(57)【要約】【課題】干渉損失や二次流れ損失を低減すると共に、混合損失を低減することができる軸流タービンを提供する。【解決手段】軸流タービンは、ダイヤフラム外輪２の内周側に設けられた複数の静翼３と、複数の静翼３の内周側に設けられたダイヤフラム内輪４と、ロータ５の外周側に設けられた複数の動翼６と、複数の動翼６の外周側に設けられたシュラウド７と、主流路８と、キャビティ１３Ａとを有する。主流路８は、ダイヤフラム外輪２の内周面９とダイヤフラム内輪４の外周面１０の間に形成された流路と、シュラウド７の内周面１１とロータ５の外周面１２の間に形成された流路とで構成されている。キャビティ１３Ａは、ダイヤフラム内輪４とロータ５の間に形成されている。ロータ５の外周面１２は、複数の突起部１５及び複数の窪み部１６を有する。各窪み部１６は、主流路８の静翼３を通過した作動流体の相対的な流れ方向に沿って延在する。【選択図】図３
2020139464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内周側に設けられたダイヤフラム外輪と、
前記ダイヤフラム外輪の内周側に設けられ、周方向に配列された複数の静翼と、
前記複数の静翼の内周側に設けられたダイヤフラム内輪と、
ロータと、
前記ロータの外周側に設けられ、前記複数の静翼の下流側に位置すると共に周方向に配列された複数の動翼と、
前記複数の動翼の外周側に設けられたシュラウドと、
前記ダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面の間に形成された流路と前記シュラウドの内周面と前記ロータの外周面の間に形成された流路で構成され、作動流体が流通する主流路と、
前記ダイヤフラム内輪と前記ロータの間に形成され、作動流体の一部が前記主流路の前記静翼の上流側から流入して前記主流路の前記静翼の下流側に流出するキャビティと、を備えた軸流タービンにおいて、
前記ロータの外周面は、周方向に交互に配置された複数の突起部及び複数の窪み部を有し、
前記複数の突起部の各々は、周方向において前記動翼の前縁位置を含む範囲に、軸方向において前記ロータの外周面の前縁位置を含む範囲に形成されており、
前記複数の窪み部の各々は、周方向において隣り合う前記動翼の前縁の間に位置し、軸方向において前記ロータの外周面の前縁位置を含む範囲に形成され、且つ、前記主流路の前記静翼を通過した作動流体の前記ロータに対する相対的な流れ方向に沿って延在したことを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
請求項１に記載の軸流タービンにおいて、
前記複数の窪み部の各々は、軸方向において前記動翼の前縁位置より上流側を含む範囲に形成されたことを特徴とする軸流タービン。
【請求項３】
請求項２に記載の軸流タービンにおいて、
前記複数の窪み部の各々は、軸方向において前記動翼の前縁位置より下流側を含み且つ前記動翼の最大幅をとる位置より下流側を含まない範囲に形成されたことを特徴とする軸流タービン。
【請求項４】
ケーシングの内周側に設けられたダイヤフラム外輪と、
前記ダイヤフラム外輪の内周側に設けられ、周方向に配列された複数の静翼と、
前記複数の静翼の内周側に設けられたダイヤフラム内輪と、
ロータと、
前記ロータの外周側に設けられ、前記複数の静翼の上流側に位置すると共に周方向に配列された複数の動翼と、
前記複数の動翼の外周側に設けられたシュラウドと、
前記ダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面の間に形成された流路と前記シュラウドの内周面と前記ロータの外周面の間に形成された流路で構成された主流路と、
前記シュラウドと前記ケーシング又は前記ダイヤフラム外輪の間に形成され、作動流体の一部が前記主流路の前記動翼の上流側から流入して前記主流路の前記動翼の下流側に流出するキャビティと、を備えた軸流タービンにおいて、
前記ダイヤフラム外輪の内周面は、周方向に交互に配置された複数の突起部及び複数の窪み部を有し、
前記複数の突起部の各々は、周方向において前記静翼の前縁位置を含む範囲に、軸方向において前記ダイヤフラム外輪の内周面の前縁位置を含む範囲に形成されており、
前記複数の窪み部の各々は、周方向において隣り合う前記静翼の前縁の間に位置し、軸方向において前記ダイヤフラム外輪の内周面の前縁位置を含む範囲に形成され、且つ、前記キャビティから流出した作動流体の絶対的な流れ方向から前記主流路の前記動翼を通過した作動流体の絶対的な流れ方向に徐々に向かうように湾曲して延在したことを特徴とする軸流タービン。
【請求項５】
請求項４に記載の軸流タービンにおいて、
前記複数の窪み部の各々は、軸方向において前記静翼の前縁位置より上流側を含む範囲に形成されたことを特徴とする軸流タービン。
【請求項６】
請求項５に記載の軸流タービンにおいて、
前記複数の窪み部の各々は、軸方向において前記静翼の前縁位置より下流側を含み且つ前記静翼の最大幅をとる位置より下流側を含まない範囲に形成されたことを特徴とする軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントの蒸気タービンやガスタービン等に用いられる軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流タービンは、例えば、ケーシングの内周側に設けられた環状のダイヤフラム外輪と、ダイヤフラム外輪の内周側に設けられ、周方向に配列された複数の静翼と、複数の静翼の内周側に設けられた環状のダイヤフラム内輪と、ロータと、ロータの外周側に設けられ、周方向に配列された複数の動翼と、複数の動翼の外周側に設けられた環状のシュラウドとを備える。
【０００３】
軸流タービンの主流路は、ダイヤフラム外輪の内周面とダイヤフラム内輪の外周面の間に形成された流路と、シュラウドの内周面とロータの外周面の間に形成された流路とで構成されている。主流路には、複数の静翼（言い換えれば、１つの静翼列）が配置されるとともに、それらの下流側に複数の動翼（言い換えれば、１つの動翼列）が配置されており、これら静翼と動翼の組合せが１つの段落を構成している。一般的に、軸方向に複数段設けられている。主流路を流れる作動流体は、静翼によって増速、転向され、その後、動翼に対して回転力を付与するようになっている。
【０００４】
ダイヤフラム内輪とロータの間には、第１キャビティが形成されている。作動流体の一部は、主流路の静翼の上流側から第１キャビティに流入し、第１キャビティから主流路の静翼の下流側に流出する。この作動流体は、静翼によって増速、転向されていないので、損失が発生する。この損失を低減するため、第１キャビティには、ラビリンスシールが設けられている。
【０００５】
シュラウドとケーシング又はダイヤフラム外輪の間には、第２キャビティが形成されている。作動流体の一部は、主流路の動翼の上流側から第２キャビティに流入し、第２キャビティから主流路の動翼の下流側に流出する。この作動流体は、動翼に対して回転力を付与しないので、損失が発生する。この損失を低減するため、第２キャビティには、ラビリンスシールが設けられている。
【０００６】
特許文献１は、例えば、第１キャビティから動翼の翼間流路に向かう流れの圧力損失を抑えるための、ロータの外周面の構造を提案している。詳しく説明すると、ロータの外周面は、周方向に交互に配置された複数の突起部及び複数の窪み部を有する。複数の突起部の各々は、周方向において動翼の前縁位置を含む範囲に、軸方向において動翼の前縁位置より上流側に形成されている。複数の窪み部の各々は、周方向において隣り合う動翼の前縁の間に位置し、軸方向において動翼の前縁位置より上流側に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４８７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、例えば、主流路の静翼を通過した作動流体の絶対的な流れ（詳細には、静止体側を基準とした流れ）は、大きな周方向速度成分を有するのに対し、第１キャビティから主流路に流出する作動流体の絶対的な流れは、小さい周方向速度成分を有する。別の言い方をすれば、主流路の静翼を通過した作動流体の相対的な流れ（詳細には、回転体側を基準とした流れ）は、ロータの回転方向の周方向速度成分を有するのに対し、第１キャビティから主流路に流出する作動流体の相対的な流れは、ロータの回転方向とは反対の周方向速度成分を有する。そのため、静翼からの流れと第１キャビティからの流れが合流する際に混合損失が発生する。特許文献１のロータの外周面の窪み部は、例えば軸方向に延在しており、前述した混合損失を低減する点が考慮されていなかった。
【０００９】
本発明の目的は、干渉損失や二次流れ損失を低減すると共に、混合損失を低減することができる軸流タービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、ケーシングの内周側に設けられたダイヤフラム外輪と、前記ダイヤフラム外輪の内周側に設けられ、周方向に配列された複数の静翼と、前記複数の静翼の内周側に設けられたダイヤフラム内輪と、ロータと、前記ロータの外周側に設けられ、前記複数の静翼の下流側に位置すると共に周方向に配列された複数の動翼と、前記複数の動翼の外周側に設けられたシュラウドと、前記ダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面の間に形成された流路と前記シュラウドの内周面と前記ロータの外周面の間に形成された流路で構成され、作動流体が流通する主流路と、前記ダイヤフラム内輪と前記ロータの間に形成され、作動流体の一部が前記主流路の前記静翼の上流側から流入して前記主流路の前記静翼の下流側に流出するキャビティと、を備えた軸流タービンにおいて、前記ロータの外周面は、周方向に交互に配置された複数の突起部及び複数の窪み部を有し、前記複数の突起部の各々は、周方向において前記動翼の前縁位置を含む範囲に、軸方向において前記ロータの外周面の前縁位置を含む範囲に形成されており、前記複数の窪み部の各々は、周方向において隣り合う前記動翼の前縁の間に位置し、軸方向において前記ロータの外周面の前縁位置を含む範囲に形成され、且つ、前記主流路の前記静翼を通過した作動流体の前記ロータに対する相対的な流れ方向に沿って延在する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、干渉損失や二次流れ損失を低減すると共に、混合損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態における蒸気タービンの部分構造を模式的に表す軸方向断面図である。
【図２】図１中断面II−IIによる周方向断面図であり、主流路内の流れを示す。
【図３】本発明の第１の実施形態における主流路の静翼の下流側の流れと第１キャビティの出口側の流れの違いを表す図とロータの外周面の構造を表す展開図である。
【図４】図３中矢印IV方向から見た図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における主流路の動翼の下流側の流れと第２キャビティの出口側の流れの違いを表す図とダイヤフラム外輪の内周面の構造を表す展開図である。
【図６】図５中矢印VI方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を蒸気タービンに適用した場合の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態における蒸気タービンの部分構造を模式的に表す軸方向断面図である。図２は、図１中断面II−IIによる周方向断面図であり、主流路内の流れを示す。
【００１５】
本実施形態の蒸気タービンは、ケーシング１の内周側に設けられた環状のダイヤフラム外輪２と、このダイヤフラム外輪２の内周側に設けられた複数の静翼３と、これら静翼３の内周側に設けられた環状のダイヤフラム内輪４とを備えている。複数の静翼３は、ダイヤフラム外輪２とダイヤフラム内輪４の間に、周方向に所定の間隔で配列されている。
【００１６】
また、蒸気タービンは、ロータ５と、このロータ５の外周側に設けられた複数の動翼６と、これら動翼６の外周側に設けられた環状のシュラウド７とを備えている。複数の動翼６は、ロータ５とシュラウド７の間に、周方向に所定の間隔で配列されている。
【００１７】
蒸気タービンの主流路８は、ダイヤフラム外輪２の内周面９とダイヤフラム内輪４の外周面１０の間に形成された流路や、シュラウド７の内周面１１とロータ５の外周面１２の間に形成された流路で構成されている。すなわち、ダイヤフラム外輪２は、複数の静翼３の外周側を連結すると共に、主流路８の壁面を構成する内周面９を有する。ダイヤフラム内輪４は、複数の静翼３の内周側を連結すると共に、主流路８の壁面を構成する外周面１０を有する。シュラウド７は、複数の動翼６の外周側を連結すると共に、主流路８の壁面を構成する内周面１１を有する。ロータ５は、複数の動翼６の内周側を連結すると共に、主流路８の壁面を構成する外周面１２を有する。
【００１８】
主流路８には、複数の静翼３（言い換えれば、１つの静翼列）が配置されるとともに、それらの下流側（図１中右側）に複数の動翼６（言い換えれば、１つの動翼列）が配置されており、これら静翼３と動翼６の組合せが１つの段落を構成している。なお、図１では、便宜上、１段目の動翼６と、２段目の静翼３及び動翼６しか示されていないが、一般的には、蒸気（作動流体）の内部エネルギーを効率よく回収するために、軸方向に３段以上設けられている。
【００１９】
主流路８内の蒸気は、図１中白抜き矢印で示すように流れている。そして、静翼３にて蒸気の内部エネルギー（言い換えれば、圧力エネルギー等）が運動エネルギー（言い換えれば、速度エネルギー）に変換され、動翼６にて蒸気の運動エネルギーがロータ５の回転エネルギーに変換される。また、ロータ５の端部には発電機（図示せず）が接続されており、この発電機によってロータ５の回転エネルギーが電気エネルギーに変換されるようになっている。
【００２０】
主流路８内の蒸気の流れ（主流）について、図２を用いて説明する。蒸気は、静翼３の前縁側（図２中上側）から絶対速度ベクトルＣ１（詳細には、周方向速度成分をほぼ持たない絶対的な流れ）で流入する。そして、静翼３の間を通過する際に増速、転向されて絶対速度ベクトルＣ２（詳細には、大きな周方向速度成分を持つ絶対的な流れ）となり、静翼３の後縁側（図２中下側）から流出する。静翼３から流出した蒸気の大部分は、動翼６に衝突してロータ５を速度Ｕで回転させる。このとき、蒸気は、動翼６を通過する際に減速、転向されて、相対速度ベクトルＷ２から相対速度ベクトルＷ３となる。したがって、動翼６から流出する蒸気は、絶対速度ベクトルＣ３（詳細には、周方向速度成分をほぼ持たない絶対的な流れ）となる。
【００２１】
上述の図１に戻り、ダイヤフラム内輪４とロータ５の間にはキャビティ１３Ａ（第１キャビティ）が形成されている。蒸気の一部は、主流路８の静翼３の上流側からキャビティ１３Ａに流入し、キャビティ１３Ａから主流路８の静翼３の下流側に流出する。この蒸気は、静翼３によって増速、転向されていないので、損失が発生する。この損失を低減するため、キャビティ１３Ａにはラビリンスシール１４Ａが設けられている。ラビリンスシール１４Ａは、例えば、ダイヤフラム内輪４側に設けられた複数のフィンと、ロータ５側に形成された複数の突起で構成されている。
【００２２】
シュラウド７とケーシング１の間にはキャビティ１３Ｂ（第２キャビティ）が形成されている。蒸気の一部は、主流路８の動翼６の上流側からキャビティ１３Ｂに流入し、キャビティ１３Ｂから主流路８の動翼６の下流側に流出する。この蒸気は、動翼６に対して回転力を付与しないので、損失が発生する。この損失を低減するため、キャビティ１３Ｂにはラビリンスシール１４Ｂが設けられている。ラビリンスシール１４Ｂは、例えば、ケーシング１側に設けられた複数のフィンと、シュラウド７側に形成された複数の突起で構成されている。
【００２３】
ところで、一般的に、主流路８の動翼６の入口側では、周方向の圧力分布が生じている。詳しく説明すると、周方向において動翼６の前縁の近傍の領域では、静圧が比較的高くなる。そのため、この領域では、主流路８からキャビティ１３Ａへ向かう漏れ込み流れが生じる。一方、周方向において隣り合う動翼６の前縁の中間の領域では、静圧が比較的低くなる。そのため、この領域では、キャビティ１３Ａから主流路８に向かう吹き出し流れが生じる。そして、周方向における流れの違いによって、干渉損失が大きくなる。また、前述した流れの違いの影響を受けて、動翼６の二次流れ損失が大きくなる。
【００２４】
また、一般的に、主流路８の静翼３を通過した蒸気の流れとキャビティ１３Ａから主流路８に流出する蒸気の流れが異なっている。詳しく説明すると、主流路８の静翼３の上流側における蒸気は、図２で示すように周方向速度成分をほぼ持たない絶対的な流れであり、主流路８からキャビティ１３Ａに流入する蒸気も、周方向速度成分をほぼ持たない絶対的な流れである。しかし、蒸気がキャビティ１３Ａを流れる際にロータ５の回転の影響を受けるため、後述の図３（ａ）で示すように、キャビティ１３Ａから主流路８に流出する蒸気は、絶対速度ベクトルＣ４（詳細には、小さな周方向速度成分を持つ絶対的な流れ）となる。言い換えれば、キャビティ１３Ａから主流路８に流出する蒸気は、相対速度ベクトルＷ４（詳細には、ロータ５の回転方向とは反対の周方向速度成分を持つ相対的な流れ）となる。
【００２５】
一方、主流路８の静翼３を通過した蒸気は、図２及び後述の図３（ａ）で示すように絶対速度ベクトルＣ２（詳細には、大きな周方向速度成分を持つ絶対的な流れ）となっている。言い換えれば、主流路８の静翼３を通過した蒸気は、相対速度ベクトルＷ２（詳細には、ロータ５の回転方向の周方向速度成分を持つ相対的な流れ）となっている。そのため、静翼３からの流れとキャビティ１３Ａからの流れが合流する際に混合損失が発生する。
【００２６】
そこで、本実施形態では、ロータ５の外周面１２は、上述した干渉損失や二次流れ損失を低減すると共に、上述した混合損失を低減するための構造を有している。その詳細を、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図４を用いて説明する。図３（ａ）は、本実施形態における主流路の静翼の下流側の流れと第１キャビティの出口側の流れの違いを表す図である。図３（ｂ）は、本実施形態におけるロータの外周面の構造を表す展開図である。図４は、図３（ｂ）中矢印IV方向から見た図である。なお、図３（ｂ）中の点線は、突起部及び窪み部の等高線を示している。
【００２７】
本実施形態のロータ５の外周面１２は、ほぼ円筒面であり、この円筒面から半径方向の外側に突出した複数の突起部１５と、円筒面から半径方向の内側に窪んだ複数の窪み部１６とを有している。突起部１５及び窪み部１６は、周方向に交互に配置されている。
【００２８】
各突起部１５は、周方向において動翼６の前縁位置Ｐ１を含む範囲に形成されている。具体的に説明すると、例えば、動翼６の最大幅Ｄ１と同じ範囲であって、その中心位置が動翼６の前縁位置Ｐ１と同じである。また、各突起部１５は、軸方向においてロータ５の外周面１２の前縁位置を含み且つ動翼６の前縁位置Ｐ１より上流側だけを含む範囲に形成されている。また、各突起部１５は、軸方向に沿って延在する。
【００２９】
各窪み部１６は、周方向において隣り合う動翼６の前縁の間に位置する。具体的に説明すると、例えば、翼間のピッチ長Ｌ１と動翼６の最大幅Ｄ１との差分である範囲であって、その中心位置が隣り合う動翼６の前縁の中間に位置する。また、各窪み部１６は、軸方向においてロータ５の外周面１２の前縁位置を含み、動翼６の前縁位置Ｐ１より上流側だけでなく下流側を含み、且つ動翼６の最大幅Ｄ１をとる位置Ｐ３より下流側を含まない範囲に形成されている。
【００３０】
上述したロータ５の外周面１２の突起部１５により、その周方向の範囲における主流路８の幅が縮小する。これにより、その周方向の範囲における蒸気の流速が上昇し、静圧が低下する。また、上述したロータ５の外周面１２の窪み部１６により、その周方向の範囲における主流路８の幅が拡大する。これにより、その周方向の範囲における蒸気の流速が低下し、静圧が上昇する。したがって、周方向における圧力差を低減して、周方向における流れの違いを抑えることができる。その結果、干渉損失や二次流れ損失を低減することができる。
【００３１】
更に、本実施形態では、各窪み部１６は、主流路８の静翼３を通過した蒸気の相対的な流れ方向（言い換えれば、相対速度ベクトルＷ２の向き）に沿って延在している。詳しく説明すると、周方向における窪み部１６の各断面は、例えば略三角形状をなし、各断面の底を結んだ直線が蒸気の相対的な流れ方向となっている。また、各窪み部１６は、蒸気の相対的な流れ方向に沿って徐々に浅くなるように形成されている。そして、キャビティ１３Ａからの蒸気がロータ５の外周面１２の窪み部１６に沿って流れることにより、転向される。特に、本実施形態では、各窪み部１６は、軸方向において動翼６の前縁位置Ｐ１より上流側だけでなく下流側も含む範囲に形成されているため、流れ転向作用を十分に得ることができる。これにより、キャビティ１３Ａからの蒸気を相対速度ベクトルＷ２の向きに転向して、混合損失の低減を図ることができる。
【００３２】
なお、第１の実施形態において、突起部１５は、周方向において動翼６の最大幅Ｄ１と同じ範囲で形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば、周方向において動翼６の最大幅Ｄ１の０．９〜１．１倍の範囲内で形成されてもよい。また、第１の実施形態において、突起部１５は、周方向において中心位置が動翼６の前縁位置Ｐ１と同じである場合を例にとって説明したが、これに限られず、周方向において動翼６の前縁位置Ｐ１を含む範囲に形成されていれば、中心位置が動翼６の前縁位置Ｐ１と異なっていてもよい。また、第１の実施形態において、突起部１５は、軸方向に延在する場合を例にとって説明したが、これに限られず、窪み部１６と同様、主流路８の静翼３を通過した蒸気のロータ５に対する相対的な流れ方向（言い換えれば、相対速度ベクトルＷ２の向き）に沿って延在してもよい。
【００３３】
また、第１の実施形態において、窪み部１６は、周方向において突起部１５と連続するように形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、周方向において突起部１５と連続しないように形成されてもよい。また、第１の実施形態において、窪み部１６は、軸方向において動翼６の前縁位置Ｐ１より上流側だけでなく下流側も含む範囲に形成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、窪み部１６は、流れ転向作用が十分に得られないものの、軸方向において動翼６の前縁位置Ｐ１より上流側だけを含む範囲に形成されてもよい。
【００３４】
本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
【００３５】
一般的に、主流路８の静翼３の入口側では、周方向の圧力分布が生じている。詳しく説明すると、周方向において静翼３の前縁の近傍の領域では、静圧が比較的高くなる。そのため、この領域では、主流路８からキャビティ１３Ｂへ向かう漏れ込み流れが生じる。一方、周方向において隣り合う静翼３の前縁の中間の領域では、静圧が比較的低くなる。そのため、この領域では、キャビティ１３Ｂから主流路８に向かう吹き出し流れが生じる。そして、周方向における流れの違いによって、干渉損失が大きくなる。また、前述した流れの違いの影響を受けて、静翼３の二次流れ損失が大きくなる。
【００３６】
また、一般的に、主流路８の動翼６を通過した蒸気の流れとキャビティ１３Ｂから主流路８に流出する蒸気の流れが異なっている。詳しく説明すると、主流路８の動翼６の上流側における蒸気は、上述の図２で示すように大きな周方向速度成分を持つ絶対的な流れであり、主流路８からキャビティ１３Ｂに流入する蒸気も、大きな周方向速度成分を持つ絶対的な流れである。そのため、後述の図５（ａ）で示すように、キャビティ１３Ｂから主流路８に流出する蒸気は、絶対速度ベクトルＣ５（詳細には、大きな周方向速度成分を持つ絶対的な流れ）となる。一方、主流路８の動翼６を通過した蒸気は、上述の図２及び後述の図５（ａ）で示すように絶対速度ベクトルＣ３（詳細には、周方向速度成分をほぼ持たない絶対的な流れ）となっている。そのため、動翼６からの流れとキャビティ１３Ｂからの流れが合流する際に混合損失が発生する。
【００３７】
そこで、本実施形態では、ダイヤフラム外輪２の内周面９は、上述した干渉損失や二次流れ損失を低減すると共に、上述した混合損失を低減するための構造を有している。その詳細を、図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図６を用いて説明する。
【００３８】
図５（ａ）は、本実施形態における主流路の動翼の下流側の流れと第２キャビティの出口側の流れの違いを表す図である。図５（ｂ）は、本実施形態におけるダイヤフラム外輪の内周面の構造を表す展開図である。図６は、図５（ｂ）中矢印VI方向から見た図である。なお、図５（ｂ）中の点線は、突起部及び窪み部の等高線を示している。
【００３９】
本実施形態のダイヤフラム外輪２の内周面９は、ほぼ円筒面であり、この円筒面から半径方向の内側に突出した複数の突起部１７と、円筒面から半径方向の外側に窪んだ複数の窪み部１８とを有している。突起部１７及び窪み部１８は、周方向に交互に配置されている。
【００４０】
各突起部１７は、周方向において静翼３の前縁位置Ｐ２を含む範囲に形成されている。具体的に説明すると、例えば、静翼３の最大幅Ｄ２と同じ範囲であって、その中心位置が静翼３の前縁位置Ｐ２と同じである。また、各突起部１７は、軸方向においてダイヤフラム外輪２の内周面９の前縁位置を含み且つ静翼３の前縁位置Ｐ２より上流側だけを含む範囲に形成されている。また、各突起部１７は、軸方向に沿って延在する。
【００４１】
各窪み部１８は、周方向において隣り合う静翼３の前縁の間に位置する。具体的に説明すると、例えば、翼間のピッチ長Ｌ２と静翼３の最大幅Ｄ２との差分である範囲であって、その中心位置が隣り合う静翼３の前縁の中間に位置する。また、各窪み部１８は、軸方向においてダイヤフラム外輪２の内周面９の前縁位置を含み、静翼３の前縁位置Ｐ２より上流側だけでなく下流側を含み、且つ静翼３の最大幅Ｄ２をとる位置Ｐ４より下流側を含まない範囲に形成されている。
【００４２】
上述したダイヤフラム外輪２の内周面９の突起部１７により、その周方向の範囲における主流路８の幅が縮小する。これにより、その周方向の範囲における蒸気の流速が上昇し、静圧が低下する。また、上述したダイヤフラム外輪２の内周面９の窪み部１８により、その周方向の範囲における主流路８の幅が拡大する。これにより、その周方向の範囲における蒸気の流速が低下し、静圧が上昇する。したがって、周方向における圧力差を低減して、周方向における流れの違いを抑えることができる。その結果、干渉損失や二次流れ損失を低減することができる。
【００４３】
更に、本実施形態では、各窪み部１８は、キャビティ１３Ｂから流出した蒸気の絶対的な流れ方向（言い換えれば、絶対速度ベクトルＣ５の向き）から主流路８の動翼６を通過した蒸気の絶対的な流れ方向（言い換えれば、絶対速度ベクトルＣ３の向き）に徐々に向かうように湾曲して延在している。詳しく説明すると、周方向における窪み部１８の各断面は、例えば略三角形状をなし、各断面の底を結んだ曲線が絶対速度ベクトルＣ５の向きから絶対速度ベクトルＣ３の向きに変化している。また、各窪み部１８は、前述した曲線に沿って徐々に浅くなるように形成されている。そして、キャビティ１３Ｂからの蒸気がダイヤフラム外輪２の内周面９の窪み部１８に沿って流れることにより、転向される。特に、本実施形態では、各窪み部１８は、軸方向において静翼３の前縁位置Ｐ２より上流側だけでなく下流側も含む範囲に形成されているため、流れ転向作用を十分に得ることができる。これにより、キャビティ１３Ｂからの蒸気を絶対速度ベクトルＣ３の向きに転向して、混合損失の低減を図ることができる。
【００４４】
なお、第２の実施形態において、突起部１７は、周方向において静翼３の最大幅Ｄ２と同じ範囲で形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば、周方向において静翼３の最大幅Ｄ２の０．９〜１．１倍の範囲内で形成されてもよい。また、第２の実施形態において、突起部１７は、周方向において中心位置が静翼３の前縁位置Ｐ２と同じである場合を例にとって説明したが、これに限られず、周方向において静翼３の前縁位置Ｐ２を含む範囲に形成されていれば、中心位置が静翼３の前縁位置Ｐ２と異なっていてもよい。また、第２の実施形態において、突起部１７は、軸方向に延在する場合を例にとって説明したが、これに限られず、主流路８の動翼６を通過した蒸気の絶対的な流れ方向（言い換えれば、絶対速度ベクトルＣ３の向き）に沿って延在してもよい。
【００４５】
また、第２の実施形態において、窪み部１８は、周方向において突起部１７と連続するように形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、周方向において突起部１７と連続しないように形成されてもよい。また、第２の実施形態において、窪み部１８は、軸方向において静翼３の前縁位置Ｐ２より上流側だけでなく下流側も含む範囲に形成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、窪み部１８は、流れ転向作用が十分に得られないものの、軸方向において静翼３の前縁位置Ｐ２より上流側だけを含む範囲に形成されてもよい。
【００４６】
また、第１及び第２の実施形態においては、本発明を蒸気タービンに適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、ガスタービンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１        ケーシング
２        ダイヤフラム外輪
３        静翼
４        ダイヤフラム内輪
５        ロータ
６        動翼
７        シュラウド
８        主流路
９        ダイヤフラム外輪の内周面
１０      ダイヤフラム内輪の外周面
１１      シュラウドの内周面
１２      ロータの外周面
１３Ａ    キャビティ
１３Ｂ    キャビティ
１５      突起部
１６      窪み部
１７      突起部
１８      窪み部
【図１】
2020139464.tif 000003
【図２】
2020139464.tif 000004
【図３】
2020139464.tif 000005
【図４】
2020139464.tif 000006
【図５】
2020139464.tif 000007
【図６】
2020139464.tif 000008