４３Ｂは、凹部６１と、凸部６２と、第一溝６３と、排出部７１と、を備えている。

凹部６１内には、第一溝６３が形成されている。第一溝６３は、凹部６１から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪むように形成されている。第一溝６３は、軸方向Ｄａに延びている。第一溝６３は、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａと、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に位置する静翼４２の背面４２ｂとを結ぶ方向に交差して延びている。
例えば、第一溝６３は、リング内周面４３ｆに沿う方向であって、静翼４２の腹面４２ａに沿う方向に延びてもよい。
例えば、第一溝６３は、凹部６１の延びる方向に延びてもよい。

排出部７１は、第一溝６３内に形成されている。排出部７１は、第一溝６３内に開口するスリット又は孔である。排出部７１は、蒸気タービン１Ｂの外部に配置された復水器等に接続されている。排出部７１は、凹部６１内から第一溝６３内に流れこんだ液滴や、液滴によって形成される液膜を、外部の復水器等に排出する。

（作用効果）
上記したような蒸気タービン１Ｂによれば、上記第一実施形態と同様、エロージョンの発生を、より有効に抑えることが可能となる。
また、この蒸気タービン１Ｂでは、凹部６１内に入り込んだ液滴を第一溝６３によって効率良く回収し、排出部７１から外部に排出することが可能となる。

また、上記したような蒸気タービン１Ｂによれば、第一溝６３が、軸方向Ｄａに延びている。これにより、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間の圧力差に起因して生じる横断流Ｆｂによって、リング内周面４３ｆに沿って周方向Ｄｃに移動する液滴を、第一溝６３で効率良く捕集することができる。

（第２実施形態の変形例）
図９に示すように、上記したような蒸気タービン１Ｂの静翼列４１は、周方向Ｄｃに分割された複数の静翼列分割体４１Ｓから構成するようにしてもよい。各静翼列分割体４１Ｓは、外側リング４３を周方向Ｄｃに複数に分割したリング分割体４３Ｓと、内側リング４４を周方向Ｄｃに複数に分割し内側リング分割体４４Ｓと、静翼４２と、を一体に有している。静翼列分割体４１Ｓは、他の静翼列分割体４１Ｓに、周方向Ｄｃで互いに突き合わせて接合される。

このような構成において、上記排出部７１や第一溝６３は、周方向Ｄｃで互いに隣り合うリング分割体４３Ｓ同士のつなぎ目に形成されている。この場合、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に位置する一方のリング分割体４３Ｓと、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する他方のリング分割体４３Ｓには、それぞれ、切欠き４３ｋが形成されている。排出部７１や第一溝６３は、周方向Ｄｃで互いに隣り合うリング分割体４３Ｓの切欠き４３ｋ同士を互いに突き合わせることで形成される。

このように、リング分割体４３Ｓ同士のつなぎ目に排出部７１や第一溝６３を形成することで、静翼列４１の組立時にリング分割体４３Ｓ同士を接続すれば、排出部７１や第一溝６３を容易に形成することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本開示にかかる蒸気タービンの第３実施形態について説明する。この第３実施形態の蒸気タービンは、第２実施形態で示した蒸気タービンに対して、第二溝６５及び第二排出部７３を備える点が異なるのみである。したがって、第３実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。つまり、第２実施形態に対する相違点を中心に説明を行い、第１、第２実施形態で説明した構成と共通する構成については、その説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の蒸気タービン１Ｃの外側リング４３Ｃは、凹部６１と、凸部６２と、第一溝６３と、排出部７１と、第二溝６５と、第二排出部７３と、を備えている。

第二溝６５は、リング内周面４３ｆにおいて、静翼列４１を構成する複数の静翼４２に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに形成されている。第二溝６５は、周方向Ｄｃに連続して延びている。第二溝６５は、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪んで形成されている。

第二排出部７３は、第二溝６５内に開口している。第二排出部７３は、第二溝６５内に開口するスリット又は孔である。第二排出部７３は、蒸気タービン１Ｃの外部に配置された復水器等に接続されている。第二排出部７３は、第二溝６５に流れこんだ液滴や、液滴によって形成される液膜を、外部の復水器等に排出する。

（作用効果）
上記したような蒸気タービン１Ｃによれば、上記第一、第二実施形態と同様、エロージョンの発生を、より有効に抑えることが可能となる。

加えて、この蒸気タービン１Ｃでは、静翼列４１の静翼４２に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに形成された第二溝６５によって、蒸気Ｓに含まれる液滴を捕集し、第二排出部７３から外部に排出することができる。これにより、第二溝６５よりも軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに到達する液滴の量を低減することが可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
例えば、上記実施形態では、第二側縁部４９の第二側凸部４９ａ、第二側凹部４９ｂを、それぞれ湾曲して形成するようにしたが、その具体的形状については何ら問うものでない。例えば、第二側凸部４９ａ、第二側凹部４９ｂは、一定の曲率で湾曲させるようにしてもよいし、第二側凸部４９ａ、第二側凹部４９ｂは、曲率を部分的に異ならせてもよい。
また、第一側縁部４８、第二側縁部４９をＳ字形状としたが、これに限られない。第一側縁部４８、第二側縁部４９は、例えば直線状であってもよい。
また、例えば、動翼列３１、及び静翼列４１の段数等をはじめとして、蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃの各部の構成については、適宜変更することが可能である。

＜付記＞
各実施形態に記載の蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、軸線Ｏを中心として回転するロータ軸２１と、前記ロータ軸２１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに固定され、前記軸線Ｏに沿った軸方向Ｄａに間隔をあけて配置された複数列の動翼列３１と、前記ロータ軸２１及び複数の前記動翼列３１を覆うように配置されたケーシング１０と、前記ケーシング１０の前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに固定され、前記軸方向Ｄａに間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列３１の各列に対して前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに配置された静翼列４１と、を備え、前記静翼列４１は、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向Ｄｒに延びる静翼４２と、環状で、複数の前記静翼４２の前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置された外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃと、環状で、複数の前記静翼４２の前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された内側リング４４と、前記外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃで前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向くリング内周面４３ｆに形成され、周方向Ｄｃで隣り合う前記静翼４２同士の間で、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪む凹部６１と、前記凹部６１内に開口し、前記凹部６１内に溜まった液滴を外部に排出する排出部７１と、を備える。
排出部７１の例としては、スリットや孔が挙げられる。

この蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間で、外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃのリング内周面４３ｆに、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪む凹部６１が形成されている。これにより、ケーシング１０内を軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから流れてきて外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃのリング内周面４３ｆに付着した、蒸気Ｓに含まれる液滴が、凹部６１内に捕集される。捕集された液滴は、排出部７１から外部に排出される。したがって、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの動翼列３１に到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。

（２）第２の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、（１）の蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃであって、前記静翼４２は、前記周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１を向いて形成され、凹状に湾曲形成された腹面４２ａと、前記周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２を向いて形成され、凸状に湾曲形成された背面４２ｂと、を有し、前記凹部６１は、前記周方向Ｄｃで隣り合う二つの前記静翼４２のうち、前記周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に配置された前記静翼４２の前記背面４２ｂに近い側に形成されている。

このような構成において、静翼列４１における蒸気Ｓの流れは、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａに当たる。このため、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２の間では、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａに近い側の圧力が高く、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に位置する静翼４２の背面４２ｂに近い側の圧力が低くなる。これに対し、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に配置された静翼４２の背面４２ｂに近い側に凹部６１を形成することによって、凹部６１が形成された部分では、内側リング４４と外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃとの間における蒸気Ｓの流路が径方向Ｄｒに大きくなる。つまり、凹部６１が形成された部分で、内側リング４４と外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃとの間における蒸気Ｓの流路断面積が増大する。すると、凹部６１が形成された部分で、蒸気Ｓの流速が低減され、蒸気Ｓの圧力が上昇する。これによって、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２の間で、周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に位置する静翼４２の背面４２ｂに近い側の圧力が上昇するので、周方向Ｄｃで隣り合う一方側Ｄｃ１の静翼４２と他方側Ｄｃ２の静翼４２との間における周方向Ｄｃの圧力差が小さくなる。その結果、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間の圧力差に起因して生じる、周方向Ｄｃに向かって蒸気Ｓが流れる横断流Ｆｂを抑制することができる。したがって、横断流Ｆｂによる液滴の巻き上げが改善され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの動翼列３１に到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。

（３）第３の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、（１）又は（２）の蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃであって、前記凹部６１に対し、前記周方向Ｄｃで隣り合う二つの前記静翼４２のうち、前記周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に配置された前記静翼４２の前記腹面４２ａに近い側に形成され、前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに隆起する凸部６２、を更に備える。

このような構成によれば、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に配置された静翼４２の腹面４２ａに近い側に凸部６２を形成すると、凸部６２が形成された部分において、内側リング４４と外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃとの間における蒸気Ｓの流路が径方向Ｄｒに小さくなる。つまり、凸部６２が形成された部分で、内側リング４４と外側リング４３、４３Ｂ、４３Ｃとの間における蒸気Ｓの流路断面積が減少する。すると、凸部６２が形成された部分で、蒸気Ｓの流速が上昇し、蒸気Ｓの圧力が低減される。これによって、周方向Ｄｃで隣り合う二つの静翼４２の間で、周方向Ｄｃの他方側Ｄｃ２に位置する静翼４２の腹面４２ａに近い側の圧力が低減されるので、周方向Ｄｃで隣り合う一方側Ｄｃ１の静翼４２と他方側Ｄｃ２の静翼４２との間における周方向Ｄｃの圧力差が、さらに小さくなる。その結果、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間の圧力差に起因して生じる、周方向Ｄｃに向かって蒸気Ｓが流れる横断流Ｆｂを、さらに抑制することができる。したがって、横断流Ｆｂによる液滴の巻き上げが改善され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの動翼列３１に到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。

（４）第４の態様に係る蒸気タービン１Ｂ、１Ｃは、（１）から（３）のいずれか一つの蒸気タービン１Ｂ、１Ｃであって、前記凹部６１内で前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪む第一溝６３が形成され、前記排出部７１は、前記第一溝６３内に開口している。

これにより、凹部６１内に入り込んだ液滴を第一溝６３によって効率良く回収して、排出部７１から外部に排出することが可能となる。

（５）第５の態様に係る蒸気タービン１Ｂ、１Ｃは、（４）の蒸気タービン１Ｂ、１Ｃであって、前記第一溝６３は、前記軸方向Ｄａに延びている。

これにより、周方向Ｄｃで隣り合う静翼４２同士の間の圧力差に起因して生じる横断流Ｆｂによって、リング内周面４３ｆに沿って周方向Ｄｃに移動する液滴を、第一溝６３で効率良く捕集することができる。

（６）第６の態様に係る蒸気タービン１Ｂは、（４）又は（５）の蒸気タービン１Ｂであって、前記外側リング４３Ｃは、周方向Ｄｃに分割された複数のリング分割体４３Ｓから構成され、前記第一溝６３は、周方向Ｄｃで互いに隣り合う前記リング分割体４３Ｓ同士のつなぎ目に形成されている。

このように、リング分割体４３Ｓ同士のつなぎ目に第一溝６３を形成することで、静翼列４１の組立時にリング分割体４３Ｓ同士を接続すれば、第一溝６３を容易に形成することが可能となる。

（７）第７の態様に係る蒸気タービン１Ｃは、（１）から（６）の何れか一つの蒸気タービン１Ｃであって、前記リング内周面４３ｆにおいて、前記静翼４２に対して前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに形成され、前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに窪む第二溝６５と、前記第二溝６５内に開口し、前記第二溝６５に入り込んだ液滴を外部に排出する第二排出部７３と、を更に備える。

これにより、静翼列４１の静翼４２に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに形成された第二溝６５によって、蒸気Ｓに含まれる液滴を捕集し、第二排出部７３から外部に排出することができる。これにより、第二溝６５よりも軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに到達する液滴の量を低減することが可能となる。

（８）第８の態様に係る蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、（１）から（７）の何れか一つの蒸気タービン１Ａ、１Ｂ、１Ｃであって、前記複数列の静翼列４１のうち最も前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに配置された最終列の静翼列４１Ｆにおいて、前記静翼４２の前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄの第二側縁部４９が、前記静翼４２の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの外側端４２ｔと径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの内側端４２ｓとの中間位置４２ｍに対して前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに形成され、前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに湾曲して突出する第二側凸部４９ａと、前記中間位置４２ｍに対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成され、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに湾曲して窪む第二側凹部４９ｂと、を有するＳ字形状とされている。

これにより、静翼４２の第二側縁部４９の第二側凹部４９ｂが、軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに窪んでいる。このため、第二側凹部４９ｂと、最終列の動翼列３１Ｆの動翼３２との軸方向Ｄａにおける間隔Ｓ１が大きくなる。これにより、静翼４２から流出する旋回流れによる遠心力の効果によって、液滴は、蒸気の流れに乗って静翼４２から軸方向Ｄａの第二側へと流れつつ、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへと流れていく。このため、動翼３２の軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕの端部３２ａに到達する液滴の量を抑えることができる。その結果、エロージョンの低減を図ることができる。
また、静翼４２の第二側縁部４９において、第二側凸部４９ａが軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに突出している。このため、第二側凸部４９ａと最終列の動翼３２との間隔Ｓ２を、第二側凹部４９ｂの部分の間隔Ｓ１に比較して小さくすることができる。これにより、タービン性能の低下を抑えることができる。また、軸受スパンが増大するのを抑え、軸振動信頼性の低下を抑えることができる。

上記した蒸気タービンによれば、エロージョンの発生を、より有効に抑えることができる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…蒸気タービン
１０…ケーシング
２０…ロータ
２１…ロータ軸
２２…軸芯部
２３…ディスク部
３１…動翼列
３１Ｆ…最終列の動翼列
３２…動翼
３２ａ…端部
３４…シュラウド
３５…プラットフォーム
４１…静翼列
４１Ｆ…最終列の静翼列
４１Ｓ…静翼列分割体
４２…静翼
４２ａ…腹面
４２ｂ…背面
４２ｍ…中間位置
４２ｓ…内側端
４２ｔ…外側端
４３、４３Ｂ、４３Ｃ…外側リング
４３Ｓ…リング分割体
４３ｆ…リング内周面
４３ｋ…切欠き
４４…内側リング
４４Ｓ…内側リング分割体
４５…腹側部材
４６…背側部材
４７…空洞部
４８…第一側縁部
４８ａ…第一側凹部
４８ｂ…第一側凸部
４９…第二側縁部
４９ａ…第二側凸部
４９ｂ…第二側凹部
４９ｃ…翼端延出部
５０…連通孔
６１…凹部
６２…凸部
６３…第一溝
６５…第二溝
７１…排出部
７３…第二排出部
Ｄａ…軸方向
Ｄａｄ…第二側
Ｄａｕ…第一側
Ｄｃ…周方向
Ｄｃ１…一方側
Ｄｃ２…他方側
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｆｂ…横断流
Ｌ１…仮想線
Ｏ…軸線
Ｓ…蒸気

Claims (7)

1. 軸線を中心として回転するロータ軸と、
   前記ロータ軸の径方向の外側に固定され、前記軸線に沿った軸方向に間隔をあけて配置された複数列の動翼列と、
   前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆うように配置されたケーシングと、
   前記ケーシングの前記径方向の内側に固定され、前記軸方向に間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列の各列に対して前記軸方向の第一側に配置された静翼列と、を備え、
   前記静翼列は、
   周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向に延びる静翼と、
   環状で、複数の前記静翼の前記径方向の外側に配置された外側リングと、
   環状で、複数の前記静翼の前記径方向の内側に配置された内側リングと、
   前記外側リングで前記径方向の内側を向くリング内周面に形成され、周方向で隣り合う前記静翼同士の間で、径方向の外側に窪む凹部と、
   前記凹部内に開口し、前記凹部内に溜まった液滴を外部に排出する排出部と、を備え、
   前記静翼は、
   前記周方向の一方側を向いて形成され、凹状に湾曲形成された腹面と、
   前記周方向の他方側を向いて形成され、凸状に湾曲形成された背面と、を有し、
   前記凹部は、前記周方向で隣り合う二つの前記静翼のうち、前記周方向の一方側に配置された前記静翼の前記背面に近い側に形成され、
   前記凹部に対し、前記周方向で隣り合う二つの前記静翼のうち、前記周方向の他方側に配置された前記静翼の前記腹面に近い側に形成され、前記径方向の内側に隆起する凸部、を更に備える、
   蒸気タービン。
2. 前記凹部内で前記径方向の外側に窪む第一溝が形成され、
   前記排出部は、前記第一溝内に開口している
   請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記第一溝は、前記軸方向に延びている
   請求項２に記載の蒸気タービン。
4. 前記外側リングは、周方向に分割された複数のリング分割体から構成され、
   前記第一溝は、周方向で互いに隣り合う前記リング分割体同士のつなぎ目に形成されている
   請求項２又は３に記載の蒸気タービン。
5. 軸線を中心として回転するロータ軸と、
   前記ロータ軸の径方向の外側に固定され、前記軸線に沿った軸方向に間隔をあけて配置された複数列の動翼列と、
   前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を覆うように配置されたケーシングと、
   前記ケーシングの前記径方向の内側に固定され、前記軸方向に間隔をあけて配置され、複数列の前記動翼列の各列に対して前記軸方向の第一側に配置された静翼列と、を備え、
   前記静翼列は、
   周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ径方向に延びる静翼と、
   環状で、複数の前記静翼の前記径方向の外側に配置された外側リングと、
   環状で、複数の前記静翼の前記径方向の内側に配置された内側リングと、
   前記外側リングで前記径方向の内側を向くリング内周面に形成され、周方向で隣り合う前記静翼同士の間で、径方向の外側に窪む凹部と、
   前記凹部内に開口し、前記凹部内に溜まった液滴を外部に排出する排出部と、を備え、
   前記凹部内で前記径方向の外側に窪む第一溝が形成され、
   前記排出部は、前記第一溝内に開口し、
   前記外側リングは、周方向に分割された複数のリング分割体から構成され、
   前記第一溝は、周方向で互いに隣り合う前記リング分割体同士のつなぎ目に形成されている
   蒸気タービン。
6. 前記リング内周面において、前記静翼に対して前記軸方向の第一側に形成され、前記径方向の外側に窪む第二溝と、
   前記第二溝内に開口し、前記第二溝に入り込んだ液滴を外部に排出する第二排出部と、を更に備える
   請求項１から５の何れか一項に記載の蒸気タービン。
7. 前記複数列の静翼列のうち最も前記軸方向の第二側に配置された最終列の静翼列において、前記静翼の前記軸方向の第二側の第二側縁部が、
   前記静翼の径方向の外側の外側端と径方向内側の内側端との中間位置に対して前記径方向内側に形成され、前記軸方向の第二側に湾曲して突出する第二側凸部と、
   前記中間位置に対して前記径方向の外側に形成され、前記軸方向の第一側に湾曲して窪む第二側凹部と、を有するＳ字形状とされている
   請求項１から６のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

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