(57)【要約】【課題】効果的にダンピングを付加し、静翼の振動を低減させる。【解決手段】内外と連通して蒸気流路中のドレンを回収するドレン回収孔４３が形成された中空構造の静翼４０と、複数の静翼４０の径方向内側を周方向に連結する内周リング４１とを備え、内周リング４１の内部に、周方向にわたって延びる内部空間４４が形成され、内部空間４４内をドレンが導かれる第一室７１及び第一室７１と区分された第二室７２に区画する仕切板と、第二室７２に充填された多数のダンピング部材７３と、を備える蒸気タービンを提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周方向に間隔をあけて複数設けられ、内外と連通して蒸気流路中のドレンを回収するドレン回収孔が形成された中空構造の静翼と、
前記複数の静翼の径方向内側を前記周方向に連結する内周リングとを備え、
前記内周リングの内部に、前記周方向にわたって延びる内部空間が形成され、
該内部空間内を前記ドレンが導かれる第一室及び該第一室と区分された第二室に区画する仕切板と、
前記第二室に充填された多数のダンピング部材と、を備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記第二室は、前記内周リングの前記径方向内側に区画されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記ダンピング部材は、金属球であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、高効率化及び低コスト化を目的として、静翼の長大翼化及び車室コンパクト化、高アスペクト比化が進んでいる。例えば、蒸気タービンにおける軸受間隔の短縮のために、静翼の低圧最終段においては、翼高さを一定としたまま静翼の軸方向長さ（翼幅）を低減するなどしている。
【０００３】
また、静翼は軽量化を図るために中空構造となっており、蒸気流路中のドレンを回収するために、ドレンを静翼の中空部に導入するスリットが形成されている構造が採用されていることが多い。
これらの構造により、静翼の振動強度は低下しており、振動強度を満足する静翼構造の開発が課題となっている。
【０００４】
静翼の振動抑制を目的とした構造の一つとしては、静翼の中空部にダンパを設けることで構造減衰を付加する中空ダンパ静翼構造がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３３８２５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、蒸気タービンは、静翼の外周側の端部同士を接続する外周リングと、静翼の内周側の端部同士を接続する内周リングとからなる静翼環を有している。静翼は静翼環に取り付けられた上で、内車室に組み込まれるものであり、静翼環を主体とした振動モードに対して有効な付加ダンピング構造が望まれている。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、静翼環に効果的にダンピングを付加し、静翼又は静翼環の振動を低減させることができる蒸気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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の蒸気タービンは、回転軸の周方向に間隔をあけて複数設けられ、内外と連通して蒸気流路中のドレンを回収するドレン回収孔が形成された中空構造の静翼と、前記複数の静翼の径方向内側を前記周方向に連結する内周リングとを備え、前記内周リングの内部に、前記周方向にわたって延びる内部空間が形成され、該内部空間内を前記ドレンが導かれる第一室及び該第一室と区分された第二室に区画する仕切板と、前記第二室に充填された多数のダンピング部材と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、複数の静翼を接続する内周リングに振動が発生した際に、ダンピング部材同士がぶつかり合うことで摩擦エネルギーを生じ、摩擦減衰が生じる。これにより、ダンピングが付加され静翼の振動を低減させることができる。
【００１０】
上記蒸気タービンにおいて、前記第二室は、前記内周リングの前記径方向内側に区画されていることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、回収されたドレンが直接第一室に導かれ、ダンピング部材が充填されている第二室がドレン回収の邪魔となることがないため、ドレンの回収効率を向上させることができる。
【００１２】
上記蒸気タービンにおいて、前記ダンピング部材は、金属球であることが好ましい。
上記構成によれば、金属球が有する重量及び摩擦しやすい形状により、静翼や内周リングの振動モードに対する調整が容易となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の静翼同士を接続する内周リングに振動が発生した際にダンピング部材同士がぶつかり合うことで摩擦エネルギーを生じ、摩擦減衰が生じる。これにより、ダンピングが付加され静翼の振動を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の蒸気タービンを示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態の蒸気タービンの最終段の静翼の詳細を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の内周リングの詳細を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態の内周リングの変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の内周リングの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する軸体（ロータ）３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０と、を備えて大略構成されている。
【００１６】
ケーシング１０は、その内部空間を気密に封止するように形成され、蒸気Ｓの流路を画成する本体部１１と、本体部１１の内壁面に強固に固定されたリング状の外周リング１２（外側シュラウド）と、を備えている。
【００１７】
調整弁２０は、ケーシング１０の本体部１１内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３と、蒸気室２４とを備えている。この調整弁２０では、弁体２２が弁座２３から離れることで蒸気流路が開き、これによって、蒸気Ｓが蒸気室２４を介してケーシング１０の内部空間に流入する。
【００１８】
軸体３０は、回転軸３１と、回転軸３１の外周から径方向（以下、回転軸３１の径方向を単に径方向と呼ぶ）外側に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、回転エネルギーを、図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
また、軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１及びスラスト軸受装置６２を備えており、ケーシング１０の本体部１１内部に挿通された軸体３０を本体部１１の外側において回転可能に支持している。
【００１９】
静翼４０は、軸体３０の周方向に間隔をあけて放射状に複数設けられて環状静翼群を構成しており、それぞれ前述した外周リング１２に保持されている。すなわち、静翼４０はそれぞれ外周リング１２から径方向内側に延出している。
【００２０】
静翼４０の延出方向の先端部は、内周リング４１（内側シュラウド）によって連結されている。この内周リング４１は、同一の環状静翼群をなす複数の静翼４０を周方向に連結するようにリング状に形成されている。内周リング４１には軸体３０が挿通されているが、内周リング４１は軸体３０との間に径方向の間隙を介して配されている。
【００２１】
複数の静翼４０からなる環状静翼群は、ケーシング１０や軸体３０の回転軸の延びる方向（以下、軸方向と呼ぶ）に間隔をあけて六つ形成されており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、軸方向下流側に隣接する動翼５０側に案内する。なお、静翼４０の翼数は、上記六つに限られるものではない。
【００２２】
動翼５０は、軸体３０を構成するディスク３２の外周部に強固に取り付けられ、軸体３０から径方向外側に延出している。この動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
前述した環状静翼群と上記環状動翼群とは、一組一段とされている。すなわち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。なお、環状静翼群と上記環状動翼群との段数は、上記六段に限られるものではない。
【００２３】
図２に示すように、静翼４０は中空構造とされており、静翼４０の少なくとも腹側には、静翼４０の長手方向（翼高さ方向）に延在するスリット４３が形成されている。スリット４３は、スリット４３を介して静翼４０の外部と静翼内部の中空部４２とが連通するように、静翼４０の表面から中空部４２にわたって形成されており、蒸気流路中のドレンを回収するドレン回収孔として機能する。
【００２４】
また、本実施形態の蒸気タービン１において、少なくとも最終段の静翼４０に接続されている内周リング４１Ａは中空構造とされており、その内部に内部空間４４が形成されている。内部空間４４は回転軸３１の周方向（以下、周方向と呼ぶ）にわたって形成されている。
【００２５】
図３に示すように、内周リング４１Ａは、静翼４０と接続されている接続面４５と、回転軸３１の外周面と平行な面を有し円筒状をなす底面４６と、底面４６と接続面４５とを接続する第一側面４７及び第二側面４８とを有している。
接続面４５には、静翼４０の中空部４２と連通する開口４９が形成されている。開口４９は、静翼４０ごとに複数設けられている。
【００２６】
内部空間４４は、仕切板７０により第一室７１と第一室７１と区分された第二室７２とに区画されている。仕切板７０は、回転軸３１の外周面と平行な面によって構成された円筒状をなす板部材であり、その一端及び他端が第一側面４７及び第二側面４８に接続されている。具体的には、仕切板７０の一端は、第二側面４８の径方向略中央に接続されている。
【００２７】
そして、本実施形態の第二室７２には、多数の金属球７３が充填されている。金属球７３は内周リング４１Ａが振動した際に、ある程度金属球７３同士が移動可能で、互いに全周において隣接する周囲の金属球７３と接触しながら摩擦する程度に充填されている。即ち、金属球７３は、互いにぶつかり合うことで摩擦エネルギーを生じ、摩擦減衰を生じるダンピング部材として作用する。
【００２８】
次に、本実施形態の蒸気タービン１の作用について説明する。
蒸気タービン１は、ボイラからの蒸気Ｓが調整弁２０を介してケーシング１０内に導入されることで稼働する。即ち、ケーシング１０内に流入した蒸気Ｓは各段において静翼４０間の流路を通過して動翼５０に供給される。そして、この蒸気Ｓの流体圧力が動翼５０に作用することにより、動翼５０の回転とともに軸体３０が回転する。これによって、軸体３０に接続された機械が駆動される。
【００２９】
本実施形態の蒸気タービン１に送られる蒸気は過熱蒸気であり、圧力低下に伴った膨張をするに従って過熱度が減じて乾き飽和状態となり、更に膨張して水分（ドレン）を含んだ湿り蒸気となる。
【００３０】
本実施形態の蒸気タービン１において湿り蒸気域となる低圧段では、湿り蒸気中の水滴あるいは動翼５０から飛散する水滴のうち、微細な水滴は軽量であるために蒸気と共に下流へ流され、粗大な水滴は重量であるために遠心力を大きく受けてケーシング１０側へ飛散し、中間大の水滴は蒸気流と動翼５０の回転の慣性によって動翼５０と隣接し下流側に位置する静翼４０に達する。
静翼４０に達した水滴は、スリット４３を介して静翼４０の中空部に流入し、次いで、開口４９を介して内周リング４１の内部空間４４にドレンとして回収される。
【００３１】
一方、蒸気タービン１の運転時において、静翼４０が振動し、これに伴い内周リング４１が振動すると、第二室７２内の金属球７３が内部で互いに摩擦し合って、振動エネルギーが金属球７３の運動や摩擦エネルギーとして吸収される。
なお、金属球７３の材質、量、大きさなどは、静翼４０の諸元や実際の振動状況などに応じて適宜調整される。
【００３２】
上記実施形態によれば、静翼４０又は内周リング４１に振動が発生した際にダンピング部材である金属球７３同士がぶつかり合うことで摩擦エネルギーを生じ、摩擦減衰が生じる。これにより、ダンピングが付加され静翼４０又は内周リング４１の振動を低減させることができる。
【００３３】
また、スリット４３を介して回収されたドレンが直接第一室７１に導かれ、金属球７３が充填されている第二室７２がドレン回収の邪魔となることがないため、ドレンの回収効率を向上させることができる。
【００３４】
さらに、金属球７３が有する重量及び摩擦しやすい形状により、静翼４０や内周リング４１の振動モードに対する調整が容易となる。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、仕切板７０を第一側面４７と第二側面４８とにわたって設けることによって、内部空間４４を軸方向全体に設ける構造としたが、これに限ることはない。例えば、図４に示すように、金属球７３が軸方向の一部に保持されるように仕切板７０を形成してもよい。このように、金属球７３の配置を変更することにより、静翼４０の振動状況などに応じた調整を行うことができる。
【００３６】
また、図５に示すように、金属球７３を第二室７２ではなく、第一室７１に充填する構成としてもよい。この構成は、ダンピングを行う部材である多数の金属球７３を静翼４０により近づけたい場合などに有効である。この構成においては、ドレン通路として
仕切板７０の一部に孔７４（スリット）を施工する必要がある。
【００３７】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等は一例であり、適宜変更が可能である。
【００３８】
例えば、内部空間４４に充填されるダンピング部材は、金属球７３に限ることはなく、互いに移動し摩擦しやすい形状の類似の金属小片を用いてもよい。また、材料に関しても、金属に限ることはなく、セラミックなどの樹脂としてもよい。
また、上記実施形態では、静翼４０の最終段の内周リング４１Ａに金属球７３を充填する構成を示したが、最終段以外の静翼４０を接続する内周リング４１に金属球７３を充填する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、ドレンを回収するために、静翼４０の表面に翼高さ方向に延在するスリット４３を設ける構成としたが、スリットに限らず複数の孔を介して静翼４０の中空部４２にドレンを導入する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  蒸気タービン
３１  回転軸
４０  静翼
４１，４１Ａ  内周リング
４３  スリット（ドレン回収孔）
４４  内部空間
７０  仕切板
７１  第一室
７２  第二室
７３  金属球（ダンピング部材）
【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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