(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン段を有するタービンケーシングを備えた軸流蒸気タービンにおいて、静翼の列と、該静翼の下流側においてタービン通路に配置されている動翼の列とを有しており、該動翼は半径方向外側のシュラウドを有しており、該シュラウドはシールするように前記タービン通路の外壁区分と協働しており、周方向及び半径方向に延在する通路が、前記動翼の列の上流側において前記外壁区分に設けられていることにより、固体粒子が前記蒸気タービンの運転中に蒸気流から変向され、
前記タービンケーシングは隣り合うタービン段の間に、前記周方向通路を通って変向された固体粒子を収集するための周方向収集経路を有しており、
さらに前記周方向収集経路は周面にわたって離間されている複数の流れ遮断部を有しており、該流れ遮断部は前記周方向収集経路内部における固体粒子の周方向の流れを最小にするように設計されており、
さらに周面にわたって離間されている前記各流れ遮断部は、軸線方向に前記周方向収集経路にわたって延在していて、前記周方向収集経路は複数の周方向室に分割されていることを特徴とする、軸流蒸気タービン。
【請求項２】
前記軸流蒸気タービンは、前記タービンケーシング内に取り付けられている半径方向外側の静的なダイヤフラムリングと、半径方向内側の静的なダイヤフラムリングとをさらに有し、前記半径方向外側の静的なダイヤフラムリング及び前記半径方向内側の静的なダイヤフラムリングは、前記静翼の周方向列が、前記半径方向外側の静的なダイヤフラムリングと、前記半径方向内側の静的なダイヤフラムリングとの間において延在しているように配置されていて、かつ、
前記各動翼は前記ロータによって保持されている脚部区分と、前記シュラウドを含む先端区分とを有しており、
前記タービンの第１の段の下流側の少なくとも１つのタービン段の外壁区分は、該タービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングの環状の軸線方向の延長部であり、該延長部は、上流側の隣り合うタービン段の前記半径方向外側の静的なダイヤフラムリングに向かって軸線方向上流側に延在しており、前記環状の軸線方向の延長部の上流側の端部が、前記上流側のタービン段において周方向通路を規定するために、前記上流側のタービン段の前記半径方向外側の静的なダイヤフラムリングから軸線方向に離間されていることを特徴とする、請求項１記載の軸流蒸気タービン。
【請求項３】
前記周方向通路は前記タービンの少なくとも第１及び第２の段に設けられていることを特徴とする、請求項２記載の軸流蒸気タービン。
【請求項４】
前記周方向通路は通常半径方向において、前記周方向収集経路の入口領域に連通していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の軸流蒸気タービン。
【請求項５】
前記周方向通路は、該周方向通路から固体粒子を前記周方向収集経路へ案内するように働く傾斜した表面を有していることを特徴とする、請求項４記載の軸流蒸気タービン。
【請求項６】
前記環状の軸方向の延長部の前記上流側の端部は、前記周方向収集経路から前記周方向通路への収集した固体粒子の再進入を防ぐために肩部を有していることを特徴とする、請求項２又は３記載の軸流蒸気タービン。
【請求項７】
前記周方向通路は前記動翼の前縁に実質的に整合されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の軸流蒸気タービン。
【請求項８】
前記周方向収集経路は、前記周方向通路を通って前記周方向収集経路へと変向された固体粒子による前記タービンケーシングの浸食を最小に抑えるためにライナを有していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の軸流蒸気タービン。
【請求項９】
前記蒸気タービンは、収集された固体粒子を前記周方向収集経路から除去するために、前記周方向収集経路に連通している粒子除去装置を有していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載の軸流蒸気タービン。
【請求項１０】
前記粒子除去装置の少なくとも１つの入口が、前記周方向収集経路の比較的低い周方向領域と連通していることを特徴とする、請求項９記載の軸流蒸気タービン。
【請求項１１】
流れ遮断部が前記ライナに組み込まれて形成されていることを特徴とする、請求項８記載の軸流蒸気タービン。
【請求項１２】
前記粒子除去装置の少なくとも１つの入口は、周方向にわたって隣り合う前記流れ遮断部の各組の間において前記周方向収集経路に連通していることを特徴とする、請求項９記載の軸流蒸気タービン。
【請求項１３】
流体を前記周方向収集経路内に噴射するように設計されている流体入口をさらに有しており、これにより集積した固体粒子は前記周方向収集経路から取り除かれることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項記載の軸流蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流蒸気タービン、特に固体浸食（ＳＰＥ−固体粒子浸食）による被害を受け難い軸流蒸気タービンに関する。固体浸食に犯され難い蒸気タービンを得るために、本発明に係る構成は、蒸気流がタービンを通って膨張する間に、蒸気流から固体を除去することに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、特に中圧蒸気タービンに付随する一般的な問題は固体浸食（ＳＰＥ）である。固体浸食は、タービンを通流する蒸気内部の固体粒子が回転式の及び定置式のタービン構成要素部材に衝突する場合に生じる。蒸気中の固体粒子は、静翼（又はノズル）、回転翼（又はバケット）、及び回動する翼の先端に設けられているシュラウドをシールしている先端シール装置に浸食をもたらす傾向がある。固体浸食が蒸気タービンを通る蒸気流通路に沿った各点に発生することがあるが、固体浸食は中圧蒸気タービン（ＭＰ）の初期のタービン段に特に顕著に起き得る。
【０００３】
所定のタービン段の静翼の後縁領域の浸食は、特に問題になることがあり、公知には、タービンを通る蒸気流の方向とは反対方向における、各タービン段の回動する翼からの固体粒子のはね返りにより引き起こされる。この種の固体浸食を減じるための公知の解決手段は、特許文献１に記載されている。この解決手段は、タービン段の隣り合う回転する翼からのはね返りに基づいて静翼が固定浸食を被りやすいということを最小に抑えるために、タービン段の静翼の後縁に保護材料から成るコーティング又は層を設けることである。上記保護材料を単独又は組み合わせて使用することができる他の解決手段の本質は、１つのタービン段の静翼と回転する翼との間の間隔を拡大して、これにより場合によってははね返る固体粒子の衝動が減じられるということにある。
【０００４】
特許文献１に記載の解決手段は、１つのタービン段の回転翼の後縁における浸食の問題のみを対処しようとするだけであり、これに対して、上述のようにタービンを通る蒸気流通路に沿った任意の点には固体浸食が生じることがある。蒸気タービンを通る蒸気流通路における任意の点の固体浸食を減じるという課題の理想的な解決手段は、蒸気がタービンに達する前に、蒸気流から固体粒子を除去するということにある一方で、上記解決手段は非実用的である。したがって他の解決手段を提案する必要がある。
【０００５】
特許文献２に記載の解決手段は、磁界を形成し、これにより蒸気流内部の固体金属粒子を、固体金属粒子を収集する所望の場所へ逸らすために、ボイラをタービンに結合する配管に配置されている電磁石が使用される。次いで蒸気はタービン段を通って膨張するために蒸気タービンに向かう。
【０００６】
特許文献３に記載のさらに別の解決手段は、固体粒子を含有する、蒸気タービンを通って主蒸気流通路からタービンの給水ヒータへと流れる蒸気の一部を変向させる。これにより変向された蒸気は下流側において回動する構成要素を迂回する。孔及び通路が、一般的に、固体粒子を含む蒸気の一部の必要な変向を行うために、蒸気タービンの構成要素部材に設けられており、１つの構成においては、孔及び通路は第１のタービン段の半径方向外側の静的なリングに設けられる。この孔及び通路は第２の下流側のタービン段の半径方向外側の静的なリングにおける通路に連通しており、これにより蒸気の一部は回転翼、及び第１のタービン段の翼先端シール装置から離れるように抽気通路（a steam extraction passage）へ給水ヒータに向かって変向される。
【０００７】
特許文献２にも特許文献３にも記載されている解決手段は複雑であり、場合によっては、蒸気流中に含まれる固体粒子の濃度の十分な減少は常に提供されない。特許文献３において提案された解決手段の複雑性は、孔及び通路を半径方向外側の静的なリング及び蒸気タービンの複数の段の先端シール部により形成する必要があるという事実から部分的にもたらされる。半径方向外側の静的なリングにおける孔及び通路は所定の周方向位置にのみ設けられるので、このために固体粒子を含む蒸気を変向する性能は制限されており、これにより提案された解決手段の効果は限定される。
【０００８】
したがってさらに、蒸気タービンを固体浸食によってもたらされる被害を受け難くするために、軸流蒸気タービンから固体粒子を良好に除去する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４７７６７６５号明細書
【特許文献２】米国特許第４７２６８１３号明細書
【特許文献３】米国特許第７２９６９６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記欠点を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、タービン段を有するタービンケーシングを備えた軸流蒸気タービンにおいて、静翼の列と、静翼の下流側においてタービン通路に配置されている動翼の列とを有しており、動翼は半径方向外側のシュラウドを有しており、シュラウドはシールするようにタービン通路の外壁区分と協働しており、周方向及び半径方向に延在する通路が、動翼の列の上流側において外壁区分に設けられていることにより、固体粒子が蒸気タービンの運転中に蒸気流から変向され、タービンケーシングは隣り合うタービン段の間に、周方向通路を通って変向された固体粒子を収集するための周方向収集経路を有しており、さらに周方向収集経路は周面にわたって離間されている複数の流れ遮断部を有しており、流れ遮断部は周方向収集経路内部における固体粒子の周方向の流れを最小にするように設計されており、さらに周面にわたって離間されている各流れ遮断部は、周方向収集経路を軸線方向にわたって延在していて、周方向収集経路は複数の周方向室に分割されていることにより達成される。
【００１２】
さらに、上記目的は、軸流蒸気タービンであって、ロータと、タービンケーシングと、複数のタービン段とを有しており、各タービン段は、タービンケーシングに取り付けられている半径方向外側の静的なダイヤフラムリングと、半径方向内側の静的なダイヤフラムリングと、半径方向外側の静的なダイヤフラムリング及び半径方向内側の静的なダイヤフラムリングの間において延在している静翼の周方向列とを有しており、かつ、静翼の周方向列の隣及び下流側に位置決めされている動翼の周方向列を有しており、各動翼はロータによって保持されている脚部区分と、シュラウドを含む先端区分とを有しており、タービンの第１の段の下流側の少なくとも１つのタービン段は、タービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングの環状の軸線方向の延長部を有しており、延長部は、上流側のタービン段におけるタービン通路の外壁区分を形成するために、上流側の隣り合うタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングに対して軸線方向上流側に延在しており、環状の軸線方向の延長部は周方向シール装置を支持しており、周方向シール装置は前記上流側のタービン段の動翼の周方向列のシュラウドと協働し、環状の軸線方向の延長部の上流側の端部が、上流側のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングから軸線方向に離間されていて、環状の軸線方向の延長部の上流側の端部と上流側のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングとの間において、周方向通路が上流側のタービン段に規定され、これにより蒸気タービンの運転中に固体粒子が、上流側のタービン段の動翼の周方向列の上流側のタービン通路を通る蒸気流から変向されることにより達成される。
【００１３】
好ましくは、周方向通路はタービンの少なくとも第１及び第２の段に設けられている。
【００１４】
好ましくは、周方向通路は通常半径方向において、周方向収集経路の入口領域に連通している。
【００１５】
好ましくは、周方向通路は、周方向通路から固体粒子を周方向収集経路へ案内するように働く傾斜した表面を有している。
【００１６】
好ましくは、環状の軸方向の延長部の上流側の端部は、周方向収集経路から周方向通路への収集した固体粒子の再進入を防ぐために肩部を有している。
【００１７】
好ましくは、周方向通路は動翼の前縁に実質的に整合されている。
【００１８】
好ましくは、周方向収集経路は、周方向通路を通って周方向収集経路へと変向された固体粒子によるタービンケーシングの浸食を最小に抑えるためにライナを有している。
【００１９】
好ましくは、蒸気タービンは、収集された固体粒子を周方向収集経路から除去するために、周方向収集経路に連通している粒子除去装置を有している。
【００２０】
好ましくは、粒子採収装置の少なくとも１つの入口が、周方向収集経路の比較的低い周方向領域と連通している。
【００２１】
好ましくは、流れ遮断部がライナに組み込まれて形成されている。
【００２２】
好ましくは、粒子除去装置の少なくとも１つの入口は、周方向にわたって隣り合う流れ遮断部の各組の間において周方向収集経路に連通している。
【００２３】
好ましくは、流体を周方向収集経路内に噴射するように設計されている流体入口をさらに有しており、これにより集積した固体粒子は周方向収集経路から取り除かれる。
【００２４】
さらに、上記目的は、主としてこれまで記載したような、及び／又は添付の図面に記載したような軸流蒸気タービンにより達成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の概念は以下の通りである：即ち、
タービン段を有するタービンケーシングを備えた軸流蒸気タービンであって、静翼の列と、静翼の下流側に配置されている動翼の列とを有しており、動翼は半径方向外側のシュラウドを有しており、半径方向外側のシュラウドはタービン通路の外壁区分と協働してシールしており、周方向に延在する通路が動翼の列の上流側で外壁区分に設けられており、これにより固体粒子は蒸気タービンの運転中に蒸気流から変向される。
【００２６】
１つの態様において、軸流蒸気タービンは以下の部材を有している：即ち、
ロータと、タービンケーシングと、複数のタービン段とを有し、各タービン段は以下の部材を有している：即ち、
タービンケーシングに組み付けられている半径方向外側の静的なダイヤフラムリングと、半径方向内側の静的なダイヤフラムリングと、半径方向外側及び半径方向内側のダイヤフラムリングとの間において延在している静翼の周方向列とを有しており、
静翼の周方向列の近くに、及び静翼の周方向列の下流側に位置決めされている動翼の周方向列を有しており、各動翼はロータによって保持されている脚部区分と、シュラウドを含む先端区分とを含有しており；
タービンの第１の段の下流側の少なくとも１つのタービン段は、タービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングの環状の軸線方向の延長部を有しており、延長部は、上流側のタービン段にタービン通路の外壁区分を形成するために、上流側の隣り合うタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングに対して上流側に軸線方向で延在しており、環状の軸線方向の延長部は、周方向シール装置が上流側の動翼の周方向列のシュラウドと協働する周方向シール装置を支持しており、環状の軸線方向の延長部の上流側の端部は、上流側のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングから軸線方向に離間されており、その結果、上流側のタービン段において、環状の軸線方向の延長部の上流側の端部と、上流側のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングとの間に周方向通路が規定され、これにより、蒸気タービンの運転中に固体粒子はタービン通路を通る蒸気流から、上流側のタービン段の動翼の周方向列の上流側において変向される。
【００２７】
「上流側の」タービン段（例えばタービンの第１の段）の動翼から成る周方向列の上流側に周方向通路を設置することにより、固体粒子が静翼の周方向列から、直ぐ隣の下流側の、動翼の周方向列へ変向される前に、蒸気から固体粒子を除去することが可能になる。動翼から第１のタービン段の静翼の後縁への固体粒子のはね返りは、これにより有利には最小に抑えられる。
【００２８】
周方向通路が周方向に連続して構成されることにより、特許文献３に記載されている上述の先行技術において可能であるよりも大きな割合の固体粒子を、第１のタービン段を通流する蒸気から除去することが可能である。したがって、固体浸食による被害は効果的に減じられる。
【００２９】
タービンの具体的な構造に関する特徴に拘わらず、周方向に延在する通路はタービンの少なくとも第１の段に設けられる、ということが示される。上記通路を第２の段、及び場合によっては１つ又は複数の下流側の段に設けることも有利であり得る。本発明に係る有利なタービン構造においては、タービンの第１の段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングと、タービンの第２のタービン段の半径方向の外側の静的なダイヤフラムリングの環状の軸線方向の延長部との間において第１の段に通路が形成されている。対応して、第２の段において通路は、タービンの第２の段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングと、タービンの第３の段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングの環状の軸線方向の延長部との間に形成されること等もある。
【００３０】
上記配置は、第１のタービン段の静的なベーン及び動的なベーンの周方向列の間の周方向通路を通って変向されておらず、依然として第２のタービン段を通流する蒸気中に含まれている固体粒子を、第２のタービン段の静翼と動翼との周方向列の間に規定されている周方向通路を通って、第２のタービン段の動翼の周方向列の上流側において変向すること等ができる。したがって、固体浸食は有利にはさらに減じられる。
【００３１】
幾つかの構成においては、環状の軸線方向の延長部は、第２のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングに組み込まれていてよい（つまり、環状の軸線方向の延長部は、第２のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングの部分として製造される）。別の構成において、環状の軸線方向の延長部は、例えば機械的な固定エレメントにより第２のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングに固定されているリングを有していてよい。
【００３２】
有利には、タービンケーシングは隣り合うタービン段の間に、周方向通路を通って変向された固体粒子を収集するために周方向収集経路を有している。周方向収集経路は、タービン段の動翼の周方向列の上流側において蒸気流から周方向通路を通って変向された固体粒子を収集するために働く。周方向通路を通って変向された固体粒子は周方向経路に進入し、周方向経路から吸引することができる。これにより固体粒子の蒸気流への再進入の可能性は、周方向通路により最小に抑えられる。周方向収集経路は、収集された固体粒子が周方向シール装置付近から排除されることを保証し、これにより先端シール装置の浸食の危険性は減じられる。
【００３３】
周方向通路は一般的に半径方向において、周方向収集経路の入口領域と連通することができる。
【００３４】
周方向通路は、周方向通路から周方向収集経路へ固体粒子を変向するように働く傾斜した表面を有していてよい。有利なタービン構造においては、有利には傾斜した表面は環状の軸線方向の延長部の上流側の端部により提供することができる。傾斜した表面は、第１のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングから半径方向外側の方向に離れるようにして、周方向収集経路に向かって降下していてよい。さらに、環状の軸線方向の延長部の上流側の端部は、収集した固体粒子が周方向収集経路から周方向通路へ、ひいてはタービンを通流する蒸気内へ再進入することを防ぐために、半径方向外側に延在している肩部を有していてよい。
【００３５】
本発明に応用される各タービン段にとって、周方向通路はほぼ動翼の前縁に整合されていることは有利である。したがって、環状の軸線方向の延長部の上流側の端部と、動翼の前縁及びタービン段のシュラウドの上流側の端部とは一般的に互いに半径方向に整列している。これにより蒸気流の接線方向の運動により周方向通路に変向される固体粒子の数は最大になる。
【００３６】
タービンケーシングにおける周方向収集経路は、周方向通路を通って周方向収集経路へ変向される固体粒子によるタービンケーシングの浸食を最小に抑えるか又は防ぐためにライナを有していてよい。周方向収集経路に収集された固体粒子は、タービンケーシングの代わりにライナに浸食を引き起こす傾向があるので、周方向通路におけるライナの設置は有利である。ライナの修理又は交換は、タービンケーシングの修理又は交換よりも簡単である。ライナは、周方向ライナを形成するために周方向収集経路における組付け時に協働する複数の部分環状形のライナセグメントを有していてよい。
【００３７】
周方向収集経路は、周方向にわたって離間されている複数の流れ遮断部を有していてよい。これらの流れ遮断部は、周方向収集経路内部の固体粒子の周方向移動をブロックするように配置されている。これにより、周方向収集経路における収集された固体粒子の保持をサポートすることができる。
【００３８】
周方向にわたって離間されている各流れ遮断部は、軸線方向に周方向収集経路にわたって延在することができ、したがって、周方向収集経路は複数の周方向収集室に分割され得る。流れ遮断部はライナに組み込まれて構成されていてよい。
【００３９】
幾つかの構成において、周方向収集経路は、所定の期間にわたって収集された固体粒子を集積するために適当な容量を有しているように寸法設定されていてよい。
【００４０】
他の構成において、蒸気タービンは、固体粒子を周面収集通路から除去するために、周方向収集経路に連通している少なくとも１つの入口を備えた粒子除去装置（例えば吸気管管）を有していてよい。
【００４１】
周方向収集経路が連続しているか、又は流れ遮断部（設けられている場合）が、粒子の周方向移動を完全にブロックするために設計されていない構成にとって、粒子除去装置の少なくとも１つの入口は、周方向収集経路の比較的低い周面領域に連通することができる。このような配置は、周方向収集経路の上側の周面領域に収集された粒子は、一般的に重力及び他の力の作用下において周方向収集経路の比較的低い周面領域へ移動するので有利である。
【００４２】
周方向収集経路が複数の室に分割されている構成にとって、各室には粒子除去装置の少なくとも１つの入口が設けられていてよい。
【００４３】
蒸気タービンは、例えば空気といった流体の注入のために流体導入装置を周方向収集経路に有していてよい。流体の導入は、周方向収集経路に収集された固体粒子を取り除くことができ、集積された粒子が粒子除去装置により簡単に採収されることを可能にすることができるので有利であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る軸流蒸気タービンの一部分の概略的な横断面図である。
【図２】図１に示した軸流蒸気タービンの一部分を拡大した概略的な横断面図である。
【図３】図１，２に示した軸流蒸気タービンの一部分を形成するライナの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図１には、本発明の実施の形態に係る軸流蒸気タービン１０の一部が示されている。タービン１０を通る蒸気流の方向は矢印Ｓによって示されている。蒸気タービン１０は複数のタービン段を有している。これらのタービン段を通ってタービン１０の運転中に蒸気は膨張する。図１には、２つの完全なタービン段、つまり第１及び第２のタービン段１２，１４が示されているが、第３のタービン段６０は一部分しか示されていない。第２のタービン段１４は第１のタービン段１２の直ぐ隣及び直ぐ下流側に設けられており、第３のタービン段６０は第２のタービン段１４の直ぐ隣及び直ぐ下流側に設けられている。
【００４７】
蒸気タービン１０は単に一部分だけが示されているロータ１６と、タービンケーシング１８とを有している。第１、第２、第３のタービン段１２，１４，６０は夫々、タービンケーシング１８に組み付けられている半径方向外側の静的なダイヤフラムリング（static diaphragm rings）２０ａ，２２ａ，６２ａと、対応する半径方向内側の静的なダイヤフラムリング２０ｂ，２２ｂ，６２ｂとを有している。周面にわたって延在している静翼２４，２６，６４（ステータベーン又はノズルパーテーションとしても公知）の列は、第１、第２若しくは第３のタービン段１２，１４，６０の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２０ａ，２２ａ，６２ａと、半径方向内側の静的なダイヤフラムリング２０ｂ，２２ｂ，６２ｂとの間に延在している。
【００４８】
各タービン段１２，１４は動翼２８，３０の周方向列を有しており、関連している静翼２４，２６の周方向列の隣及び直ぐ下流側に配置されている。各動翼２８，３０は脚部区分２８ａ，３０ａを有しており、脚部区分２８ａ，３０ａはピン又は他の適切な手段により、ロータ１６に形成されているディスク３２に固定されている。各動翼２８，３０は、先端区分２８ｂ，３０ｂも有しており、先端区分２８ｂ，３０ｂはシュラウド３４，３６を支持する。個別の動翼２８，３０の複数のシュラウドは協働し、連続的なシュラウドリングを形成する。
【００４９】
第１の段の後方の、特に第２のタービン段１４の後方の各段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２２ａは、環状の軸線方向の延長部３８を有している。環状の軸線方向の延長部３８は、先行するか又は第１のタービン段１２の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２０ａに対して、軸線方向上流に延在している。これによりタービン通路の外壁が形成される。図示の実施の形態において、環状の軸線方向の延長部３８は延長リングを有している。延長リングは、機械的に又は溶接により第２のタービン段１４の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２２ａに固定されている。
【００５０】
図２において明確に見ることができるように、第１の段の動翼の半径方向外側のシュラウド３４は、環状の軸線方向の延長部３８により規定されるように、タービン通路の外壁とシールするように協働する。その理由は、シュラウドと環状の軸線方向の延長部３８との間における蒸気の流出を最小に抑えるために、延長部３８が、第１のタービン段１２の動翼のシュラウド３４と協働する周方向シール装置４０を支持するからである。シール装置４０は、任意の適切な形状を取ることができるが、図示の実施の形態においてはフィン状のラビリンスシールを有している。フィン状のラビリンスシールは軸線方向に離間されていて、周方向に延在している、環状の軸線方向の延長部３８に押し込められているフック端部を備えた複数のシールストリップ４２を有している。また、環状の軸線方向の延長部３８に押し込まれている、周面にわたって延在している三角形のシールフィン４４も設けられている。
【００５１】
蒸気タービンの運転中に固体粒子を蒸気流から逸らすために、周方向にわたって半径方向に延在している通路４６がタービン通路の外壁に設けられている。通路は通常、半径方向において動翼２８の前縁及び動翼２８のシュラウド３４に合わされている。
【００５２】
具体的には、環状の軸線方向の延長部３８は、第１のタービン段１２の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２０ａから軸線方向に離間されている軸線方向上流側の端部３８ａを有している。したがって、周方向通路４６が、環状の軸線方向の延長部３８の上流側の端部３８ａと、半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２０ａとの間に規定されている。蒸気タービン１０の運転中に、第１のタービン段１２を通流する蒸気内部に含まれている固体粒子は、周方向通路４６への蒸気流の接線方向運動に基づき、第１のタービン段１２の動翼２８の周方向列の上流側において変向され、上記固体粒子は周方向通路４６の一般的に半径方向への配向により、蒸気流から離れるように逸らされる。したがって、第１のタービン段１２の静翼２４の周方向列及び動翼２８の周方向列の浸食は、第１のタービン段１２を通流する蒸気内部の固体粒子の減少に基づいて有利には減じられる。
【００５３】
逸らされた若干の固体粒子が蒸気タービン１０を通流する蒸気内に再度進入する可能性を減じるために、タービンケーシング１８は周方向収集経路４８を有している。周方向収集経路４８には第１のタービン段１２を通流する蒸気から周方向通路４６によって変向された固体粒子が収集されかつ蓄積される。周方向収集経路４８は、隣り合う第１及び第２のタービン段１２，１４の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２０ａ，２２ａの間においてケーシング１８に設けられている。
【００５４】
周方向通路４６から周方向収集経路４８への固体粒子の変向を促進するために、環状の軸線方向の延長部３８の上流側の端部３８ａは、傾斜した環状の表面３８ｂを有している。傾斜した環状の表面３８ｂは、第１のタービン段１２の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２０ａから、一般的に半径方向外側の方向に周方向収集経路４８に向かって降下している。
【００５５】
タービンの運転中に、周方向通路４６を通って進入する流れにより駆り立てられて、周方向収集経路４８へと変向された粒子は通常、周方向収集経路４８内を循環する。周方向収集経路４８から周方向通路４６内へ、ひいては第１のタービン段１２を通流する蒸気への固体粒子の再進入を最小に抑えるために、環状の軸線方向の延長部３８の上流側の端部３８ａには、周方向に延在する半径方向外方に突出している肩部５０が設けられている。
【００５６】
一実施の形態において、周方向収集経路４８はタービンケーシング１８に直に形成することができる。しかしこの構成の欠点は、タービンケーシング１８が通常、周方向収集経路４８内へ変向された固体粒子による浸食に曝されているという点である。したがって、他の実施の形態においては、周方向収集経路４８は、通常、協働する複数の部分周方向ライナセグメントにより形成されるライナ５２を有していてよい。ライナ５２はタービンケーシング１８と同じ材料から成っていてよく、固体粒子による浸食に曝されている犠牲材料として作用するか、又はライナ５２は択一的には、タービンケーシング１８よりも硬く、ひいては収集された固体粒子による浸食に耐性のある材料から構成さていてよい。いずれにしても、ライナ５２は蒸気タービン１０のオーバホール中に所望に簡単に交換することができるか、又は収集された固体粒子による許容できない程度の浸食のために他の適切な時期に交換することができる。
【００５７】
周方向収集経路４８内部の蒸気の接線方向の運動により、周方向通路４６を通って周方向収集経路４８内に変向された固体粒子は、周方向に沿って周方向収集経路４８を巡って運動する傾向がある。周方向運動を減じ、これにより、収集された固体粒子が再び周方向通路４６内にひいては第１のタービン段１２を通流する蒸気に進入するという可能性を減じるために、周方向収集経路４８は周面にわたって離間されている複数の流れ遮断部５４を有することができる。幾つかの実施の形態においては、流れ遮断部５４は、図３から最も良好に見て取ることができるように、ライナ５２又はライナセグメントに組み込まれて形成されている。
【００５８】
各流れ遮断部５４は通常、周方向収集経路４８の全幅にわたって軸線方向に延在しているので、流れ遮断部５４は周方向収集経路４８を複数の個別の部分周方向収集室４８ａに分割する。
【００５９】
幾つかの実施の形態においては、周方向収集経路４８は、所定の期間にわたって蓄積された固体粒子を収容ためのスペースが十分にあるように寸法設定されていてよい。この期間は蒸気タービン１０の通常のオーバホールの間隔又は何らかの他の適切な期間であってよく、適切な期間の経過後、蓄積された固体粒子は周方向収集経路４８から取り除くことができるかつ／又はライナ５２を交換することができる。ライナ５２の交換は、ライナ５２及び場合によっては組み込まれて形成されている関連する流れ遮断部５４の、収集された固体粒子による浸食が起こったような場合には必要である。
【００６０】
別の実施の形態においては、１つ又は複数の除去管５６が、周方向収集経路４８から収集された固体粒子を取り除くために設けられていてよい。周方向収集経路４８の上側及び場合によっては側方の周面領域の内側に収集された固体粒子は、重力及び場合によっては他の力の影響を受けて、周方向収集経路４８の下側の周面領域に移動する傾向があり得る。したがって、周方向収集経路４８が周面にわたって連続している場合、つまり、周方向収集経路４８が別個の室４８ａに分割されていない場合には、１つ又は複数の除去管５６を周方向収集経路４８の比較的低い周面領域に設けることで足り得る。しかし各周方向収集室４８ａは、有利には夫々の除去管５６を備えていてもよい。
【００６１】
さらに、例えば空気といった流体を周方向収集経路４８内に導入するために、１つ又は複数の除去管５６に対して付加的に１つ又は複数の入口管を設けることができる、ということが考慮される。流体の導入により、堆積した固体粒子を引き剥がすことができるので、引き剥がされた固体粒子は、１つ又は複数の除去管５６によって簡単に除去することができる。
【００６２】
本実施の形態において、第３のタービン段６０の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング６２ａは、環状の軸線方向の延長部６６を有している。環状の軸線方向の延長部６６は第２のタービン段１４の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２２ａに向かって、軸線方向上流側に延在している。環状の軸線方向の延長部６６のように、本実施の形態の環状の軸線方向の延長部６６は、第３のタービン段６０の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング６２ａに固定されている延長リングを有している。
【００６３】
環状の軸線方向の延長部６６は、周方向先端シール装置６８を支持している。周方向先端シール装置６８は、第２のタービン段１４の動翼３０のシュラウド３６と協働しており、動翼３０の先端区分３０ｂと環状の軸線方向の延長部６６との間における蒸気の進出は最小に抑えられる。先端シール装置６８は上述のように説明することができる。
【００６４】
環状の軸線方向の延長部６６は軸線方向の上流側の端部も有している。軸線方向の上流側の端部は、第２のタービン段１４の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２２ａから軸線方向に離間されている。したがって、周方向通路７０は、環状の軸線方向の延長部６６の上流側の端部と、半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２２ａとの間に規定される。
【００６５】
蒸気タービン１０の運転中に、第２のタービン段１４を通流する蒸気中に含まれる固体粒子は、蒸気流の接線方向の運動に基づき、第２のタービン段１４の動翼３０の周方向列の上流側において周方向通路７０へ変向される。次いで、固体粒子は周方向通路により蒸気流から離れて変向される。周方向通路７０は固体粒子を、通常、上記全特徴を有する周方向収集経路７２へ案内する。
【００６６】
したがって、第２のタービン段１４の動翼３０の周方向列の浸食は、第２のタービン段１４の動翼３０の周方向列を通流する蒸気中の固体粒子の減少に基づき有利に減じられる。
【００６７】
下流側のタービン段の半径方向外側の静的なダイヤフラムリングは、上述のように粒子除去手段を備えることもできる。
【００６８】
本発明の実施の形態が種々異なる実施の形態として上記段落に記載されてはいるが、請求の範囲に記載されているような本発明の保護範囲から逸れることなく、上記実施の形態に種々異なる変更を施すことができる。
【００６９】
例えば環状の軸線方向の延長部３８，６６は、上述のように別体の延長リングとして構成する代わりに、第２又は第３のそれぞれのタービン段１４，６０の半径方向外側の静的なダイヤフラムリング２２ａ，６２ａに組み込まれた部分であってよい。
【００７０】
周方向先端シール装置４０はシールストリップ、フィン、ラビリンスシール、ブラシシール又はリーフシールといった任意の適切なシール装置を有していてよく、第１のタービン段１２の動翼２８の先端区分２８ｂを通過する蒸気流出が防がれるか、又は少なくとも最小に抑えられる。
【００７１】
上記の蒸気タービン１０は衝動タービンとして構成されている。衝動タービンにおいては、タービン段圧力降下の最大部分は静翼２４，２６，６４の列において起こる。しかし、上記態様において記載された概念は、同様に反動タービンにおいても使用することができる。反動タービンにおいて圧力降下の主な割合は、動翼２８，３０の列にわたって起こる。
【００７２】
上記第１、第２、第３のタービン段１２，１４，６０は、蒸気タービン１０の最初の３つの膨張段（例えば段"１"、"２"、"３"）であるようになっているが、タービン段１０の下流側の段であってもよいと理解できる。例えば上記第１のタービン段１０は段"２"であってよい。第２、第３のタービン段１４，６０は段"３"若しくは段"４"であってよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０  蒸気タービン、  １２  第１のタービン段、  １４  第２のタービン段、  １６  ロータ、  １８  タービンケーシング、  ２０ａ，２２ａ，６２ａ  半径方向外側の静的なダイヤフラムリング、  ２０ｂ，２２ｂ，６２ｂ  半径方向内側の静的なダイヤフラムリング、  ２４，２６，６４  静翼、  ２８，３０  動翼、  ２８ａ，３０ａ  脚部区分、  ３２  ディスク、  ３４，３６  シュラウド、  ３８  環状の軸線方向の延長部、  ３８ａ  上流側の端部、  ３８ｂ  傾斜した環状の表面、  ４０  周方向シール装置、  ４２  シールストリップ、  ４４  シールフィン、  ４６  周方向通路、  ４８  周方向収集経路、  ４８ａ  周方向収集室、  ５０  肩部、  ５２  ライナ、  ５４  流れ遮断部、  ５６  除去管、  ６０  第３のタービン段、  ６６  環状の軸線方向の延長部、  ６８  先端シール装置、  ７０  周方向通路、  ７２  周方向収集経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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