WO2020175192A1 - タービン静翼、及び蒸気タービン - Google Patents

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俊介 水見
冲非 段
泰洋 笹尾
創一朗 田畑
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Definitions

  • the present invention relates to a turbine vane, and a steam turbine.
  • a steam turbine includes a rotating shaft rotatable about an axis, a plurality of turbine rotor blade stages arranged on the outer peripheral surface of the rotating shaft at intervals in the axial direction, the rotating shaft, and an turbine.
  • a casing that covers the rotor blade stages from the outer peripheral side and a plurality of turbine vane stages that are alternately arranged with the turbine rotor blade stages on the inner peripheral surface of the casing are provided.
  • An inlet port for taking in steam from the outside is formed on the upstream side of the casing, and an exhaust port is formed on the downstream side. The high-temperature, high-pressure steam taken in through the suction port is adjusted in the direction and speed of the flow in the turbine vane stage, and then converted into the rotational force of the rotating shaft in the turbine blade stage.
  • an extraction port for sucking a liquid film is formed on the surface of the turbine stationary blade, and a hydrophilic port that spreads from the leading edge side of the turbine stationary blade toward this extraction port.
  • the removal surface is formed. It is said that after the liquid film moves along the removal surface, it can be sucked up by the extraction port.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 20 1 7 _ 1 0 6 4 5 1 Summary of Invention
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbine stationary blade and a steam turbine that can further reduce the growth of a liquid film.
  • a turbine vane according to an aspect of the present invention has a belly surface that extends in a radial direction intersecting the flow direction of steam and that faces an upstream side in the flow direction, and a downstream side in the belly surface.
  • a slit is formed on the upstream side of the slit, and a hydrophilic uneven region having a larger liquid film allowable amount than the abdominal surface is formed on the upstream side of the slit by recessing in the depth direction intersecting the abdominal surface.
  • the dimension in the depth direction is larger and the flow resistance is smaller toward the slit toward the downstream side.
  • the depth of the hydrophilic concavo-convex region is increased toward the downstream side toward the slit.
  • the hydrophilic concavo-convex region it is possible to retain more droplets on the downstream side.
  • the upstream edge leading edge
  • the droplet from the leading edge to the trailing edge may form a liquid film midway. That is, the flow rate of droplets increases from the upstream side to the downstream side.
  • the droplets can be retained by the hydrophilic unevenness area and can be scattered to the downstream side of the turbine vane. Can be reduced.
  • the hydrophilic irregularity region has a plurality of convex portions arranged at intervals in the flow direction and the radial direction, and between the convex portions in the flow direction. Is !- 3 and the dimension of the convex part in the flow direction is [-], 1_ The value of the swallow may be smaller toward the downstream side toward the slit.
  • the projection may have a rectangular cross section when viewed in a direction orthogonal to the abdominal surface and a rectangular cross section when viewed in the radial direction.
  • the convex portion is rectangular when viewed in the direction orthogonal to the belly surface, and has a rectangular cross section when viewed in the radial direction. Therefore, for example, the convex portion can be formed more easily and cheaply as compared with the case where the convex portion has a polygonal shape other than a rectangular shape or a cylindrical shape. As a result, the cost and time required to manufacture the turbine vane can be reduced.
  • the dimension in the depth direction may gradually increase in the hydrophilic uneven region from the upstream side to the downstream side in the flow direction.
  • the dimension in the depth direction gradually increases from the upstream side to the downstream side.
  • region can be formed more simply and cheaply compared with the structure where the dimension of a depth direction becomes large continuously.
  • the turbine vane may further include a water-repellent region provided on the upstream side of the hydrophilic uneven region in the flow direction and having a higher water-repellent property than the abdominal surface.
  • the water-repellent region is more water-repellent than the abdominal surface, before the droplets attached to the water-repellent region gather to form a larger liquid film, the vapor flow is prevented. Ride and flow off to the downstream side. That is, the droplet can be made to flow to the downstream side in the state of being a fine droplet. As a result, it is possible to further suppress the formation of the liquid film due to the liquid droplets having a large particle diameter flowing to the downstream side.
  • a steam turbine includes a rotating shaft rotatable about an axis, and a plurality of evening vane blades arranged on an outer peripheral surface of the rotating shaft in a circumferential direction with respect to the axial direction.
  • a plurality of turbine stationary blades according to any one of the above aspects are provided adjacent to the turbine moving blade in the axial direction.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a steam turbine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 A perspective view showing a configuration of a turbine vane according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the configuration of the ventral surface of the turbine vane according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a sectional view taken along line 8_8 in Fig. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the hydrophilic unevenness region according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the behavior of water droplets in the hydrophilic uneven region according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of a turbine vane according to a second embodiment of the present invention. MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the steam turbine 100 includes a steam turbine rotor 3 extending along the axis 0 direction, a steam turbine casing 2 covering the steam turbine rotor 3 from the outer peripheral side, and a shaft of the steam turbine rotor 3.
  • a journal bearing 48 that supports the end 1 1 rotatably around the axis ⁇ and a thrust bearing 4 are provided.
  • the steam turbine rotor 3 has a rotating shaft 1 extending along the axis O and a plurality of moving blades 30 provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 1.
  • a plurality of rotor blades 30 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the rotary shaft 1. Even in the direction of the axis ⁇ , a plurality of rows of moving blades 30 are arranged at regular intervals.
  • Rotor blade 30 ⁇ 02020/175192 6 ⁇ (: 171?2020/005867
  • the rotor blade body 31 projects radially outward from the outer peripheral surface of the steam turbine rotor 3.
  • the blade main body 31 has a blade-shaped cross section when viewed in the radial direction.
  • a blade shroud 34 is provided at the tip (radially outer end) of the blade main body 31.
  • the steam turbine casing 2 has a substantially tubular shape that covers the steam turbine rotor 3 from the outer peripheral side.
  • a steam supply pipe 12 for taking in the steam 3 is provided on one side of the steam turbine casing 2 in the direction of the axis ⁇ .
  • a steam discharge pipe 13 for discharging the steam 3 is provided on the other side of the steam turbine casing 2 in the direction of the axis ⁇ .
  • the steam flows inside the steam turbine casing 2 from one side in the direction of the axis ⁇ to the other side.
  • the flow direction of steam is simply called "flow direction”.
  • the side where the steam supply pipe 12 is located as seen from the steam discharge pipe 13 is called the upstream side in the flow direction
  • the side where the steam discharge pipe 13 is located as seen from the steam supply pipe 12 is defined as the flow direction. Call it the downstream side.
  • the vane 20 has a vane body 21 (turbine vane), a vane shroud 2 2, and a vane pedestal 24.
  • the vane body 21 is a vane-shaped member connected to the inner peripheral surface of the steam turbine casing 2 via the vane base 24.
  • a vane shroud 22 is provided at the tip portion (radially inner end) of the vane body 21.
  • a plurality of stationary blades 20 are arranged on the inner peripheral surface in the circumferential direction and along the direction of the axis ⁇ .
  • the moving blades 30 are arranged so as to enter the area between the plurality of adjacent stationary blades 20. That is, the stationary blades 20 and the moving blades 30 extend in a direction (radial direction with respect to the axis O) intersecting the flow direction of steam.
  • the steam 3 is supplied to the inside of the steam turbine casing 2 configured as described above via the steam supply pipe 12 on the upstream side. While passing through the inside of the steam turbine casing 2, the steam 3 alternately passes through the stationary blades 20 and the moving blades 30. The stationary vanes 20 straighten the flow of steam 3, and the rectified mass of steam 3 pushes the moving blades 30. ⁇ 02020/175192 7 ⁇ (: 171?2020/005867
  • the rotational force of the steam turbine rotor 3 is extracted from the shaft end 11 and used to drive external equipment (such as a generator). With the rotation of the steam turbine rotor 3, the steam 3 is discharged toward a subsequent device (condenser, etc.) through the steam discharge pipe 13 on the downstream side.
  • the journal bearing 48 supports a load in the radial direction with respect to the axis O.
  • One journal bearing 48 is provided at each end of the steam turbine rotor 3.
  • Thrust bearing 4 supports the load in the direction of the axis ⁇ .
  • the thrust bearing No. 4 is provided only at the upstream end of the steam turbine rotor 3.
  • the stationary vane main body 21 extends in a radial direction (a radial direction with respect to the axis O) which is a direction intersecting the flow direction.
  • the cross section of the stationary vane main body 21 as viewed from the radial direction has an airfoil shape. More specifically, the leading edge 21 which is the upstream edge in the flow direction has a curved shape. Trailing edge 2 1 which is the downstream edge Has a taper shape as the size in the circumferential direction gradually decreases when viewed from the radial direction. Leading edge 2 1 to Trailing edge 2 1 On the other hand, the stationary blade main body 21 is gently curved from one side in the circumferential direction with respect to the axis 0 toward the other side.
  • a surface on one side in the circumferential direction of the stationary blade main body 21 is a back surface 210 facing the downstream side in the flow direction.
  • the back surface 210 has a curved surface that is convex toward one side in the circumferential direction.
  • the surface of the stationary vane main body 21 on the other side in the circumferential direction is the belly surface 21 facing the upstream side in the flow direction.
  • the abdominal surface 21 has a curved surface that is concave toward one side in the circumferential direction.
  • the end surface of the stationary blade main body 21 facing inward in the radial direction is an inner peripheral side end surface 21 and the end surface facing outward in the radial direction is an outer peripheral side end surface 21.
  • the vane shroud 22 and the vane pedestal 24 shown in FIG. 1 are omitted in FIG.
  • the outer peripheral side end surface 2 1 is a portion deviated to the side of the ridge (that is, the inner peripheral side end surface 2
  • Slit 5 and hydrophilic recesses are provided on the outer peripheral side end face 2 1 8 (closer to 18). ⁇ 02020/175192 8 ⁇ (: 171?2020/005867
  • the convex area 6 is formed.
  • the slit 5 is a rectangular hole extending in the radial direction on the ventral surface 21.
  • the long side of the slit 5 extends in the radial direction, and the short side extends in the above-mentioned flow direction.
  • the slit 5 is formed to capture the liquefied component (droplet) of the vapor flowing from the front edge 21 side to the rear edge 21 side along the ventral surface 21. ing.
  • the slit 5 is connected to a flow channel (not shown) formed inside the stationary vane main body 21, and the captured droplets are sent to the outside of the stationary vane main body 21 through this flow channel.
  • the hydrophilic concave-convex region 6 is adjacent to the slit 5 and extends to the upstream side (leading edge 21) in the flow direction.
  • the hydrophilic unevenness area 6 has a higher hydrophilicity than the abdominal surface 21 and does not repel liquid droplets flowing from the front edge 21 side along the abdominal surface 21 and does not repel the trailing edge 21 side. It is provided for flowing into slit 5.
  • the hydrophilic uneven region 6 is divided into three regions in the flow direction from the leading edge 21 side to the trailing edge 21 side.
  • the region on the most leading edge 21 side is the first region 61, and the region on the most trailing edge 21 side is the third region 63.
  • the area between the first area 6 1 and the third area 6 3 is the second area 6 2.
  • the liquid film allowable amount in the second region 62 is larger than that in the first region 61.
  • the liquid film allowable amount is larger in the third region 63 as compared with 2.
  • the “liquid film allowable amount” mentioned here indicates the permeation amount and the retention amount of the liquid film in the region. The permeation amount and the retention amount are determined by the porosity in the area.
  • the flow resistance to the droplet is smaller in the second region 6 2 than in the first region 6 1. In the third region 63, the flow resistance to the droplets is smaller than that in the second region 62.
  • the first region 61, the second region 62, and the third region 63 are: Each has a plurality of convex knives.
  • the convex section has a rectangular shape when viewed in a direction orthogonal to the belly surface 21 and has a substantially rectangular cross section when viewed in the radial direction.
  • the protrusions in the first region 61 have, for example, a square shape when viewed from the direction orthogonal to the abdominal surface 21.
  • the first convex portion 6 1 ⁇ 02020/175192 9 ((171?2020/005867
  • the protrusions (second protrusions 62) of the second region 62 have a rectangular shape when viewed from the direction orthogonal to the abdominal surface 21. Specifically, the dimension in the flow direction is set slightly longer than that of the first convex portion 61. Similar to the first convex portion 61, the second convex portion 62 is also arranged in a grid pattern with a space in the flow direction and the radial direction.
  • the convex portion of the third region 63 (third convex portion 63) has a rectangular shape whose dimension in the flow direction is set longer than that of the second convex portion 62. Similar to the second convex portion 62, the third convex portion 63 is also arranged in a lattice shape with a space in the flow direction and the radial direction.
  • the spaces formed between the protrusions are the flow paths.
  • This flow path is formed by connecting a space formed between a pair of radially adjacent protrusions in the flow direction. As will be described later in detail, a part of the droplets and the vapor can flow in the flow direction through this flow path.
  • the height of the bottom face in the direction orthogonal to the abdominal face 2 1 is increased from the first region 6 1 to the third region 6 3. It is changing step by step. More specifically, the distance (dimension in the depth direction) from the ventral face 21 to the bottom face gradually increases toward the slit 5.
  • the bottom surface of the second region 62 (second bottom surface 62) is formed deeper than the bottom surface of the first region 61 (first bottom surface 61 1).
  • the bottom surface of the third region 63 (third bottom surface 63) is formed deeper than the second bottom surface 62.
  • the _th bottom face 61, the second bottom face 62, and the third bottom face 63 are formed along the ventral face 21.
  • the first bottom face 61, the second bottom face 62, and the third bottom face 6 3 are described as having planar shapes.
  • the first bottom face 61, the second bottom face 62, and the third bottom face 63 are also curved.
  • 3rd bottom surface 6 3 Slit 5 ⁇ 02020/175192 10 (:171?2020/005867
  • the dimension ratio of the convex portion is 1_.
  • the value of the dip gradually decreases from the first region 61 to the third region 63. More specifically, the distance between the first end face 1 that faces the upstream side in the flow direction of the convex part and the second end face 2 that faces the downstream side of another convex part adjacent to this convex part. The separation is said to be 1-3.
  • the dimension from the first end surface knife 1 to the second end surface knife 2 in one convex part (that is, the size of the top surface part 3 of the convex part in the flow direction) is (-).
  • the value of this dimension ratio !_ ⁇ is set to a value smaller than 1. More preferably, 1- 3 / 1_ 13 ⁇ 0.8. It is said to be 5.
  • the hydrophilic unevenness region 6 exhibits high hydrophilicity.
  • the "highly hydrophilic” state here refers to a state in which a droplet attached to the hydrophilic unevenness area has a contact angle smaller than 90 ° with respect to the surface of the hydrophilic unevenness area. , The state where the contact angle is less than 5 ° is called superhydrophilic.
  • Mari above dimensional ratio
  • the pulling force of the droplet per unit length of the channel becomes smaller. Therefore, as shown in FIG. 6, in the second region 62, the pulling force due to the droplets captured between the second convex portions 62 is smaller than that in the first region 61. Similarly, in the third region 63, the pulling force by the droplets captured between the third convex portions 63 is smaller than that in the second region 62. That is, in the hydrophilic uneven region 6, the flow resistance to the steam flow 3 becomes smaller as it goes toward the slit 5 toward the downstream side.
  • the temperature of the steam passing through the steam turbine casing 2 decreases as it goes from the upstream side to the downstream side. Therefore, in the turbine vane stage on the most downstream side, part of the vapor is liquefied and adheres to the surface of the vane body 21 as droplets (water droplets). This droplet gradually grows into a liquid film. When the liquid film grows further, a part of it breaks and scatters as coarse droplets. The scattered droplets try to flow on the downstream side along with the main stream of steam, but the coarse liquid cannot act on the main stream sufficiently because the inertial force acting on itself is large, and the turbine blade (rotor blade) Collide with the main body 3 1).
  • peripheral speed of the turbine rotor blade may exceed the speed of sound, when the scattered droplets collide with the turbine rotor blade, they may erode the surface and cause erosion. Also, the collision of droplets may hinder the rotation of the evening blades, resulting in braking loss.
  • the slit 5 and the hydrophilic uneven region 6 are formed on the abdominal surface 21. Therefore, most of the droplet can be captured by the slit 5, and the possibility of scattering toward the downstream side can be reduced. Further, since the hydrophilic unevenness region 6 having a larger liquid film allowable amount than the abdominal surface 21 is formed on the upstream side of the slit 5, the droplets attached to the hydrophilic unevenness region 6 are Immediately after the adhesion, it diffuses into the hydrophilic concave/convex area 6 and fits in. As a result, it is possible to reduce the possibility that droplets will aggregate and grow. ⁇ 02020/175192 12 (:171?2020/005867
  • the upstream edge leading edge 21
  • the depth of the hydrophilic unevenness region 6 increases toward the slit 5 toward the downstream side.
  • the hydrophilic concave-convex region 6 it is possible to retain more droplets on the downstream side. That is, the apparent liquid film allowable amount increases toward the downstream side. Therefore, even if more droplets are attached midway from the upstream side to the downstream side, the droplets can be held by the second area 62 or the third area 63 of the hydrophilic uneven area 6. The possibility of scattering to the downstream side of the stationary blade body 21 can be reduced.
  • the convex section has a rectangular cross section when viewed in a direction orthogonal to the abdominal surface 21 and a rectangular cross section when viewed in the radial direction. Therefore, as compared with the case where the convex section has a polygonal shape other than a rectangular shape or a cylindrical shape, for example, the convex section can be formed more easily and inexpensively.
  • the hydrophilic unevenness region extends from the upstream side to the downstream side.
  • the depth dimension of 6 is gradually increasing.
  • the hydrophilic unevenness region 6 can be formed more easily and inexpensively as compared with the configuration in which the dimension in the depth direction continuously increases.
  • the cost and time required to manufacture the stationary vane main body 21 can be reduced.
  • the first embodiment of the present invention has been described above. It should be noted that various changes and modifications can be made to the above configuration without departing from the gist of the present invention.
  • the hydrophilic uneven region 6 is divided into three regions, that is, the first region 61, the second region 62, and the third region 63 is described.
  • the aspect of the hydrophilic uneven region 6 is not limited to the above, and it is also possible to adopt a configuration in which it is divided into four or more regions having different hydrophilicities.
  • a water-repellent region 7 having water repellency is provided on the upstream side of the hydrophilic uneven region 6 described above.
  • the term “shows water repellency” as used herein means that the contact angle formed by the droplets attached to the water repellent region 7 is 90 ° or more. That is, the droplet that has reached the water-repellent area 7 is repelled without reaching the water-repellent area 7 and reaches the hydrophilic unevenness area 6 on the downstream side.
  • the droplets in the water-repellent region 7, before the droplets gather to form a larger liquid film, they ride on the flow of vapor and flow off to the downstream side. That is, the droplet can be made to flow to the downstream side in the state where the droplet is fine. As a result, it is possible to further suppress the formation of the liquid film due to the liquid droplets having a large particle size flowing to the downstream side.
  • the state where the above-mentioned contact angle is 150 ° or more is called a super water-repellent state, and since the water-repellent function can be exhibited, the formation of the liquid film can be more effectively suppressed. ⁇ 02020/175192 14 ⁇ (: 171?2020/005867

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Abstract

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、流れ方向の上流側を向く腹面（２１Ｐ）を有し、腹面（２１Ｐ）における下流側には、径方向に延び、蒸気のうちの液化した成分を捕捉するスリット（５）が形成され、スリット（５）よりも上流側には、腹面（２１Ｐ）に交差する深さ方向に凹むことで腹面（２１Ｐ）よりも液膜許容量が大きい親水性凹凸領域（６）が形成され、親水性凹凸領域（６）では、スリット（５）に向かって下流側に向かうほど深さ方向の寸法が大きく、かつ流動抵抗が小さい。

Description

\¥0 2020/175192 1 卩（：17 2020 /005867 明 細 書
発明の名称 ： タービン静翼、 及び蒸気タービン
技術分野
[0001 ] 本発明は、 タービン静翼、 及び蒸気タービンに関する。
本願は、 2 0 1 9年 2月 2 7日に日本に出願された特願 2 0 1 9— 0 3 3 5 6 4号について優先権を主張し、 その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 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 び夕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。
[0003] 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。 したがって、 最も下流側の夕ービ 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 \¥02020/175192 2 卩（：171?2020/005867
され、 制動損失が生じることもある。
[0004] 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広がる親水性の除去面が形成されてい る。 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。
先行技術文献
特許文献
[0005] 特許文献 1 :特開 2 0 1 7 _ 1 0 6 4 5 1号公報 発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0006] ところで、 タービン静翼の表面では、 上流側の端縁 （前縁） のみならず、 前縁から後縁にかけての中途でも水滴が付着して液膜を形成することがある 。 即ち、 液膜の流量は、 上流側から下流側にかけて大きくなる。 しかしなが ら、 上記特許文献 1 に記載された装置では、 除去面の親水性が全域にわたっ て一様とされていることから、 液膜の流量増加に対応することができない。 その結果、 液膜が抽出口の上流側でさらに成長し、 上述の粗大液滴となって 飛散してしまう可能性がある。 つまり、 上記特許文献 1 に記載された装置に は依然として改良の余地がある。
[0007] 本発明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。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の一態様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を有し、 前記腹面におけ る下流側には、 前記径方向に延び、 前記蒸気のうちの液化した成分を捕捉す \¥02020/175192 3 卩（：171?2020/005867
るスリッ トが形成され、 該スリッ トよりも上流側には、 前記腹面に交差する 深さ方向に凹むことで前記腹面よりも液膜許容量が大きい親水性凹凸領域が 形成され、 該親水性凹凸領域では、 前記スリッ トに向かって下流側に向かう ほど前記深さ方向の寸法が大きく、 かつ流動抵抗が小さい。
[0009] 上記構成によれば、 親水性凹凸領域の深さが、 スリッ トに向かって下流側 に向かうほど大きくなっている。 これにより、 親水性凹凸領域では、 下流側 になるほど、 多くの液滴を保持することができる。 ここで、 夕ービン静翼の 表面では、 上流側の端縁 （前縁） のみならず、 前縁から後縁にかけての中途 でも液滴が付着して液膜を形成することがある。 即ち、 液滴の流量は、 上流 側から下流側にかけて大きくなる。 上記の構成によれば、 上流側から下流側 にかけての中途でさらに液滴が付着しても、 親水性凹凸領域によって当該液 滴を保持することができ、 タービン静翼の下流側に飛散する可能性を低減す ることができる。
[0010] 上記タービン静翼では、 前記親水性凹凸領域は、 前記流れ方向、 及び前記 径方向に間隔をあけて配列された複数の凸部を有し、 前記流れ方向における 前記凸部同士の間の寸法を !- 3とし、 前記流れ方向における前記凸部の寸法 を [-匕としたとき、 1_
Figure imgf000005_0001
匕の値は、 前記スリッ トに向かって下流側に向 かうほど小さくなってもよい。
[001 1 ] 液膜に対する流動抵抗は、 液膜と壁面との相互作用のみならず、 液膜同士 の相互作用からも生じる。 特に、 液膜が水である場合にはこの相互作用の影 響は大きい。 ここで、 流れ方向における凸部同士の間に流れ込んだ液滴と、 径方向における凸部同士の間を流れる蒸気の流れとの間では、 液滴と蒸気と が引き付けあうことによって、 蒸気の流れに対する流動抵抗が生じる。 この 流動抵抗は、 流れ方向における凸部同士の間の寸法を !- 3とし、 流れ方向に おける凸部の寸法を !_匕としたとき、 ！-
Figure imgf000005_0002
匕の値が小さいほど減少する
。 上記の構成によれば、 この 1_
Figure imgf000005_0003
匕の値が下流側に向かうほど小さくな っていることから、 スリッ トに近付くほど、 蒸気に対する流動抵抗を小さく することができる。 その結果、 親水性凹凸領域を形成したことによる腹面で \¥02020/175192 4 卩（：171?2020/005867
の損失を低減することができる。
[0012] 上記タービン静翼では、 該凸部は、 前記腹面に直交する方向から見て矩形 であるとともに、 前記径方向から見て矩形の断面を有してもよい。
[0013] 上記構成によれば、 凸部が、 腹面に直交する方向から見て矩形であるとと もに、 径方向から見て矩形の断面を有している。 したがって、 例えば凸部を 矩形ではない他の多角形状や円柱状をなしている場合に比べて、 より簡便か つ安価に当該凸部を形成することができる。 これにより、 タービン静翼の製 造に要するコスト、 時間を削減することができる。
[0014] 上記タービン静翼において、 前記親水性凹凸領域では、 前記流れ方向の上 流側から下流側にかけて、 前記深さ方向の寸法が段階的に大きくなっていて もよい。
[0015] 上記構成によれば、 上流側から下流側にかけて、 深さ方向の寸法が段階的 に大きくなっている。 これにより、 例えば、 深さ方向の寸法が連続的に大き くなっている構成に比べて、 親水性凹凸領域をより簡便かつ安価に形成する ことができる。 これにより、 夕ービン静翼の製造に要するコスト、 時間を削 減することができる。
[0016] 上記タービン静翼では、 前記流れ方向における前記親水性凹凸領域の上流 側に設けられ、 前記腹面よりも撥水性の高い撥水性領域をさらに有してもよ い。
[0017] 上記構成によれば、 撥水性領域は腹面よりも撥水性が高いことから、 当該 撥水性領域に付着した液滴は集合してより大きな液膜を形成する前に、 蒸気 の流れに乗って下流側に流れ去る。 つまり、 微細な液滴のままの状態で、 当 該液滴を下流側に流すことができる。 これにより、 粒径の大きな液滴が下流 側に流れることによる液膜の形成をさらに抑制することができる。
[0018] 本発明の一態様に係る蒸気タービンは、 軸線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夕ービ 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 と、 該ケーシング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 \¥02020/175192 5 卩（：171?2020/005867
、 前記タービン動翼と前記軸線方向に隣接して複数設けられた上記のいずれ か一態様に係るタービン静翼と、 を備える。
［0019］ 上記構成によれば、 液膜の成長がより一層低減されることで、 損失が低減 された蒸気タービンを得ることができる。
発明の効果
［0020］ 本発明によれば、 液膜の成長をより一層低減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。
図面の簡単な説明
［0021］ ［図 1］本発明の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。
［図 2］本発明の第一実施形態に係るタービン静翼の構成を示す斜視図である。 ［図 3］本発明の第一実施形態に係るタービン静翼の腹面の構成を示す拡大図で ある。
［図 4］図 3の八 _八線における断面図である。
［図 5］本発明の第一実施形態に係る親水性凹凸領域の拡大断面図である。
［図 6］本発明の第一実施形態に係る親水性凹凸領域における水滴の挙動を示す 説明図である。
［図 7］本発明の第二実施形態に係るタービン静翼の構成を示す斜視図である。 発明を実施するための形態
［0022］ ［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、 図 1から図 6を参照して説明する。 本実 施形態に係る蒸気タービン 1 〇〇は、 軸線〇方向に沿って延びる蒸気夕ービ ンロータ 3と、 蒸気夕ービンロータ 3を外周側から覆う蒸気夕ービンケーシ ング 2と、 蒸気タービンロータ 3の軸端 1 1 を軸線〇回りに回転可能に支持 するジャーナル軸受 4八、 及びスラスト軸受 4巳と、 を備えている。
［0023］ 蒸気タービンロータ 3は、 軸線〇に沿って延びる回転軸 1 と、 回転軸 1の 外周面に設けられた複数の動翼 3 0を有している。 動翼 3 0は、 回転軸 1の 周方向に一定の間隔をもって複数配列されている。 軸線〇方向においても、 一定の間隔を持って複数の動翼 3 0の列が配列されている。 動翼 3 0は、 動 \¥02020/175192 6 卩（：171?2020/005867
翼本体 3 1 （タービン動翼） と、 動翼シュラウド 3 4と、 を有している。 動 翼本体 3 1は、 蒸気タービンロータ 3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 3 1は、 径方向から見て翼型の断面を有する。 動翼本 体 3 1の先端部 （径方向外側の端部） には、 動翼シュラウド 3 4が設けられ ている。
[0024] 蒸気タービンケーシング 2は、 蒸気タービンロータ 3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の軸線〇方向一方側には、 蒸 気 3を取り込む蒸気供給管 1 2が設けられている。 蒸気タービンケーシング 2の軸線〇方向他方側には、 蒸気 3を排出する蒸気排出管 1 3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、 軸線〇方向一方側から 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 1 3から見て蒸気供給管 1 2が位置する 側を流れ方向の上流側と呼び、 蒸気供給管 1 2から見て蒸気排出管 1 3が位 置する側を流れ方向の下流側と呼ぶ。
[0025] 蒸気夕ービンケーシング 2の内周面には、 複数の静翼 2 0の列が設けられ ている。 静翼 2 0は、 静翼本体 2 1 （タービン静翼） と、 静翼シュラウド 2 2と、 静翼台座 2 4と、 を有している。 静翼本体 2 1は、 静翼台座 2 4を介 して蒸気夕ービンケーシング 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 2 1の先端部 （径方向内側の端部） には、 静翼シュラウド 2 2が設けられている。 動翼 3 0と同様に、 静翼 2 0は内周面上で周方向及 び軸線〇方向に沿って複数配列される。 動翼 3 0は、 隣り合う複数の静翼 2 0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 2 0、 及び動 翼 3 0は、 蒸気の流れ方向に交差する方向 （軸線〇に対する径方向） に延び ている。
[0026] 蒸気 3は、 上流側の蒸気供給管 1 2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。 蒸気夕ービンケーシング 2の 内部を通過する中途で、 蒸気 3は静翼 2 0と動翼 3 0とを交互に通過する。 静翼 2 0は蒸気 3の流れを整流し、 整流された蒸気 3の塊が動翼 3 0を押す \¥02020/175192 7 卩（：171?2020/005867
ことによって蒸気夕ービンロータ 3に回転力を与える。 蒸気夕ービンロータ 3の回転力は、 軸端 1 1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 3の回転に伴って、 蒸気 3は下流側の蒸気 排出管 1 3を通じて後続の装置 （復水器等） に向かって排出される。
[0027] ジャーナル軸受 4八は、 軸線〇に対する径方向への荷重を支持する。 ジャ —ナル軸受 4八は、 蒸気夕ービンロータ 3の両端に 1つずつ設けられている 。 スラスト軸受 4巳は、 軸線〇方向への荷重を支持する。 スラスト軸受 4巳 は、 蒸気タービンロータ 3の上流側の端部にのみ設けられている。
[0028] 次いで、 図 2を参照して、 静翼本体 2 1の構成について説明する。 静翼本 体 2 1は、 流れ方向に交差する方向である径方向 （軸線〇に対する径方向） に延びている。 径方向から見た静翼本体 2 1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 2 1 は曲面状をなしてい る。 下流側の端縁である後縁 2 1
Figure imgf000009_0001
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 2 1 から後縁 2 1
Figure imgf000009_0002
にか けて、 静翼本体 2 1は、 軸線〇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。
[0029] 静翼本体 2 1 における周方向一方側の面は、 流れ方向における下流側を向 く背面 2 1 〇とされている。 背面 2 1 〇は、 周方向一方側に向かって凸とな る曲面状をなしている。 一方で、 静翼本体 2 1 における周方向他方側の面は 、 流れ方向における上流側を向く腹面 2 1 とされている。 腹面 2 1 は、 周方向一方側に向かって凹となる曲面状をなしている。 蒸気が流れている状 態では、 腹面 2 1 における圧力が、 背面 2 1 〇における圧力よりも高くな る。
[0030] 静翼本体 2 1の径方向内側を向く端面は内周側端面 2 1 とされ、 径方向 外側を向く端面は外周側端面 2 1 巳とされている。 なお、 図 1で示した静翼 シュラウド 2 2、 及び静翼台座 2 4は、 図 2では省略している。
[0031 ] 腹面 2 1 上で、 外周側端面 2 1 巳側に偏った部分 （即ち、 内周側端面 2
1 八よりも外周側端面 2 1 巳に近い部分） には、 スリッ ト 5、 及び親水性凹 \¥02020/175192 8 卩（：171?2020/005867
凸領域 6が形成されている。 スリッ ト 5は、 腹面 2 1 上で径方向に延びる 矩形の孔である。 スリッ ト 5の長辺は径方向に延び、 短辺は上述の流れ方向 に延びている。 詳しくは後述するが、 スリッ ト 5は、 腹面 2 1 に沿って前 縁 2 1 側から後縁 2 1 側にかけて流れてくる蒸気のうちの液化した成分 （液滴） を捕捉するために形成されている。 スリッ ト 5は、 静翼本体 2 1の 内部に形成された流路 （不図示） に接続されており、 捕捉した液滴はこの流 路を通じて静翼本体 2 1の外部に送られる。
[0032] 親水性凹凸領域 6は、 上記のスリッ ト 5に隣接して、 流れ方向の上流側 （ 前縁 2 1 ） 側に広がっている。 親水性凹凸領域 6は、 腹面 2 1 よりも高 い親水性を有しており、 腹面 2 1 に沿って前縁 2 1 側から流れてくる液 滴をはじくことなく、 後縁 2 1 側のスリッ ト 5に流すために設けられてい る。 親水性凹凸領域 6は、 前縁 2 1 側から後縁 2 1 側にかけて、 流れ方 向に 3つの領域に分けられている。 最も前縁 2 1 側の領域は第一領域 6 1 とされ、 最も後縁 2 1 側の領域は第三領域 6 3とされている。 第一領域 6 1 と第三領域 6 3との間の領域は第二領域 6 2とされている。
[0033] 第一領域 6 1 に比べて第二領域 6 2では液膜許容量が大きい。 第二領域 6
2に比べて第三領域 6 3ではさらに液膜許容量が大きい。 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。 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。 さ らに、 第一領域 6 1 に比べて第二領域 6 2では液滴に対する流動抵抗が小さ い。 第二領域 6 2に比べて第三領域 6 3では液滴に対する流動抵抗がさらに 小さい。
[0034] より具体的には図 3に示すように、 親水性凹凸領域 6を微視的に見た場合 、 第一領域 6 1、 第二領域 6 2、 及び第三領域 6 3には、 それぞれ複数の凸 部丁が設けられている。 凸部丁は、 腹面 2 1 に直交する方向から見て矩形 であるとともに、 径方向から見て概略矩形の断面を有している。 本実施形態 では、 第一領域 6 1の凸部丁 （第一凸部 6 1 丁） は、 腹面 2 1 に直交する 方向から見て例えば正方形をなしている。 第一凸部 6 1 丁は、 流れ方向及び \¥02020/175192 9 卩（：171?2020/005867
径方向に間隔をあけて格子状に配列されている。 なお、 凸部丁の断面形状は 、 矩形を志向している限りにおいては加工誤差も許容される。
[0035] 第二領域 6 2の凸部丁 （第二凸部 6 2丁） は、 腹面 2 1 に直交する方向 から見て長方形状をなしている。 具体的には、 第一凸部 6 1 丁よりも流れ方 向における寸法がわずかに長く設定されている。 第一凸部 6 1 丁と同様に、 第二凸部 6 2丁も流れ方向及び径方向に間隔をあけて格子状に配列されてい る。 第三領域 6 3の凸部丁 （第三凸部 6 3丁） は、 第二凸部 6 2丁よりも流 れ方向における寸法がさらに長く設定された長方形状をなしている。 第二凸 部 6 2丁と同様に、 第三凸部 6 3丁も流れ方向及び径方向に間隔をあけて格 子状に配列されている。
[0036] 各凸部丁同士の間に形成される空間のうち、 径方向 （即ち、 蒸気の流れ方 向に直交する方向） に形成される空間は、 流路 とされている。 この流路 は、 径方向に隣接する一対の凸部丁同士の間に形成された空間を、 流れ方向 に連続させることで形成されている。 詳しくは後述するが、 この流路 を通 じて、 液滴の一部、 及び蒸気が流れ方向に流れることが可能である。
[0037] さらに、 図 4に示すように、 親水性凹凸領域 6では、 腹面 2 1 に直交す る方向における底面巳の高さが第一領域 6 1から第三領域 6 3に向かうにし たがって段階的に変化している。 より具体的には、 腹面 2 1 から底面巳ま での距離 （深さ方向の寸法） は、 スリッ ト 5に向かうにしたがって段階的に 大きくなっている。 第一領域 6 1の底面巳 （第一底面 6 1 巳） に比べて、 第 二領域 6 2の底面巳 （第二底面 6 2巳） はより深い位置に形成されている。 第二底面 6 2巳に比べて、 第三領域 6 3の底面巳 （第三底面 6 3巳） はより 深い位置に形成されている。 第 _底面 6 1 巳、 第二底面 6 2巳、 及び第三底 面 6 3巳はそれぞれ腹面 2 1 に沿った形状をなしている。 なお、 図示を簡 略化するため、 図 4では第一底面 6 1 巳、 第二底面 6 2巳、 及び第三底面 6 3巳がそれぞれ平面状をなしているものとして説明をしたが、 実際には腹面 2 1 の曲面形状に合わせて、 これら第一底面 6 1 巳、 第二底面 6 2巳、 及 び第三底面 6 3巳も曲面状に湾曲している。 第三底面 6 3巳は、 スリッ ト 5 \¥02020/175192 10 卩（：171?2020/005867
の上流側の端縁に接続されている。
[0038] 図 5に示すように、 流れ方向における凸部同士の間の寸法を 1_ 3とし、 流 れ方向における凸部丁の寸法を 1_匕としたとき、 凸部丁の寸法比 1_
Figure imgf000012_0001
匕 の値は、 第一領域 6 1から第三領域 6 3に向かって段階的に小さくなってい る。 より具体的には、 凸部丁の流れ方向上流側を向く第一端面丁 1 と、 この 凸部丁に隣接する他の凸部丁における下流側を向く第二端面丁 2との間の距 離が 1- 3とされている。 また、 一つの凸部丁における第一端面丁 1から第二 端面丁 2にかけての寸法 （即ち、 流れ方向における凸部丁の天面丁 3の寸法 ） が（-匕とされている。 望ましくは、 第一領域 6 1 において、 この寸法比 !_ 匕の値は、 1 よりも小さい値に設定される。 より望ましくは、 1- 3 / 1_ 13 < 0 . 8とされる。 最も望ましくは、
Figure imgf000012_0002
5とされる。
[0039] 上述したように、 第一領域 6 1から第三領域 6 3にかけて、 凸部丁がなす 矩形の長辺の長さが段階的に長くなっていることで、 第一領域 6 1から第三 領域 6 3に向かうに従って、 寸法比！-
Figure imgf000012_0003
いる。 なお、
Figure imgf000012_0004
（即ち、 凸部丁のピッチ） は、 1 未満、 又は 1 0 〇 以上とされている。 上記のような凸部丁を形成するに当たっては、 短 パルス加工や、 表面干渉波加工を含むレ _ザ_加工が好適に用いられる。
[0040] 上記のように凸部丁を構成した場合、 親水性凹凸領域 6では、 高い親水性 を示すことが知られている。 なお、 ここで言う 「親水性が高い」 状態とは、 親水性凹凸領域に付着した液滴が、 親水性凹凸領域の面に対してなす接触角 が 9 0 ° よりも小さい状態を指し、 特に、 接触角が 5 ° 未満となる状態を超 親水性と呼ぶ。
[0041 ] さらに、 上記の
Figure imgf000012_0005
匕の値が第一領域 6 1から第三領域 6 3に向かう にしたがって段階的に小さくすることで、 上述の流路 を流通する蒸気に対 する流動抵抗を段階的に小さくすることが可能となる。 具体的には図 6に示 すように、 液滴 が流れ方向に隣接する第一凸部 6 1 丁同士の間の空間に 滞留している場合、 流路 を流れる蒸気流れ 3に対して、 液滴 による 引っ張り力が生じる。 この力は、 蒸気流れ 3に対する流動抵抗となる。 つ \¥02020/175192 11 卩（：171?2020/005867
まり、 上記の寸法比
Figure imgf000013_0001
流路 の単位長さ 当たりにおける液滴 の引っ張り力が小さくなる。 したがって、 図 6に示 すように、 第二領域 6 2では、 第二凸部 6 2丁同士の間に捕捉された液滴 による引っ張り力が、 第一領域 6 1 よりも小さくなる。 同様に、 第三領域 6 3では、 第三凸部 6 3丁同士の間に捕捉された液滴による引っ張り力が、 第二領域 6 2よりも小さくなる。 即ち、 親水性凹凸領域 6では、 スリッ ト 5 に向かって下流側に向かうほど、 蒸気流れ 3に対する流動抵抗が小さくな っている。
[0042] 続いて、 本実施形態に係る静翼本体 2 1 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て液滴 （水滴） として静翼本体 2 1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、 粗大液液は自身に働く 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 3 1） 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夕ービ ン動翼の回転が阻害され、 制動損失が生じることもある。
[0043] しかしながら、 本実施形態に係る静翼本体 2 1では、 腹面 2 1 上にスリ ッ ト 5、 及び親水性凹凸領域 6が形成されている。 したがって、 液滴の大部 分をスリッ ト 5によって捕捉することができ、 下流側に向かって飛散する可 能性を低減することができる。 さらに、 このスリッ ト 5の上流側には、 腹面 2 1 よりも液膜許容量が大きい親水性凹凸領域 6が形成されていることか ら、 当該親水性凹凸領域 6に付着した液滴は、 付着後ただちにこの親水性凹 凸領域 6に拡散してなじむ。 その結果、 液滴が集合して成長する可能性を低 減することができる。 \¥02020/175192 12 卩（：171?2020/005867
[0044] ここで、 静翼本体 2 1の表面では、 上流側の端縁 （前縁 2 1 ） のみなら ず、 前縁 2 1 から後縁 2 1 にかけての中途でも液滴が付着して液膜を形 成することがある。 即ち、 液膜の流量は、 腹面 2 1 上における上流側から 下流側にかけて大きくなる。 したがって、 親水性が流れ方向の全域にわたっ て一様である場合、 液膜の流量増加に対応することができない。 その結果、 液膜がスリッ ト 5の上流側でさらに成長し、 粗大液滴となって飛散してしま う可能性がある。
[0045] しかしながら、 上記の構成では、 親水性凹凸領域 6の深さが、 スリッ ト 5 に向かって下流側に向かうほど大きくなっている。 これにより、 親水性凹凸 領域 6では、 下流側になるほど、 多くの液滴を保持することができる。 即ち 、 下流側になるほど、 見かけ上の液膜許容量が大きくなる。 したがって、 上 流側から下流側にかけての中途でさらに液滴が付着しても、 親水性凹凸領域 6の第二領域 6 2、 又は第三領域 6 3によって当該液滴を保持することがで き、 静翼本体 2 1の下流側に飛散する可能性を低減することができる。
[0046] ところで、 流れ方向における凸部丁同士の間に流れ込んだ液滴 と、 径 方向における凸部丁同士の間を流れる蒸気の流れ 3との間では、 液滴 と蒸気とが引き付けあうことによって、 蒸気の流れ 3に対する流動抵抗が 生じる。 この流動抵抗は、 流れ方向における凸部丁同士の間の寸法を !_ 3と し、 流れ方向における凸部の寸法を !_匕としたとき、 ！_
Figure imgf000014_0001
匕の値が小さ いほど減少する。 上記の構成によれば、 この寸法比 1_
Figure imgf000014_0002
匕の値が下流側 に向かうほど小さくなっていることから、 スリッ ト 5に近付くほど、 蒸気の 流れ 3に対する流動抵抗を小さくすることができる。 その結果、 親水性凹 凸領域 6を形成したことによる腹面 2 1 での損失を低減することができる
[0047] さらに、 上記構成によれば、 凸部丁が、 腹面 2 1 に直交する方向から見 て矩形であるとともに、 径方向から見て矩形の断面を有している。 したがっ て、 例えば凸部丁を矩形ではない他の多角形状や円柱状をなしている場合に 比べて、 より簡便かつ安価に当該凸部丁を形成することができる。 これによ \¥0 2020/175192 13 卩（：171? 2020 /005867
り、 静翼本体 2 1の製造に要するコスト、 時間を削減することができる。
[0048] 加えて、 上記構成によれば、 上流側から下流側にかけて、 親水性凹凸領域
6の深さ方向の寸法が段階的に大きくなっている。 これにより、 例えば、 深 さ方向の寸法が連続的に大きくなっている構成に比べて、 親水性凹凸領域 6 をより簡便かつ安価に形成することができる。 これにより、 静翼本体 2 1の 製造に要するコスト、 時間を削減することができる。
[0049] 以上、 本発明の第一実施形態について説明した。 なお、 本発明の要旨を逸 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、 上記第一実施形態では、 親水性凹凸領域 6が、 第一領域 6 1 、 第二領域 6 2、 及び第三領域 6 3の 3つの領域に分けられている例につい て説明した。 しかしながら、 親水性凹凸領域 6の態様は上記に限定されず、 親水性が異なる 4つ以上の領域に分けられた構成を採ることも可能である。
[0050] [第二実施形態]
次に、 本発明の第二実施形態について、 図 7を参照して説明する。 なお、 上記の第 _実施形態と同様の構成については同 _の符号を付し、 詳細な説明 を省略する。 図 7に示すように、 本実施形態では、 上述の親水性凹凸領域 6 のさらに上流側に、 撥水性を示す撥水性領域 7が設けられている。 なお、 こ こで言う 「撥水性を示す」 とは、 当該撥水性領域 7に付着した液滴のなす接 触角が、 9 0 ° 以上である状態を示す。 即ち、 撥水性領域 7に到達した液滴 は、 当該撥水性領域 7になじむことなく、 はじかれて、 下流側の親水性凹凸 領域 6に到達する。 即ち、 当該撥水性領域 7では、 液滴が集合してより大き な液膜を形成する前に、 蒸気の流れに乗って下流側に流れ去る。 つまり、 微 細な液滴のままの状態で、 当該液滴を下流側に流すことができる。 これによ り、 粒径の大きな液滴が下流側に流れることによる液膜の形成をさらに抑制 することができる。
ここで、 前述の接触角が 1 5 0 ° 以上である状態は超撥水状態といい、 よ り撥水機能を発揮できることから、 液膜の形成をより効果的に抑制すること ができる。 \¥02020/175192 14 卩（：171?2020/005867
[0051] 以上、 本発明の第二実施形態について説明した。 なお、 本発明の要旨を逸 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。
産業上の利用可能性
[0052] 本発明によれば、 液膜の成長をより一層低減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。
符号の説明
[0053] 1 00 蒸気タービン
1 回転軸
2 蒸気夕ービンケーシング
3 蒸気夕ービンロータ
4八 ジャーナル軸受
4巳 スラスト軸受
5 スリッ ト
6 親水性凹凸領域
7 撥水性領域
1 1 軸端
1 2 蒸気供給管
1 3 蒸気排出管
20 静翼
2 1 静翼本体
2 1 内周側端面
2 1 巳 外周側端面
2 1 前縁
2 1 腹面
2 1 0 背面
Figure imgf000016_0001
22 静翼シユラウド \¥02020/175192 15 卩 ！/·!? 2020 /005867
30 動翼
3 1 動翼本体
34 動翼シユラウド
5 1 スリット本体
52 拡大部
6 1 第一領域
6 1 巳 第一底面
6 1 丁 第一凸部
62 第二領域
62巳 第二底面
62丁 第二凸部
63 第三領域
63巳 第三底面
63丁 第三凸部
巳 底面
3 蒸気流れ
0 軸線
流路
3 蒸気
丁 凸部
丁 1 第一端面
丁 2 第二端面
丁 3 天面
液滴

Claims

\¥02020/175192 16 卩（：171?2020/005867 請求の範囲
[請求項 1 ] 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 上流側を向く腹面を有し、
前記腹面における下流側には、 前記径方向に延び、 前記蒸気のうち の液化した成分を捕捉するスリッ トが形成され、
該スリッ トよりも上流側には、 前記腹面に交差する深さ方向に凹む ことで前記腹面よりも液膜許容量が大きい親水性凹凸領域が形成され \
該親水性凹凸領域では、 前記スリッ トに向かって下流側に向かうほ ど前記深さ方向の寸法が大きく、 かつ流動抵抗が小さいタービン静翼
[請求項 2] 前記親水性凹凸領域は、 前記流れ方向、 及び前記径方向に間隔をあ けて配列された複数の凸部を有し、
前記流れ方向における前記凸部同士の間の寸法を !- 3とし、 前記流 れ方向における前記凸部の寸法を!-匕としたとき、 ！_ 3 / ! -匕の値は 、 前記スリッ トに向かって下流側に向かうほど小さくなる請求項 1 に 記載の夕ービン静翼。
[請求項 3] 該凸部は、 前記腹面に直交する方向から見て矩形であるとともに、 前記径方向から見て矩形の断面を有している請求項 2に記載の夕ービ ン静翼。
[請求項 4] 前記親水性凹凸領域では、 前記流れ方向の上流側から下流側にかけ て、 前記深さ方向の寸法が段階的に大きくなっている請求項 1から 3 のいずれか一項に記載のタービン静翼。
[請求項 5] 前記流れ方向における前記親水性凹凸領域の上流側に設けられ、 前記 腹面よりも撥水性の高い撥水性領域をさらに有する請求項 1から 4の いずれか一項に記載のタービン静翼。
[請求項 6] 軸線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 \¥0 2020/175192 17 卩（：17 2020 /005867
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と 該ケーシング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、 前記夕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 5のいずれか一項に記載の夕ービン静翼と、 を備える蒸気夕ービン。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220154586A1 (en) * 2019-02-27 2022-05-19 Mitsubishi Power, Ltd. Turbine stator blade and steam turbine
US11352908B1 (en) * 2019-02-27 2022-06-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator blade and steam turbine
US20220381157A1 (en) * 2019-12-11 2022-12-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator vane, turbine stator vane assembly, and steam turbine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230088458A (ko) * 2021-06-28 2023-06-19 미츠비시 파워 가부시키가이샤 터빈 정익, 및 증기 터빈
CN116378777A (zh) * 2023-03-31 2023-07-04 西安热工研究院有限公司 一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02267301A (ja) * 1989-04-10 1990-11-01 Hitachi Ltd 蒸気タービン静翼
JPH03131316A (ja) * 1989-07-10 1991-06-04 Bai Corp 液滴の分離装置および方法ならびにタービン
JP2007120478A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Toshiba Corp 蒸気タービンおよびその親水性コーティング材料
JP2007309235A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Toshiba Corp タービン翼
JP2017020443A (ja) * 2015-07-13 2017-01-26 株式会社東芝 蒸気タービンのノズルおよびこのノズルを具備する蒸気タービン
JP2017106451A (ja) * 2015-12-11 2017-06-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 蒸気タービン、蒸気タービンノズル、並びに蒸気タービンで水分を管理する方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1829674A (en) * 1928-12-08 1931-10-27 Gen Electric Elastic fluid turbine and the like
JP2007023895A (ja) * 2005-07-15 2007-02-01 Toshiba Corp 蒸気タービン、タービンノズルダイアフラム、及びこれらに用いられるノズル翼、並びにその製造方法
US20070031639A1 (en) * 2005-08-03 2007-02-08 General Electric Company Articles having low wettability and methods for making
JP5367705B2 (ja) 2008-06-23 2013-12-11 株式会社東芝 蒸気タービン及び蒸気タービン翼
JP2013155725A (ja) 2012-02-01 2013-08-15 Hitachi Ltd 蒸気タービンおよび蒸気タービンの静翼
JP5919123B2 (ja) * 2012-07-30 2016-05-18 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン、および蒸気タービンの静翼
JP5968173B2 (ja) * 2012-09-14 2016-08-10 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン静翼及び蒸気タービン
WO2015015858A1 (ja) * 2013-07-30 2015-02-05 三菱重工業株式会社 蒸気タービンの水分除去装置
JP6230383B2 (ja) * 2013-11-21 2017-11-15 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービンの静翼と蒸気タービン
JP6393178B2 (ja) * 2014-12-15 2018-09-19 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン静翼
JP6540357B2 (ja) * 2015-08-11 2019-07-10 三菱日立パワーシステムズ株式会社 静翼、及びこれを備えているガスタービン
JP6997555B2 (ja) 2017-08-04 2022-01-17 株式会社東芝 情報処理装置、通信システム、情報処理方法、およびプログラム
JP7179652B2 (ja) * 2019-02-27 2022-11-29 三菱重工業株式会社 タービン静翼、及び蒸気タービン
JP7179651B2 (ja) * 2019-02-27 2022-11-29 三菱重工業株式会社 タービン静翼、及び蒸気タービン
JP7378970B2 (ja) * 2019-06-10 2023-11-14 三菱重工業株式会社 蒸気タービン静翼、蒸気タービンおよび蒸気タービン静翼の製造方法
JP7293011B2 (ja) * 2019-07-10 2023-06-19 三菱重工業株式会社 蒸気タービン用静翼、蒸気タービン及び蒸気タービン用静翼の加熱方法
US11773753B2 (en) * 2019-12-11 2023-10-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator vane, turbine stator vane assembly, and steam turbine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02267301A (ja) * 1989-04-10 1990-11-01 Hitachi Ltd 蒸気タービン静翼
JPH03131316A (ja) * 1989-07-10 1991-06-04 Bai Corp 液滴の分離装置および方法ならびにタービン
JP2007120478A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Toshiba Corp 蒸気タービンおよびその親水性コーティング材料
JP2007309235A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Toshiba Corp タービン翼
JP2017020443A (ja) * 2015-07-13 2017-01-26 株式会社東芝 蒸気タービンのノズルおよびこのノズルを具備する蒸気タービン
JP2017106451A (ja) * 2015-12-11 2017-06-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 蒸気タービン、蒸気タービンノズル、並びに蒸気タービンで水分を管理する方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220154586A1 (en) * 2019-02-27 2022-05-19 Mitsubishi Power, Ltd. Turbine stator blade and steam turbine
US11352908B1 (en) * 2019-02-27 2022-06-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator blade and steam turbine
US11719132B2 (en) * 2019-02-27 2023-08-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator blade and steam turbine
US20220381157A1 (en) * 2019-12-11 2022-12-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator vane, turbine stator vane assembly, and steam turbine
US11773753B2 (en) * 2019-12-11 2023-10-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine stator vane, turbine stator vane assembly, and steam turbine

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