WO2023276385A1 - タービン静翼、及び蒸気タービン - Google Patents

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俊介 水見
創一朗 田畑
光司 石橋
哲 三宅
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三菱パワー株式会社
三菱重工業株式会社
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Definitions

  • a steam turbine includes a rotating shaft rotatable around an axis, a plurality of turbine rotor blade rows arranged at intervals in the axial direction on the outer peripheral surface of the rotating shaft, the rotating shaft, and the turbine rotor blade rows arranged on the outer circumference. and a plurality of rows of turbine stator blades radially supported by an inner ring and an outer ring on the inner peripheral side of the casing.
  • Each turbine rotor blade row has a plurality of rotor blades arranged in the circumferential direction of the rotating shaft, and each turbine stator blade row has a plurality of stator blades arranged in the circumferential direction of the rotating shaft.
  • the turbine rotor blade row forms one stage by being arranged adjacent to the turbine stator blade row on the downstream side in the axial direction.
  • a suction port connected to an inlet pipe for taking in steam from the outside is formed on the upstream side of the casing, and an exhaust chamber is formed on the downstream side.
  • the steam generated in the boiler has its pressure and temperature adjusted by the control valve, and its flow rate adjusted by the turbine inlet valve before flowing into the turbine.
  • the high-temperature, high-pressure steam taken in from the inlet pipe is converted to rotational force of the rotating shaft by the turbine rotor blade row after the flow direction and speed are adjusted by the turbine stator blade row.
  • steam turbines for thermal power generation generally consist of a high pressure turbine, an intermediate pressure turbine and a low pressure turbine.
  • a gas-liquid two-phase flow environment exists in two stages (a pair of a turbine stator blade row and a turbine rotor blade row) counted from the most downstream side of the low-pressure turbine. Therefore, in the most downstream stage, part of the steam is liquefied and exists as fine droplets (water droplets) in the airflow, and some of the droplets adhere to the surface of the turbine stationary blade.
  • one guide groove is formed on the surface of the turbine rotor blade. It is said that by guiding the liquid droplets along the guide grooves, it is possible to prevent the liquid droplets from flowing to the tip side of the turbine rotor blade, which has a high peripheral speed.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a turbine stator vane and a steam turbine capable of suppressing or collecting droplets more efficiently.
  • a turbine stator vane includes a stator vane body extending in a radial direction that intersects the flow direction of steam, and a liquid flow path formed on the surface of the stator vane body and flowing along the surface. a recovery section for recovering the film; and a central region formed on the surface of the stationary blade main body and formed with a plurality of first fine grooves extending from the upstream side in the flow direction toward the recovery section. The interval between the first fine grooves adjacent to each other becomes narrower toward the collecting portion from the side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a steam turbine according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a steam turbine according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the shape of fine grooves according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a diagram showing a first modified example of a turbine stator vane according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a diagram showing a second modified example of a turbine stator vane according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first modified example of fine grooves according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second modified example of fine grooves according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third modified example of fine grooves according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fourth modified example of fine grooves according to an embodiment of the present disclosure
  • the steam turbine 1 includes a rotor 2 and a casing 3.
  • the rotor 2 has a rotating shaft 6 with a circular cross section extending along the axis O and a plurality of rotor blade cascades 7 provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 .
  • the rotary shaft 6 is rotatable around the axis O.
  • a plurality of rotor blade cascades 7 are arranged at intervals in the axis O direction.
  • Each moving blade cascade 7 has a plurality of moving blades 8 arranged in the circumferential direction of the axis O.
  • the rotor blades 8 extend radially outward from the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 . A detailed configuration of the rotor blade 8 will be described later.
  • the casing 3 is supported from the outer peripheral side and the inner peripheral side by a casing main body 3H that covers the rotor 2 from the outer peripheral side, and an outer ring 21 (described later) and an inner ring 23 (described later) provided on the inner peripheral side of the casing main body 3H. and a plurality of stator blade cascades 9 that are arranged.
  • the casing main body 3H has a cylindrical shape centered on the axis O. As shown in FIG.
  • the plurality of stator blade cascades 9 are arranged at intervals in the axis O direction.
  • the steam turbine 1 has the same number of rotor blade cascades 7 as the stator blade cascades 9, and one rotor blade cascade 7 is positioned between a pair of stator blade cascades 9 adjacent to each other in the axis O direction. That is, the moving blade cascades 7 and the stationary blade cascades 9 are alternately arranged in the axis O direction.
  • One stator blade cascade 9 and one rotor blade cascade 7 form one "stage".
  • Each stationary blade cascade 9 has a plurality of stationary blades 10 arranged in the circumferential direction of the axis O. As shown in FIG.
  • the stationary blade 10 extends radially with respect to the axis O. As shown in FIG.
  • a steam passage 11 is formed on one side of the casing main body 3H in the direction of the axis O to take in the high-temperature, high-pressure steam guided from the inlet pipe into the section of the casing main body 3H.
  • An exhaust chamber 12 that recovers the pressure of the steam is provided on the other side of the casing body 3H in the direction of the axis O. As shown in FIG.
  • the steam that has flowed into the steam flow path 11 flows through the stages in the casing body 3H, then passes through the exhaust chamber 12 and is sent to the condenser (not shown).
  • the side on which the steam flow path 11 is located as viewed from the exhaust chamber 12 is referred to as the upstream side in the steam flow direction.
  • the side on which the exhaust chamber 12 is located when viewed from the steam flow path 11 is called the downstream side.
  • the rotor blade 8 has a platform 81 , a rotor blade body 82 and a shroud 83 .
  • the platform 81 is installed on the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 (rotating shaft outer peripheral surface 6A).
  • a moving blade main body 82 is provided on the outer peripheral side of the platform 81 .
  • the rotor blade main body 82 extends in the radial direction and has an airfoil cross-sectional shape when viewed in the radial direction.
  • the rotor blade body 82 is formed so that the dimension in the direction of the axis O gradually decreases from the radially inner side to the outer side.
  • a shroud 83 is provided at the radially outer end of the moving blade main body 82 .
  • the shroud 83 has a substantially rectangular cross-sectional shape whose longitudinal direction is the direction of the axis O. As shown in FIG.
  • the outer peripheral surface of the shroud 83 faces the inner peripheral surface of the casing main body 3H (3A of the casing inner peripheral surface) with a gap in the radial direction.
  • the stationary blade 10 has an outer ring 21 , a stationary blade main body 22 (blade main body), and an inner ring 23 .
  • the stator blade main body 22 also has a central region 41, an outer region 42, an inner region 43, and a slit 13 (recovery portion 14).
  • the outer ring 21 has an annular shape centered on the axis O. As shown in FIG. The outer ring 21 is supported by the casing main body 3H via a support member (not shown).
  • the stationary blade body 22 is fixed between the outer ring 21 and the inner ring 23 .
  • the stator vane main body 22 extends radially inward from the outer ring inner peripheral surface 21A and has an airfoil cross-sectional shape when viewed in the radial direction.
  • the stationary blade main body 22 extends in a direction intersecting the steam flow direction.
  • the stator vane main body 22 gradually decreases in dimension in the direction of the axis O from the radially outer side to the inner side.
  • An inner ring 23 is provided at the radially inner end of the stationary blade main body 22 .
  • the inner ring 23 has a substantially rectangular cross-sectional shape whose longitudinal direction is the direction of the axis O. As shown in FIG.
  • the inner peripheral surface of the inner ring 23 faces the rotating shaft outer peripheral surface 6A with a gap in the radial direction.
  • the surface of the stator vane body 22 (more specifically, of the two surfaces in the thickness direction of the stator vane body 22 , the surface facing the upstream side: ventral surface) has a central region 41 , an outer region 42 , and an inner region 43 . and a slit 13 are formed.
  • a plurality of fine grooves 5 recessed inward from the surface of the stationary blade main body 22 are formed in the central region 41 , the outer region 42 , and the inner region 43 .
  • the fine grooves 5 are provided to transport droplets generated on the surface of the stationary blade main body 22 to the downstream side along the steam flow.
  • the fine grooves 5 are arranged at intervals in the radial direction.
  • the fine grooves 5 (first fine grooves 51) formed in the central region 41 are spaced apart from the first fine grooves 51 adjacent to each other as they go from the leading edge 22a side to the trailing edge 22b side of the stationary blade main body 22. is narrowed. That is, the central region 41 gradually decreases in radial dimension from the front edge 22a side toward the rear edge 22b side.
  • the downstream end portions of the first fine grooves 51 communicate with the slits 13 to be described later.
  • the outer region 42 is formed radially outward of the central region 41 .
  • the fine grooves 5 (second fine grooves 52) formed in the outer region 42 are curved radially outward from the front edge 22a toward the downstream side. A downstream end of the second fine groove 52 is connected to the inner peripheral surface of the outer ring 21 .
  • the inner region 43 is formed radially inward of the central region 41 .
  • the fine grooves 5 (third fine grooves 53) formed in the inner region 43 are curved radially inward from the front edge 22a toward the downstream side.
  • the downstream end of the third fine groove 53 extends to a radially inner region (near the inner ring 23) of the trailing edge 22b.
  • the central region 41 (first fine groove 51) occupies the largest proportion, and the outer region 42 and the inner region 43 occupy a smaller area than the central region 41.
  • a slit 13 is formed as a recovery portion 14 for recovering the liquid film flowing through the first fine groove 51 on the side of the trailing edge 22b in the central region 41 described above.
  • the slit 13 extends along the trailing edge 22b.
  • the slit 13 is one or more elongated holes that communicate with the interior of the stationary blade main body 22 . That is, the stationary blade body 22 is hollow.
  • the internal space of the stationary blade main body 22 is desirably brought into a negative pressure state by a device (not shown).
  • the fine groove 5 has a rectangular cross-sectional shape.
  • the interval (pitch) between adjacent fine grooves 5 is p
  • the depth of the fine grooves 5 is h
  • the width of the opening is w
  • the width of the bottom is b
  • the value of w is 0.3. ⁇ 2.0 mm is desirable.
  • the value of b/w is desirably 0 to 2.0 (details will be described later, but when this value is 0, the fine groove 5 has a triangular cross section. equivalent to ).
  • it is desirable that the value of h/w is 0.5 to 2.0.
  • the value of p/w is desirably 0.5 to 3.0.
  • the steam passing through the paragraphs in the main flow path of the turbine has its energy converted into rotational energy every time it passes through the paragraphs from the upstream side to the downstream side, and the temperature (and pressure) drops. Therefore, in the stator blade cascade 9 on the most downstream side, part of the steam is liquefied and exists in the airflow as fine droplets. Adheres to surfaces. This droplet grows and becomes a liquid film. Furthermore, as the droplets continue to increase, the thickness of the liquid film increases as it flows downstream. It scatters as coarse droplets from the trailing edge of the blade. The scattered droplets flow downstream while being gradually accelerated by the steam flow. When the coarse droplets collide with the moving blade 8 on the downstream side, erosion may occur on the surface of the moving blade 8 . Moreover, the collision of droplets may hinder the rotation of the moving blades 8 (rotor 2), resulting in braking loss.
  • a plurality of fine grooves 5 are formed on the surface of the stationary blade main body 22 as described above.
  • the droplets trapped in the fine grooves 5 flow downstream along with the steam flow.
  • the droplets flow along the first microgrooves 51 towards the slits 13 .
  • the droplet is collected by the negative pressure of the slit 13 .
  • droplets flow radially outward along the second fine grooves 52 and are guided to the inner peripheral surface of the outer ring 21 . In other words, the droplets do not reach the rotor blades 8 on the downstream side.
  • droplets flow radially inward along the third fine grooves 53 . As a result, the droplets do not reach the tip portion of the moving blade 8 where the peripheral speed is high.
  • the distance between the first fine grooves 51 becomes narrower from the upstream side toward the recovery portion 14 (slits 13).
  • the liquid film and droplets can be guided toward the recovery section 14 from a wider range on the upstream side.
  • the size of the collection unit 14 itself can be reduced accordingly. As a result, it is possible to reduce the possibility that the main flow of steam will be affected, compared to the case where the recovery section 14 is large.
  • the liquid film generated radially outside the central region 41 can be guided further radially outward (for example, the inner peripheral surface of the outer ring 21) by the second fine grooves 52. This can further reduce the possibility of droplets scattering downstream of the stator vane main body 22 .
  • the liquid film generated inside the central region 41 in the radial direction can be guided further inward in the radial direction by the third fine grooves 53 . This can further reduce the possibility of droplets scattering downstream of the stator vane main body 22 .
  • the first fine grooves 51b are curved radially outward from the front edge 22a side toward the slit 13 side.
  • the turning angle which is the angle formed by the extending direction of the first fine grooves 51b with respect to the flow direction F of the steam, gradually decreases toward the slit 13 . That is, the portion of the first fine groove 51b on the slit 13 side has a larger radius of curvature than the portion on the front edge 22a side. In other words, the rate of increase in the turning angle is gradually reduced from the front edge 22a side toward the slit 13 side. It is also possible to make the portion on the slit 13 side a clothoid curve.
  • the direction in which the first fine grooves 51b extend changes along the flow direction of the steam toward the slit 13 .
  • the flow velocity of the liquid film increases as it approaches the slit 13, making it possible to collect the liquid film more efficiently.
  • a main groove 51c and a sub-groove 51d are formed as the fine grooves 5 in the central region 41 .
  • the main groove 51c extends from the front edge 22a side toward the slit 13, and the distance between adjacent main grooves 51c is narrowed.
  • the minor groove 51d starts from the front edge 22a side and merges with one of the main grooves 51c at the end point.
  • the shape of the fine grooves 5 can be changed variously as long as the above-described dimensional conditions are satisfied.
  • FIG. 6 it is possible to make the width b of the bottom portion larger than the width w of the opening (b>w).
  • FIG. 7 it is also possible to make the width b of the bottom portion smaller than the width w of the opening (b ⁇ w).
  • a turbine stator vane (stator vane 10) includes a stator vane body 22 extending in a radial direction that intersects the steam flow direction, and a and a plurality of first fine grooves 51 formed on the surface of the stationary blade main body 22 and extending from the upstream side in the flow direction toward the recovery portion 14 are formed.
  • a central region 41 is provided, and the interval between the first fine grooves 51 adjacent to each other is narrowed from the upstream side toward the recovery portion 14 .
  • the distance between the first fine grooves 51 becomes narrower from the upstream side toward the recovery section 14 .
  • the liquid film can be guided toward the recovery section 14 from a wider range on the upstream side.
  • the size of the collection unit 14 itself can be reduced. This can reduce the possibility of affecting the main stream of steam.
  • the turning angle which is the angle formed by the extending direction of the first fine grooves 51b with respect to the flow direction, increases toward the collecting portion 14. It may be gradually smaller.
  • the direction in which the first fine grooves 51b extend changes along the flow direction of the steam toward the recovery section 14 .
  • the flow velocity of the liquid film increases as it approaches the collecting section 14, and the liquid film can be collected more efficiently.
  • the turning angle which is the angle formed by the extending direction of the first fine grooves 51b with respect to the flow direction, toward the collecting portion 14
  • the rate of increase may gradually decrease.
  • the rate of increase in the turning angle of the first fine grooves 51b gradually decreases toward the collecting portion 14.
  • the flow velocity of the liquid film increases as it approaches the collecting section 14, and the liquid film can be collected more efficiently.
  • the turbine stator vane (stator vane 10) according to the fourth aspect is formed radially outward of the central region 41 on the surface of the stator vane main body 22, and is radially outward from the upstream side toward the downstream side.
  • the outer region 42 may further include a plurality of second microgrooves 52 extending toward the outer region 42 .
  • the liquid film generated on the radially outer side of the central region 41 can be guided further radially outward (for example, the inner peripheral surface of the outer ring 21) by the second fine grooves 52. This can further reduce the possibility of droplets scattering downstream of the stator vane main body 22 .
  • the turbine stator vane (stator vane 10) is formed radially inward of the central region 41 on the surface of the stator vane main body 22, and is radially inward from the upstream side toward the downstream side. It may further include an inner region 43 formed with a plurality of third microgrooves 53 extending toward.
  • the liquid film generated inside the central region 41 in the radial direction can be guided further radially inward by the third fine grooves 53 . This can further reduce the possibility of droplets scattering downstream of the stator vane main body 22 .
  • the steam turbine 1 includes a rotating shaft 6 extending along the axis O, and a plurality of turbine rotor blades extending radially outward from the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 and arranged in the circumferential direction. (moving blades 8), a casing 3 covering the rotating shaft 6 and the plurality of turbine moving blades from the outside, and a plurality of rotating blades extending radially inward from the inner peripheral surface of the casing 3 and arranged in the circumferential direction. and a turbine stator vane (stator vane 10) according to any one of the aspects described above.

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Abstract

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、静翼本体の表面に形成され、表面に沿って流れる液膜を回収する回収部と、静翼本体の表面に形成され、流れ方向の上流側から回収部に向かって延びる複数の第一微細溝が形成された中央領域と、を備え、上流側から回収部に向かうに従って、互いに隣り合う第一微細溝同士の間の間隔が狭くなっている。

Description

タービン静翼、及び蒸気タービン
　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、２０２１年６月２８日に日本に出願された特願２０２１－１０６９４４号について優先権を主張し、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列と、回転軸、及びタービン動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列と、を備えている。各タービン動翼列は、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。タービン動翼列は、タービン静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、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、タービン静翼列で流れの方向と速度を調整された後、タービン動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（タービン静翼列とタービン動翼列の対）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粗大液滴として下流側へ飛散する。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。
　このようなエロージョンの発生を防ぐために、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に記載された蒸気タービンでは、タービン動翼の表面に一つの案内溝が形成されている。この案内溝に沿って液滴が案内されることで、周速の高いタービン動翼の先端側に液滴が流れることを防ぐことができるとされている。
特開２０１６－１６６５６９号公報
　しかしながら、上記のようにタービン動翼での液滴の流れを規制するのみでは、エロージョンに対する根本的な解決策とはならない。そこで、タービン静翼における液滴の抑制や回収をすることが可能な技術に対する要請が高まっていた。
　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、液滴をより効率的に抑制、又は回収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、該表面に沿って流れる液膜を回収する回収部と、前記静翼本体の表面に形成され、前記流れ方向の上流側から前記回収部に向かって延びる複数の第一微細溝が形成された中央領域と、を備え、上流側から前記回収部に向かうに従って、互いに隣り合う前記第一微細溝同士の間の間隔が狭くなっている。
　本開示によれば、液滴をより効率的に抑制、又は回収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。
本開示の実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本開示の実施形態に係る微細溝の形状を示す断面図である。 本開示の実施形態に係るタービン静翼の第一変形例を示す図である。 本開示の実施形態に係るタービン静翼の第二変形例を示す図である。 本開示の実施形態に係る微細溝の第一変形例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る微細溝の第二変形例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る微細溝の第三変形例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る微細溝の第四変形例を示す断面図である。
（蒸気タービンの構成）
　以下、本開示の実施形態に係る蒸気タービン１、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Ｏ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Ｏ回りに回転可能である。複数の動翼翼列７は、軸線Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏ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に流れ込んだ蒸気は、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。以下の説明では、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Ｏ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Ｏ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（翼本体）と、内輪２３とを有している。また、静翼本体２２は、中央領域４１と、外側領域４２と、内側領域４３と、スリット１３（回収部１４）と、を有している。外輪２１は、軸線Ｏ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Ｏ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Ｏ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、中央領域４１と、外側領域４２と、内側領域４３と、スリット１３とが形成されている。これら中央領域４１、外側領域４２、及び内側領域４３には、静翼本体２２の表面から内側に向かって凹む微細溝５が複数形成されている。微細溝５は、静翼本体２２の表面で発生した液滴を蒸気の流れに沿って下流側に移送するために設けられている。微細溝５は、径方向に間隔をあけて配列されている。
　中央領域４１に形成された微細溝５（第一微細溝５１）は、静翼本体２２の前縁２２ａ側から後縁２２ｂ側に向かうに従って、互いに隣り合う第一微細溝５１同士の間の間隔が狭くなっている。つまり、中央領域４１は、前縁２２ａ側から後縁２２ｂ側に向かうに従って次第に径方向の寸法が小さくなっている。これら第一微細溝５１の下流側の端部は後述するスリット１３に連通している。
　外側領域４２は、中央領域４１の径方向外側に形成されている。外側領域４２に形成された微細溝５（第二微細溝５２）は、前縁２２ａ側から下流側に向かうに従って、径方向外側に向かうように湾曲している。第二微細溝５２の下流側の端部は、外輪２１の内周面に接続されている。
　内側領域４３は、中央領域４１の径方向内側に形成されている。内側領域４３に形成された微細溝５（第三微細溝５３）は、前縁２２ａ側から下流側に向かうに従って、径方向内側に向かうように湾曲している。第三微細溝５３の下流側の端部は、後縁２２ｂにおける径方向内側の領域（内輪２３の近傍）まで延びている。
　前縁２２ａ側では、中央領域４１（第一微細溝５１）が最も大きな比率を占め、外側領域４２、及び内側領域４３は中央領域４１よりも占有する面積が小さい。
　上記の中央領域４１における後縁２２ｂ側には、第一微細溝５１中を流れてきた液膜を回収する回収部１４としてのスリット１３が形成されている。スリット１３は、後縁２２ｂに沿って延びている。スリット１３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。
　次いで、図３を参照して微細溝５の寸法について説明する。同図に示すように、本実施形態では微細溝５は矩形の断面形状を有している。隣接する微細溝５同士の間の間隔（ピッチ）をｐとし、微細溝５の深さをｈ、開口部の幅をｗ、底面部の幅をｂとした場合、ｗの値は０．３～２．０ｍｍであることが望ましい。また、ｂ／ｗの値は、０～２．０であることが望ましい（詳しくは後述するが、この値が０である場合とは、微細溝５が三角形状の断面を有している場合に相当する。）。さらに、ｈ／ｗの値は、０．５～２．０であることが望ましい。ｐ／ｗの値は、０．５～３．０であることが望ましい。
（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Ｏ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の表面に複数の微細溝５が形成されている。微細溝５に捕捉された液滴は、蒸気の流れに乗って下流側に流れる。中央領域４１では、液滴は第一微細溝５１に沿ってスリット１３に向かって流れる。スリット１３の負圧によって当該液滴は回収される。また、外側領域４２では、液滴は第二微細溝５２に沿って径方向外側に向かって流れ、外輪２１の内周面に導かれる。つまり、下流側の動翼８には液滴が到達しない。同様に、内側領域４３では、液滴は第三微細溝５３に沿って径方向内側に向かって流れる。これにより、周速が速い動翼８の先端部には液滴は到達しない。
　特に、上記構成によれば、上流側から回収部１４（スリット１３）に向かうに従って、第一微細溝５１同士の間の間隔が狭くなっている。これにより、上流側のより広い範囲から液膜や液滴を回収部１４に向かって案内することができる。また、これにより、回収部１４自体の大きさを小さく抑えることもできる。その結果、回収部１４を大きく確保した場合に比べて、蒸気の主流に影響が及ぶ可能性を低減することができる。
　また、上記構成によれば、中央領域４１の径方向外側で生じた液膜を、第二微細溝５２によってさらに径方向外側（例えば外輪２１の内周面）に向かって導くことができる。これにより、静翼本体２２の下流側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。
　さらに、上記構成によれば、中央領域４１の径方向内側で生じた液膜を、第三微細溝５３によってさらに径方向内側に向かって導くことができる。これにより、静翼本体２２の下流側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。
（その他の実施形態）
　以上、本開示の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、静翼１０の第一変形例として図４に示す構成を採ることも可能である。当該第一変形例では、第一微細溝５１ｂが前縁２２ａ側からスリット１３側に向かうに従って、径方向外側に向かうように湾曲している。さらに、スリット１３に向かうに従って、蒸気の流れ方向Ｆに対して第一微細溝５１ｂの延びる方向がなす角度である転向角が次第に小さくなっている。つまり、第一微細溝５１ｂにおけるスリット１３側の部分では、前縁２２ａ側の部分に比べて曲率半径が大きくなっている。さらに言い換えれば、前縁２２ａ側からスリット１３側に向かうに従って、上記の転向角の増加率が次第に小さくなっている。なお、スリット１３側の部分をクロソイド曲線とすることも可能である。
　上記構成によれば、スリット１３に向かうに従って、第一微細溝５１ｂの延びる方向が蒸気の流れ方向に沿うように変化する。これにより、スリット１３に近づくほど液膜の流速が増し、より効率的に当該液膜を回収することが可能になる。
　さらに、静翼１０の第二変形例として図５に示す構成を採ることも可能である。当該第二変形例では、中央領域４１に微細溝５として主溝５１ｃと、副溝５１ｄとが形成されている。主溝５１ｃは前縁２２ａ側からスリット１３に向かって延びるとともに互いに隣り合う主溝５１ｃ同士の間の間隔が狭くなっている。副溝５１ｄは、前縁２２ａ側を始点として、終点で主溝５１ｃのうちの１つに合流している。このような構成によっても、前縁２２ａ側のより広い範囲で液膜を回収することが可能となる。
　また、上記実施形態では、微細溝５が矩形の断面形状を有する例について説明した。しかしながら、上述の寸法の条件を満たす限りにおいて、微細溝５の形状は種々に変更することが可能である。例えば図６に示すように、底面部の幅ｂを開口部の幅ｗよりも大きくすることも可能である（ｂ＞ｗ）。図７に示すように、底面部の幅ｂを開口部の幅ｗよりも小さくすることも可能である（ｂ＜ｗ）。図８に示すように、微細溝５の断面形状を三角形とすることも可能である（ｂ＝０）。さらに、図９に示すように、底面部を円弧状とすることも可能である。
＜付記＞
　各実施形態に記載の装置Ｘ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、該表面に沿って流れる液膜を回収する回収部１４と、前記静翼本体２２の表面に形成され、前記流れ方向の上流側から前記回収部１４に向かって延びる複数の第一微細溝５１が形成された中央領域４１と、を備え、上流側から前記回収部１４に向かうに従って、互いに隣り合う前記第一微細溝５１同士の間の間隔が狭くなっている。
　上記構成によれば、上流側から回収部１４に向かうに従って、第一微細溝５１同士の間の間隔が狭くなっている。これにより、上流側のより広い範囲から液膜を回収部１４に向かって案内することができる。また、回収部１４自体の大きさを小さく抑えることもできる。これにより、蒸気の主流に影響が及ぶ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（静翼１０）では、前記回収部１４に向かうに従って、前記流れ方向に対して前記第一微細溝５１ｂの延びる方向がなす角度である転向角が次第に小さくなっていてもよい。
　上記構成によれば、回収部１４に向かうに従って、第一微細溝５１ｂの延びる方向が蒸気の流れ方向に沿うように変化する。これにより、回収部１４に近づくほど液膜の流速が増し、より効率的に当該液膜を回収することが可能になる。
（３）第３の態様に係るタービン静翼（静翼１０）では、前記回収部１４に向かうに従って、前記流れ方向に対して前記第一微細溝５１ｂの延びる方向がなす角度である転向角の増加率が次第に小さくなっていてもよい。
　上記構成によれば、回収部１４に向かうに従って、第一微細溝５１ｂの転向角の増加率が次第に小さくなる。これにより、回収部１４に近づくほど液膜の流速が増し、より効率的に当該液膜を回収することが可能になる。
（４）第４の態様に係るタービン静翼（静翼１０）は、前記静翼本体２２の表面における前記中央領域４１の径方向外側に形成され、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側に向かって延びる複数の第二微細溝５２が形成された外側領域４２をさらに備えてもよい。
　上記構成によれば、中央領域４１の径方向外側で生じた液膜を、第二微細溝５２によってさらに径方向外側（例えば外輪２１の内周面）に向かって導くことができる。これにより、静翼本体２２の下流側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。
（５）第５の態様に係るタービン静翼（静翼１０）は、前記静翼本体２２の表面における前記中央領域４１の径方向内側に形成され、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側に向かって延びる複数の第三微細溝５３が形成された内側領域４３をさらに備えてもよい。
　上記構成によれば、中央領域４１の径方向内側で生じた液膜を、第三微細溝５３によってさらに径方向内側に向かって導くことができる。これにより、静翼本体２２の下流側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。
（６）第６の態様に係る蒸気タービン１は、軸線Ｏに沿って延びる回転軸６と、該回転軸６の外周面から径方向外側に延びるとともに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、及び前記複数のタービン動翼を外側から覆うケーシング３と、該ケーシング３の内周面から径方向内側に向かって延びるとともに周方向に複数配列された上記いずれか一の態様に係るタービン静翼（静翼１０）と、を備える。
　上記構成によれば、液滴が下流側に飛散することによるエロージョンの発生が抑制された蒸気タービン１を提供することができる。
　本開示によれば、液滴をより効率的に抑制、又は回収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
５　微細溝
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
１３　スリット
１４　回収部
２１　外輪
２１Ａ　外輪内周面
２２　静翼本体（翼本体）
２２ａ　前縁
２２ｂ　後縁
２３　内輪
４１　中央領域
４２　外側領域
４３　内側領域
５１，５１ｂ　第一微細溝
５１ｃ　主溝
５１ｄ　副溝
５２　第二微細溝
５３　第三微細溝
８１　プラットフォーム
８２　動翼本体
８３　シュラウド
Ｏ　軸線

Claims (6)

  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、該表面に沿って流れる液膜を回収する回収部と、
    　前記静翼本体の表面に形成され、前記流れ方向の上流側から前記回収部に向かって延びる複数の第一微細溝が形成された中央領域と、
    を備え、
    　上流側から前記回収部に向かうに従って、互いに隣り合う前記第一微細溝同士の間の間隔が狭くなっているタービン静翼。
  2. 　前記回収部に向かうに従って、前記流れ方向に対して前記第一微細溝の延びる方向がなす角度である転向角が次第に小さくなっている請求項１に記載のタービン静翼。
  3. 　前記回収部に向かうに従って、前記流れ方向に対して前記第一微細溝の延びる方向がなす角度である転向角の増加率が次第に小さくなっている請求項１に記載のタービン静翼。
  4. 　前記静翼本体の表面における前記中央領域の径方向外側に形成され、上流側から下流側に向かうに従って径方向外側に向かって延びる複数の第二微細溝が形成された外側領域をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン静翼。
  5. 　前記静翼本体の表面における前記中央領域の径方向内側に形成され、上流側から下流側に向かうに従って径方向内側に向かって延びる複数の第三微細溝が形成された内側領域をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン静翼。
  6. 　軸線に沿って延びる回転軸と、
    　該回転軸の外周面から径方向外側に延びるとともに周方向に配列された複数のタービン動翼と、
    　前記回転軸、及び前記複数のタービン動翼を外側から覆うケーシングと、
    　該ケーシングの内周面から径方向内側に向かって延びるとともに周方向に複数配列された請求項１から５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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