(57)【要約】【課題】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を提供する。【解決手段】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。【選択図】図２
2020139424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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Ｌａとし、前記流れ方向における前記凸部の寸法をＬｂとしたとき、Ｌａ／Ｌｂ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に記載のタービン静翼。
【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に記載のタービン静翼。
【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、前記タービン動翼と前記軸線方向に隣接して設けられた複数の請求項１から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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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、及びタービン動翼段を外周側から覆うケーシングと、ケーシングの内周面上でタービン動翼段と交互に配列された複数のタービン静翼段と、を備えている。ケーシングの上流側には外部から蒸気を取り込む吸入口が形成され、下流側には排気口が形成されている。吸入口から取り込まれた高温高圧の蒸気は、タービン静翼段で流れの方向と速度を調整された後、タービン動翼段で回転軸の回転力に変換される。
【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、最も下流側のタービン静翼段では、蒸気の一部が液化して微細な水滴として気流中に存在しており、その水滴の一部はタービン静翼の表面に付着する。この水滴は、翼面上ですぐに成長して液膜となる。液膜は、その周囲を常に高速の蒸気流に曝されているが、この液膜がさらに成長して厚みが増すと、その一部が蒸気流によってちぎれて粗大液滴の状態で飛散する。飛散した液滴は蒸気流により徐々に加速しながら下流側に流れる。大きな液滴ほど慣性力が大きく、主流蒸気に乗ってタービン動翼の間を通過することができずに、タービン動翼に衝突する。タービン動翼の周速は音速を超える場合があることから、飛散した液滴がタービン動翼に衝突した場合、その表面を侵食し、エロージョンを発生させることがある。また、液滴の衝突によってタービン動翼の回転が阻害され、制動損失が生じることもある。
【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２０１７−１０６４５１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、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Ｌａとし、前記流れ方向における前記凸部の寸法をＬｂとしたとき、Ｌａ／Ｌｂ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。
【００１１】
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Ｌａとし、流れ方向における凸部の寸法をＬｂとしたとき、Ｌａ／Ｌｂの値が小さいほど減少する。上記の構成によれば、このＬａ／Ｌｂ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、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。
【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Ａ−Ａ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１００は、軸線Ｏ方向に沿って延びる蒸気タービンロータ３と、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う蒸気タービンケーシング２と、蒸気タービンロータ３の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４Ａ、及びスラスト軸受４Ｂと、を備えている。
【００２３】
蒸気タービンロータ３は、軸線Ｏ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３０を有している。動翼３０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Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列が配列されている。動翼３０は、動翼本体３１（タービン動翼）と、動翼シュラウド３４と、を有している。動翼本体３１は、蒸気タービンロータ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３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。動翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。
【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Ｏ方向一方側には、蒸気Ｓを取り込む蒸気供給管１２が設けられている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気Ｓを排出する蒸気排出管１３が設けられている。蒸気は、蒸気タービンケーシング２の内部で、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって流れる。以降の説明では、蒸気の流れる方向を単に「流れ方向」と呼ぶ。さらに、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を流れ方向の上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を流れ方向の下流側と呼ぶ。
【００２５】
蒸気タービンケーシング２の内周面には、複数の静翼２０の列が設けられている。静翼２０は、静翼本体２１（タービン静翼）と、静翼シュラウド２２と、静翼台座２４と、を有している。静翼本体２１は、静翼台座２４を介して蒸気タービンケーシング２の内周面に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼本体２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２０は内周面上で周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２０の間の領域に入り込むようにして配置される。つまり、静翼２０、及び動翼３０は、蒸気の流れ方向に交差する方向（軸線Ｏに対する径方向）に延びている。
【００２６】
蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成された蒸気タービンケーシング２の内部に供給される。蒸気タービンケーシング２の内部を通過する中途で、蒸気Ｓは静翼２０と動翼３０とを交互に通過する。静翼２０は蒸気Ｓの流れを整流し、整流された蒸気Ｓの塊が動翼３０を押すことによって蒸気タービンロータ３に回転力を与える。蒸気タービンロータ３の回転力は、軸端１１から取り出されて外部の機器（発電機等）の駆動に用いられる。蒸気タービンロータ３の回転に伴って、蒸気Ｓは下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（復水器等）に向かって排出される。
【００２７】
ジャーナル軸受４Ａは、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４Ａは、蒸気タービンロータ３の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受４Ｂは、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受４Ｂは、蒸気タービンロータ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２１の構成について説明する。静翼本体２１は、流れ方向に交差する方向である径方向（軸線Ｏに対する径方向）に延びている。径方向から見た静翼本体２１の断面は翼型をなしている。より詳細には、流れ方向の上流側の端縁である前縁２１Ｆは曲面状をなしている。下流側の端縁である後縁２１Ｒは径方向から見て周方向の寸法が次第に小さくなることでテーパ形状をなしている。前縁２１Ｆから後縁２１Ｒにかけて、静翼本体２１は、軸線Ｏに対する周方向一方側から他方側に向かって緩やかに湾曲している。
【００２９】
静翼本体２１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２１Ｑとされている。背面２１Ｑ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２１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２１Ｐとされている。腹面２１Ｐ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２１Ｐにおける圧力が、背面２１Ｑにおける圧力よりも高くなる。
【００３０】
静翼本体２１の径方向内側を向く端面は内周側端面２１Ａとされ、径方向外側を向く端面は外周側端面２１Ｂとされている。なお、図１で示した静翼シュラウド２２、及び静翼台座２４は、図２では省略している。
【００３１】
腹面２１Ｐ上で、外周側端面２１Ｂ側に偏った部分（即ち、内周側端面２１Ａよりも外周側端面２１Ｂに近い部分）には、スリット５、及び親水性凹凸領域６が形成されている。スリット５は、腹面２１Ｐ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２１Ｐに沿って前縁２１Ｆ側から後縁２１Ｒ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２１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２１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２１Ｆ）側に広がっている。親水性凹凸領域６は、腹面２１Ｐよりも高い親水性を有しており、腹面２１Ｐに沿って前縁２１Ｆ側から流れてくる液滴をはじくことなく、後縁２１Ｒ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２１Ｆ側から後縁２１Ｒ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２１Ｆ側の領域は第一領域６１とされ、最も後縁２１Ｒ側の領域は第三領域６３とされている。第一領域６１と第三領域６３との間の領域は第二領域６２とされている。
【００３３】
第一領域６１に比べて第二領域６２では液膜許容量が大きい。第二領域６２に比べて第三領域６３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６１に比べて第二領域６２では液滴に対する流動抵抗が小さい。第二領域６２に比べて第三領域６３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６１、第二領域６２、及び第三領域６３には、それぞれ複数の凸部Ｔが設けられている。凸部Ｔは、腹面２１Ｐ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６１の凸部Ｔ（第一凸部６１Ｔ）は、腹面２１Ｐ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６１Ｔは、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。なお、凸部Ｔ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６２の凸部Ｔ（第二凸部６２Ｔ）は、腹面２１Ｐ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６１Ｔ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６１Ｔと同様に、第二凸部６２Ｔ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６３の凸部Ｔ（第三凸部６３Ｔ）は、第二凸部６２Ｔ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６２Ｔと同様に、第三凸部６３Ｔ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Ｔ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Ｐとされている。この流路Ｐは、径方向に隣接する一対の凸部Ｔ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Ｐ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２１Ｐに直交する方向における底面Ｂの高さが第一領域６１から第三領域６３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２１Ｐから底面Ｂ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６１の底面Ｂ（第一底面６１Ｂ）に比べて、第二領域６２の底面Ｂ（第二底面６２Ｂ）はより深い位置に形成されている。第二底面６２Ｂに比べて、第三領域６３の底面Ｂ（第三底面６３Ｂ）はより深い位置に形成されている。第一底面６１Ｂ、第二底面６２Ｂ、及び第三底面６３Ｂはそれぞれ腹面２１Ｐ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６１Ｂ、第二底面６２Ｂ、及び第三底面６３Ｂ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２１Ｐの曲面形状に合わせて、これら第一底面６１Ｂ、第二底面６２Ｂ、及び第三底面６３Ｂも曲面状に湾曲している。第三底面６３Ｂは、スリット５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Ｌａとし、流れ方向における凸部Ｔの寸法をＬｂとしたとき、凸部Ｔの寸法比Ｌａ／Ｌｂの値は、第一領域６１から第三領域６３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Ｔの流れ方向上流側を向く第一端面Ｔ１と、この凸部Ｔに隣接する他の凸部Ｔにおける下流側を向く第二端面Ｔ２との間の距離がＬａとされている。また、一つの凸部Ｔにおける第一端面Ｔ１から第二端面Ｔ２にかけての寸法（即ち、流れ方向における凸部Ｔの天面Ｔ３の寸法）がＬｂとされている。望ましくは、第一領域６１において、この寸法比Ｌａ／Ｌｂの値は、１よりも小さい値に設定される。より望ましくは、Ｌａ／Ｌｂ＜０．８とされる。最も望ましくは、Ｌａ／Ｌｂ＜０．５とされる。
【００３９】
上述したように、第一領域６１から第三領域６３にかけて、凸部Ｔ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６１から第三領域６３に向かうに従って、寸法比Ｌａ／Ｌｂの値は段階的に小さくなっている。なお、Ｌａの値（即ち、凸部Ｔのピッチ）は、１μｍ未満、又は１００μｍ以上とされている。上記のような凸部Ｔ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ーザー加工が好適に用いられる。
【００４０】
上記のように凸部Ｔ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９０°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Ｌａ／Ｌｂの値が第一領域６１から第三領域６３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Ｐ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Ｗｄが流れ方向に隣接する第一凸部６１Ｔ同士の間の空間に滞留している場合、流路Ｐを流れる蒸気流れＦｓに対して、液滴Ｗｄによる引っ張り力が生じる。この力は、蒸気流れＦｓに対する流動抵抗となる。つまり、上記の寸法比Ｌａ／Ｌｂの値を小さくすることで、流路Ｐの単位長さ当たりにおける液滴Ｗｄ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６２では、第二凸部６２Ｔ同士の間に捕捉された液滴Ｗｄによる引っ張り力が、第一領域６１よりも小さくなる。同様に、第三領域６３では、第三凸部６３Ｔ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６２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Ｆｓ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２１における蒸気の挙動について説明する。蒸気タービンケーシング２内を通過する蒸気は、上流側から下流側に向かうにつれて仕事をすることで温度が低下する。したがって、最も下流側のタービン静翼段では、蒸気の一部が液化して液滴（水滴）として静翼本体２１の表面に付着する。この液滴は、徐々に成長して液膜となる。液膜がさらに成長すると、その一部がちぎれて粗大液滴として飛散する。飛散した液滴は蒸気の主流に乗って下流側に流れようとするが、粗大液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３１）に衝突する。タービン動翼の周速は音速を超える場合があることから、飛散した液滴がタービン動翼に衝突した場合、その表面を侵食し、エロージョンを発生させることがある。また、液滴の衝突によってタービン動翼の回転が阻害され、制動損失が生じることもある。
【００４３】
しかしながら、本実施形態に係る静翼本体２１では、腹面２１Ｐ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。
【００４４】
ここで、静翼本体２１の表面では、上流側の端縁（前縁２１Ｆ）のみならず、前縁２１Ｆから後縁２１Ｒ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２１Ｐ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６２、又は第三領域６３によって当該液滴を保持することができ、静翼本体２１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Ｔ同士の間に流れ込んだ液滴Ｗｄと、径方向における凸部Ｔ同士の間を流れる蒸気の流れＦｓとの間では、液滴Ｗｄと蒸気とが引き付けあうことによって、蒸気の流れＦｓ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Ｔ同士の間の寸法をＬａとし、流れ方向における凸部の寸法をＬｂとしたとき、Ｌａ／Ｌｂ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Ｌａ／Ｌｂ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Ｆｓ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２１Ｐ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Ｔが、腹面２１Ｐ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Ｔ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Ｔを形成することができる。これにより、静翼本体２１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２１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６１、第二領域６２、及び第三領域６３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、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図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、９０°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１５０°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。
【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。
【符号の説明】
【００５２】
１００  蒸気タービン
１  回転軸
２  蒸気タービンケーシング
３  蒸気タービンロータ
４Ａ  ジャーナル軸受
４Ｂ  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
１１  軸端
１２  蒸気供給管
１３  蒸気排出管
２０  静翼
２１  静翼本体
２１Ａ  内周側端面
２１Ｂ  外周側端面
２１Ｆ  前縁
２１Ｐ  腹面
２１Ｑ  背面
２１Ｒ  後縁
２２  静翼シュラウド
３０  動翼
３１  動翼本体
３４  動翼シュラウド
５１  スリット本体
５２  拡大部
６１  第一領域
６１Ｂ  第一底面
６１Ｔ  第一凸部
６２  第二領域
６２Ｂ  第二底面
６２Ｔ  第二凸部
６３  第三領域
６３Ｂ  第三底面
６３Ｔ  第三凸部
Ｂ  底面
Ｆｓ  蒸気流れ
Ｏ  軸線
Ｐ  流路
Ｓ  蒸気
Ｔ  凸部
Ｔ１  第一端面
Ｔ２  第二端面
Ｔ３  天面
Ｗｄ  液滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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