(57)【要約】      （修正有）【課題】静翼翼面に付着した水膜を分離回収して動翼のエロージョン量を低減及び水膜の分離回収に伴う随伴蒸気による出力低下を抑制することが可能な蒸気タービンの静翼構造を提供する。【解決手段】静翼１３内部を中空とし、静翼１３翼面にスリット１１を形成し、静翼１３翼面に付着した水膜をスリット１１から静翼１３内部に回収するようにした静翼１３構造において、静翼１３内部の圧力とスリット１１が形成される位置の静翼１３翼面の圧力との比を調整する。例えば、静翼１３内部を排気室側に連通する連通管１９を設け、連通管１９の内部に増圧機構２０を設け、静翼１３内部の圧力とスリット１１が形成される位置の静翼１３翼面の圧力との比を調整する。また、例えば、スリット１１の翼後縁１３ＴＥからの距離を静翼１３の高さ方向において異ならせて、スリット１１が形成される位置の静翼１３翼面の圧力をスリット１１の長さ方向において調整する。【選択図】図１
2014040803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を中空とした静翼と、前記静翼の内部を排気室に連通する流路部と、前記流路部に設けられた前記静翼の内部の圧力を前記排気室の圧力よりも上昇させる圧力調整機構とを有し、前記静翼翼面には水膜分離スリットが設けられており、前記水膜分離スリットは、静翼外周部から静翼内周部に行くにしたがって静翼後縁からの距離が大きくなるように設置されていることを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項２】
内部を中空とした静翼と、前記静翼の内部を排気室に連通する流路部と、前記流路部に設けられた前記静翼の内部の圧力を前記排気室の圧力よりも上昇させる圧力調整機構とを有し、前記静翼翼面には水膜分離スリットが設けられており、前記水膜分離スリットは、そのタービン軸方向位置が、静翼高さ方向に延びる静翼翼面の等圧線に近づくように設置されていることを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項３】
内部を中空とした静翼と、前記静翼の内部を排気室に連通する流路部と、前記流路部に設けられた前記静翼の内部の圧力を前記排気室の圧力よりも上昇させる圧力調整機構とを有し、前記静翼翼面には水膜分離スリットが設けられており、前記水膜分離スリットが位置する翼面側の圧力Pxと前記静翼の内部の圧力Pzとの比Pz/Pxが、前記水膜分離スリットのほぼ全範囲において、蒸気の臨界圧力比よりも大きく、かつ、0.95以下となるようにしたことを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項４】
内部を中空とした静翼と、前記静翼の内部を排気室に連通する流路部と、前記流路部に設けられた前記静翼の内部の圧力を前記排気室の圧力よりも上昇させる圧力調整機構とを有し、前記静翼翼面には水膜分離スリットが設けられており、前記水膜分離スリットが位置する翼面側の圧力Pxと前記静翼の内部の圧力Pzとの比Pz/Pxが、前記水膜分離スリットのほぼ全範囲において、0.9〜0.95の範囲になるようにしたことを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項５】
内部を中空とした静翼と、前記静翼の内部を排気室に連通する流路部と、前記静翼翼面には水膜分離スリットが設けられており、前記水膜分離スリットは、静翼外周部から静翼内周部に行くにしたがって静翼後縁からの距離が大きくなるように設置されていることを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項６】
内部を中空とした静翼と、前記静翼の内部を排気室に連通する流路部と、前記静翼翼面には水膜分離スリットが設けられており、前記水膜分離スリットは、そのタービン軸方向位置が、静翼高さ方向に延びる静翼翼面の等圧線に近づくように設置されていることを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項７】
請求項１、２、５、６の何れかにおいて、前記水膜分離スリットは、前記静翼の正圧面上および／または負圧面上に複数設けられていることを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項８】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧力調整機構は、一つもしくは複数のオリフィスで構成されていることを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。
【請求項９】
請求項１〜６の何れかの蒸気タービン静翼構造を用いたことを特徴とする蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの静翼構造及び蒸気タービンに係り、特に、静翼翼面に付着した水膜の分離機構を備えた蒸気タービンの静翼構造及び蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、高圧の蒸気が低圧部に向かって膨張する時に生じる運動エネルギーを、回転力に変える機能を持つ。運動エネルギーを回転力に変えるのは、静翼と動翼から構成される段落であり、蒸気タービンでは、その段落を複数直列で連結する。特に、大型の蒸気タービンでは、低温側のエネルギーを有効に使うため、最終段落の下流側に復水器を設け、蒸気を凝縮させ、低圧部を作る。そのため、下流側の数段落は、気相の蒸気に、液相の水滴が多数混じる湿り蒸気環境下で動作する。液相の水滴、特に径が数十ミクロンある水滴は、回転する動翼と衝突することにより、動翼を浸食する。この浸食現象をエロージョンと呼ぶ。
【０００３】
動翼のエロージョンに寄与する粗大水滴は、上流側の静翼翼面に付着した水膜が静翼後縁から再放出されることにより発生する。
【０００４】
そのためエロージョン防止策として、静翼翼面にスリットを設け、静翼内部を、復水器に連通する排気室と連通することで圧力を下げ、翼面との圧力差で水膜を吸引し、水膜分離する技術が用いられている。しかし、このような水膜分離技術は、水膜だけでなく蒸気も随伴して吸引してしまう。蒸気は、本来翼に対して仕事をして回転力を発生させるため、随伴蒸気として分離された分だけ出力が低下してしまう。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に記載のように、静翼の後縁の翼ルート側等に吹き出し口（スリット）を設け、静翼の背面や腹面に設けた吸い込み口（スリット）で吸い込んだドレンのうち、重力を利用して水滴が分離した蒸気を吹き出し口から主流に合流させ、蒸気の再活用を図って、随伴蒸気によるタービン駆動蒸気の流量減少に伴うタービン性能低下を防止することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１２４７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のように吸い込んだ蒸気（随伴蒸気）を吹き出し口から主流に合流させることができれば、タービン性能低下を抑制することができる。しかしながら、吸い込んだ蒸気の多くを吹き出し口から主流に合流させることは難しく、主流に合流させることができない随伴蒸気が存在する。また、主流に合流させることができるとしても吸い込みから吹き出しの過程で蒸気圧力が低下してしまうという課題もある。また、主流の流れを乱す要因にもなり得る。
【０００８】
本発明は、静翼翼面に付着した水膜を分離回収して動翼のエロージョン量を低減することができ、かつ、水膜の分離回収に伴う随伴蒸気による出力低下を抑制することが可能な新たな蒸気タービンの静翼構造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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、静翼内部を中空とし、静翼翼面にスリットを形成し、静翼翼面に付着した水膜をスリットから静翼内部に回収するようにした静翼構造において、静翼内部の圧力とスリットが形成される位置の静翼翼面の圧力との比を調整するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
具体的には、例えば、静翼内部を排気室側に連通する連通管を設け、連通管の内部に増圧機構を設け、静翼内部の圧力とスリットが形成される位置の静翼翼面の圧力との圧力比を調整するようにしたものである。
【００１１】
また、例えば、スリットの翼後縁からの距離を静翼の高さ方向において異ならせることにより、スリットが形成される位置の静翼翼面の圧力を静翼の高さ方向（スリットの長さ方向）において調整し、静翼内部の圧力とスリットが形成される位置の静翼翼面の圧力との圧力比を静翼の高さ方向（スリットの長さ方向）において調整するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、随伴蒸気量それ自体を少なくして静翼翼面に付着した水膜を分離回収することができ、その結果、静翼翼面に付着した水膜を分離回収して動翼のエロージョン量を低減することができ、かつ、水膜の分離回収に伴う随伴蒸気による出力低下を抑制することが可能となる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例の静翼構造を備えた蒸気タービンの一部を示す図であり、蒸気タービン下流側２段落とその下流の排気室の基本構造を表す蒸気タービンの部分的な上半子午面断面図である。
【図２】本発明の一実施例の静翼構造を備えた蒸気タービンの一部を示す図であり、蒸気タービン下流側２段落とその下流の排気室の基本構造を表す蒸気タービンの部分的な下半子午面断面図である。
【図３】本発明の一実施例の静翼構造を軸方向下流側から見た図であり、回収水膜の流れを説明する図である。
【図４】本発明の一実施例の静翼構造に用いられる、静翼内部と排気室とを連結する連通管内部に設けられる圧力調整機構（増圧機構）の一例を示す図であり、圧力調整機構としてオリフィスを設置した場合の流れ場の模式的な説明図である。
【図５】水膜分離スリットにおける水膜と蒸気の流れを説明する模式図である。
【図６】水膜分離スリット前後の圧力に対する、水膜（液相）と蒸気（気相）の分離流量の特性を説明する図である。
【図７】外周側ほど静翼出口圧力が大きくなることを説明する図である。
【図８】高さの異なる２断面の静翼翼面圧力分布を比較して説明する図である。
【図９】本発明の一実施例の静翼構造における静翼に設けられた水膜分離スリット位置の圧力と静翼内部の圧力の関係を説明する図である。
【図１０】比較例の静翼構造における静翼に設けられた水膜分離スリット位置の圧力と静翼内部の圧力の関係を説明する図である。
【図１１】本発明の一実施例の静翼構造における静翼を示す図であり、正圧面に水膜分離スリットを設けた静翼の断面図である。
【図１２】本発明の他の一実施例の静翼構造を備えた蒸気タービンの一部を示す図であり、蒸気タービン下流側２段落とその下流の排気室の基本構造を表す蒸気タービンの部分的な上半子午面断面図である。
【図１３】本発明の他の一実施例の静翼構造における静翼を示す図であり、静翼の正圧面に二つの水膜分離スリットを、負圧面に一つの水膜分離スリットをそれぞれ設けた静翼の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。なお、以下の実施例では、本発明を蒸気タービンの最終段のタービン段落部に適用した場合について説明しているが、本発明の効果は、最終段落に限定されるものではない。即ち、湿り蒸気環境下にある蒸気タービン段落であれば本発明を適用することにより同様な効果を得ることができる。
【００１６】
先ず、本発明に至った経緯について説明する。
【００１７】
従来は水膜を静翼から回収するにあたって、特許文献１も含めて随伴蒸気は避けられないものという前提で構成されている。本発明者等は、水膜分離機能を確保したまま随伴蒸気そのものを少なくすることができないかと考えた。そうすれば、出力低下、効率低下を的確に抑制できるし、特許文献１に記載のように、圧力が低下した蒸気を吹き出し口から合流させる必要もない。
【００１８】
本発明者等は、種々検討した結果、水膜分離スリットにおける吸引圧力比（静翼内部の圧力と水膜分離スリットが形成される箇所における静翼翼面の圧力の比）を適切に設定することにより、静翼翼面の水膜の分離率がほぼ100%であるが、随伴蒸気の量を少なくできることを見出した。吸引圧力比の設定は、静翼内部の圧力を調整する方法と、静翼翼面に形成するスリットの翼後縁からの距離を調整する方法がある。特に、後者については、静翼の高さ方向において異ならせることにより、スリットの長さ方向において吸引圧力比をより適切に設定できる。以下、これらについて実施例に基づき詳しく説明する。
【００１９】
先ず、本発明の一実施例の蒸気タービン静翼構造を図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例のタービン静翼構造を最終段静翼に適用した上半の子午面断面図である。図２は、本発明の一実施例のタービン静翼構造を最終段静翼に適用した下半の子午面断面図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、軸流タービンのタービン段落は、作動流体流れ方向上流側（以下単に上流側と記載する）の高圧部と作動流体流れ方向下流側（以下単に下流側と記載する）の低圧部との間に設けられている。タービン段落（最終段）は、タービンケーシング24の内部に設置され、動翼12と静翼13とから構成される。静翼13は、内部ケーシング14の内周側に固設された外周側ダイアフラム15と、内周側ダイアフラム18との間に固設されている。動翼12はタービン中心軸90周りに回転するタービンロータ10に設けられている。タービン段落が複数の段落から構成される軸流タービンの場合、この段落構造が作動流体流れ方向91に複数回繰り返されて設けられている。各段落において、静翼の下流側に動翼が対向する。例えば、最終段落の前に、静翼33と動翼32で段落が構成されている。静翼33は、内部ケーシング14の内周側に固設された外周側ダイアフラム35と、内周側ダイアフラム38との間に固設されている。動翼32はタービン中心軸90周りに回転するタービンロータ10に設けられている。
【００２１】
最終段を出た蒸気流92は、ガイドベーン23とタービンケーシング24（内周側に位置するケーシング部25）との間に形成されたディフューザーにより、排出運動エネルギーを圧力回復する。そして、蒸気流93は排気室26を通って復水器（図示省略）に導かれる。
【００２２】
以上の構成は、一般的な蒸気タービンの最終段落部の基本構造でもある。
【００２３】
静翼13の正圧面には水膜分離スリット11が設けられている。静翼13の内部は中空構造となっており、その中空部は、外周側ダイアフラム15の中空部16と、内周側ダイアフラム18の中空部17とそれぞれ連通している。さらに、外周側ダイアフラム15の中空部16は、排気室26側と連通管（流路部）19（19a、19b）を介して連通している。このため、静翼内部の中空部の圧力は、静翼翼面側の圧力よりも低い圧力となっている。即ち、スリット11の翼面側の圧力は、中空部の圧力よりも大きいことになり、この圧力差により、静翼翼面上の水膜は、スリット11を介して静翼内部の中空部に取り込まれる。本実施例では、連通管19の内部に圧力調整機構20（20a、20b）を設けている。この圧力調整機構20は静翼内部の圧力を排気室の圧力よりも高くする増圧機構である。この圧力調整機構20がない場合には、静翼内部の中空部の圧力は、排気室の圧力に近い低圧となる。
【００２４】
図１に示すように、上半の静翼でスリットにより分離された水膜61は、内周側ダイアフラム18の中空部17に水22として回収される。また、図２に示すように、下半の静翼でスリットにより分離された水膜63は、外周側ダイアフラム15の中空部16に水41として回収される。外周側ダイアフラム15の中空部16の水41には、上半の静翼で回収された水22が、内周側ダイアフラム18の中空部17内を回って落ちてきた水40も合流する。そして、外周側ダイアフラム15の中空部16の水41は、連通管19bを通して排気室26に矢印42で示すように排出される。
【００２５】
図３は、図１及び図２に示すタービン静翼構造を、軸方向下流側から見た図である。本実施例では、静翼13の後縁線13TEは、静翼と動翼の負荷分布を翼高さ方向に均等化するために、周方向に動翼の回転方向60に向かって傾けられている。図１にも示したように、上半の静翼で分離された水膜61は、内周側ダイアフラム18（中空部17）に回収され、矢印62a、62bで示すように下半に集められる。さらに下半の静翼を通って、外周側ダイアフラム15（中空部16）に回収される。下半の静翼で分離された水膜63は、外周側ダイアフラム15（中空部16）に回収される。外周側ダイアフラム15（中空部16）に回収された水は、矢印64a、64で示すように、下方に集められる。そして、集められた水は、下方の連通管19bを通り、排気室26に回収される。また、本実施例では、外周側ダイアフラム15には、排気室との連結管19が周方向に複数本（19a〜19d）設けられており、各連通管の内部には、それぞれ圧力調整機構20（20a〜20d）が設けられている。下方の連通管19bは、排気室に回収水を排出するための、他の連通管（19a、19c、19d）よりも径を大きくしている。上方、左右の連通管（19a、19c、19d）は、外周側ダイアフラム15の中空部16の圧力（結果的に静翼内部の中空部の圧力）が周方向においてより均一になるようにするために設けられている。
【００２６】
図４は、連通管19に設ける圧力調整機構（増圧機構）20の一例を示す。本実施例では、圧力調整機構としてオリフィス66を設けている。外周側ダイアフラム15の中空部16から排気室26に向かう流れ67は、オリフィス66で絞られ加速し、オリフィス66出口で、流れが急拡大させられることで、渦68が生じ、圧力損失が起きる。圧力損失が起きることで、外周側ダイアフラム15の中空部16と排気室26との間で圧力差を生じさせる。排気室は広い空間であり圧力は変化しないため、結果として、外周側ダイアフラム15の中空部16の圧力、さらには中空部16と連通している静翼13の中空部の圧力Pzを上昇（増圧）させる。静翼13の翼中空部の圧力Pzは、オリフィス66の開口部の大きさや、オリフィスを直列多段化することにより調節することができる。
【００２７】
次に、水膜分離スリットにおける吸引圧力比（静翼内部の圧力と水膜分離スリットが形成される箇所における静翼翼面の圧力の比）について説明する。
【００２８】
図５に、水膜分離スリット11における、水膜（液相）と蒸気（気相）の流れの模式図を示す。静翼13上に設けられた水膜分離スリット11は、静翼間流路部80と静翼内部中空部71とを連通している。静翼間流路部80の圧力Pxに対し、静翼中空部71の圧力Pzが小さいため、その圧力差で静翼面を流下する水膜84を静翼中空部71に取り込む。同時に、静翼間流路部80を流れる蒸気82も圧力差（Px−Pz）により静翼中空部71に取り込まれる。この分離された蒸気は、動翼に対して仕事をしないため、出力の低下の原因となる。
【００２９】
図６に、スリット前後の圧力比（Pz/Px）に対する水膜（液相）と蒸気（気相）の分離流量特性を示す。水膜は大きい圧力比0.90〜0.95でほぼ完全に分離できる。一方、蒸気の分離流量は、臨界圧力比（ノズルなどを通る気体の流速が音速に達したときの上流圧力(Px)と下流圧力(Pz)の比）0.5〜0.6まで増加する。即ち、水膜を分離でき、かつ随伴蒸気量を最小化できる圧力比が存在する。
【００３０】
圧力比が大きすぎると（0.95を超えると）、水膜分離量が極端に低下する。従って、水膜分離が主目的であることから、圧力比は、0.95以下とするのが望ましい。一方、随伴蒸気量（蒸気の分離流量）を低減するには、臨界圧力比よりも圧力比を大きくすれば良い。従って、圧力比は臨界圧力比から0.95の範囲が望ましい。さらに、実験によると、0.90〜0.95では、水膜を殆ど分離でき、これと同程度の水膜分離が可能な圧力比のなかで、最も随伴蒸気量（蒸気の分離流量）を小さくすることができる。即ち、水膜を分離でき、かつ随伴蒸気量を最小化できる最適圧力比は、0.90〜0.95である。
【００３１】
次に、水膜分離スリットにおける吸引圧力比の静翼高さ方向（スリット長さ方向）の調整について説明する。本実施例では、静翼翼面に形成するスリットの翼後縁からの距離を、静翼の高さ方向において異ならせることにより、スリットの長さ方向において吸引圧力比をより適切に設定するようにしている。これについて従来との対比で説明する。
【００３２】
先ず、全ての静翼高さの水膜分離スリット11位置で、最適圧力比にするために、静翼部の翼高さ方向の圧力分布を考える。図７に、静翼入口圧力と静翼出口圧力の静翼高さ方向分布、および排気室圧力との関係を示す。静翼入口の圧力はP0であり、静翼高さ方向においてほぼ一定値をとる。一方、静翼出口圧力は、静翼出口の旋回流による遠心力とバランスするために、外周側ほど大きくなっている。そのため、外周側断面Aの出口圧力P1Aは、内周側断面Bの出口圧力P1Bと比べて大きい。
【００３３】
図８に、図７の外周側断面Aと、内周側断面Bの静翼翼面圧力分布を示す。外周側断面Aの出口圧力P1Aは、内周側断面Bの出口圧力P1Bと比べて大きいため、翼正圧面上の圧力Pxに対応する軸方向位置は、外周側断面Aの軸方向位置XpsAに対し、内周側断面Bの軸方向位置XpsBの方が上流側になる。翼負圧面上の圧力Pxに対応する軸方向位置も同様に、外周側断面Aの軸方向位置XssAに対し、内周側断面Bの軸方向位置XssBの方が上流側になる。
【００３４】
図９は、本実施例の静翼構造における静翼に設けられた水膜分離スリット位置の圧力と静翼内部の圧力の関係を説明する図である。図面の左側に、本実施例に係るタービン静翼構造の要部を示す。本実施例では、静翼13の正圧面上に、水膜分離スリット11を設けている。また、水膜分離スリット11のタービン軸方向位置は、静翼の外周部から内周部に行くにしたがって、静翼後縁13TEから距離が大きくなるように設置されている
従来の水膜分離スリット（吸い込み口）は、例えば、特許文献１に記載のように、静翼後縁にほぼ平行に設けられている。図１０に従来の水膜分離スリット位置の適用した場合の比較例を示す。水膜分離スリット11は静翼後縁13TEにほぼ平行に設けられる。また、連通管19には圧力調整機構が設けられていないので、静翼中空部の圧力Pzは、外周側ダイアフラム15の中空部16と排気室26との連通部19や、外周側ダイアフラム15の中空部16における圧力損失の分だけ、排気室圧力よりも大きくなるが、その差は小さい。即ち、静翼内部の圧力は排気室の圧力に近い低圧になっている。
【００３５】
図７及び図８から分かるように、静翼高さ方向（スリット長さ方向）においてスリットが設けられる静翼翼面の圧力は、静翼外周側で高く、静翼内周側で低くなる。従って、水膜分離スリット11を静翼後縁13TEにほぼ平行に設けた場合、図１０に示すように、スリット位置の圧力Pxは、静翼出口圧力と同様、外周側ほど大きくなる。結果として、静翼高さ方向に、スリット部の圧力比Pz／Pxが異なる。連通管19に圧力調整機構が設けられていない場合、静翼外周部のスリット位置の圧力と静翼内部の圧力との差が大きくなり（したがって外周側ではスリット部での圧力比Pz／Pxが小さくなる）、静翼外周部での随伴蒸気の量が多くなり、出力低下の要因となる。また、静翼内周部のスリット位置の圧力が静翼内部の圧力に近い場合（圧力比が大きくなり、0.95を超える場合）、水膜分離をできない。従って、スリットを静翼の高さ全範囲に設けても、効果的に水膜を分離することができない。また、スリット位置の圧力は静翼高さ方向において異なり、スリットの長さ方向において圧力差が生じるので、スリットに平行な流れ（スリットに沿った横流れ）が生じる誘因となる。これは水膜回収量の低下につながり、また、蒸気タービンの主流にも悪い影響を与える可能性もある。
【００３６】
また、図９に示すように圧力調整機構を設けて静翼内部の圧力を高くするようにした場合でも、水膜分離スリット11を静翼後縁13TEにほぼ平行に設けた場合には、静翼内部（中空部）の圧力Pzは高さ方向においてほぼ一定であるので、全ての静翼高さのスリット位置において、上述した最適な圧力比を設定（調整）することが難しい。例えば、外周側断面Aの圧力を基準として圧力調整機構20により静翼内部の圧力Pzを排気室の圧力よりも大きくして圧力比を最適化すると、内周側断面Bの圧力が静翼内部の圧力よりも小さくなるか、圧力比が0.95を超えてしまう場合がある。そうすると、静翼内周側で水膜が回収できないだけでなく、静翼外周部で静翼内部に取り込んだ水膜などが静翼内周側の静翼内部からスリットを介して噴き出してしまう懸念が生じる。
【００３７】
これに対して、本実施例では、水膜分離スリット11のタービン軸方向位置は、静翼の外周部から内周部に行くに従って、静翼後縁13TEから距離が大きくなるように設置されている。図８に示すように、翼正圧面の圧力は軸方向位置が上流に行く程（翼後縁からの距離が大きくなる程）、圧力が高くなる。従って、水膜分離スリット11のタービン軸方向位置を、静翼の外周部から内周部に行くにしがって、静翼後縁13TEから距離が大きくなるように設置することにより、スリット位置における翼面圧力（Px）が静翼高さ方向においてほぼ一定となる。言い換えれば、本実施例では、水膜分離スリット11の軸方向位置は、翼面上の等圧線に近くなるように設定されている。
【００３８】
このように、スリット位置を設定することにより、全ての静翼高さのスリット位置において、上述した最適な圧力比となるように調整することが容易となる。即ち、スリット位置の圧力は静翼高さ方向の何れの位置でもほぼ一定の圧力Pxとなるので、このPxとの関係で、上述した最適な圧力比となるように、静翼中空部の圧力Pzを調整すれば良い。Pzの調整は、外周側ダイアフラム15の中空部16と排気室26とを結ぶ連通管19の内部に設けた圧力調整機構20により行う。例えば、図４において説明したように、オリフィス66の開口部の大きさや、オリフィスを直列多段化することにより静翼中空部の圧力Pzを調整する。
【００３９】
図１１は、本実施例の静翼構造におけるタービン静翼の翼断面図を示す。蒸気は矢印95の方向から流れてくる。静翼13の正圧面の圧力がPxとなる位置に水膜回収スリット11が設けられており、静翼正圧面を流下してくる水膜73を、圧力Pzに調整された静翼中空部71に吸い込み分離回収することができる。このときの随伴蒸気量を少なくすることができる。
【００４０】
また、本実施例では、水膜分離スリット11の軸方向位置は、翼面上の等圧線に近くなるように設定されているので、スリット位置における翼面圧力（Px）が静翼高さ方向においてほぼ一定となる。即ち、スリットの長さ方向において圧力差が生じないので、スリットに沿う流れの発生を抑制することができる。
【００４１】
また、従来は随伴蒸気量による出力低減を避けるため、スリットを設ける位置（長さ）を限定していたが、本実施例では、随伴蒸気量を少なくすることができるので、スリットを静翼の高さ方向のほぼ全範囲に設けることができる。従って、静翼の高さ方向のほぼ全範囲の静翼翼面に付着した水膜を効果的に回収することができる。
【００４２】
上述の実施例では、圧力調整機構（増圧機構）を設け、さらに、スリット部の軸方向位置を静翼高さ方向において異ならせることにより（水膜分離スリットを翼面の等圧線に近づけて設けることにより）、最適な圧力比を調整できるようにしている。しかし、静翼内部に連通する排気室までの圧力損失などにより、静翼内部の圧力がスリット部の翼面圧力との関係で適切な範囲となるような構成になっていれば、圧力調整機構（増圧機構）を設ける必要はない。この場合、スリット部の軸方向位置を静翼高さ方向において異ならせることにより、静翼高さ方向のほぼ全範囲において最適な圧力比に調整することができる。また、スリットの長さ方向に圧力差が生じないことによる効果は、圧力調整機構（増圧機構）の有無とは関係なく得られる。
【００４３】
以上説明したように、本実施例のタービン静翼構造（水膜分離機構）は、全ての静翼高さ位置で（水膜分離スリットの全ての位置で）水膜分離スリットの位置における吸引圧力比をほぼ一定の最適な吸引圧力比、すなわち翼面の水膜の分離率がほぼ100%であるが、蒸気の臨界圧力比より大きい圧力比に設定することができ、随伴蒸気量を最小化して（出力低下を抑制して）、動翼エロージョンを低減することが可能となる。
【００４４】
図１２に本発明の他の実施例を示す。正圧面に2本の水膜回収スリット11と43を、負圧面に1本の水膜回収スリット44を設けることで、最終段落入口の湿り度が大きい場合においても、水膜分離率を向上させた静翼構造である。その他は、上述の実施例と同様であるので詳細な説明を省略する。このように複数の水膜回収スリットを設ける場合においても、外周側から内周側に向かって、後縁からの距離が大きくなるように設置することで、スリット部の圧力比を静翼高さ方向にほぼ一定とすることができる。
【００４５】
図１３は、図１２に示す静翼構造におけるタービン静翼の翼断面図を示す。正圧面側の水膜回収スリット11の圧力と、負圧面側の水膜回収スリット44の圧力は、図８に示すように等しくPxとすることができる。そして、最適圧力比でそれぞれ水膜76と水膜77を、静翼中空部71に吸い込み分離回収することができる。正圧面側のもう一つの水膜回収スリット43の圧力は、Pxより大きいPYとなり、最適圧力比よりも小さくなるが、スリット本数を増やすことで、水膜分離効率は向上し、最終段落入口の湿り度が大きく、静翼翼面の水膜量が多い場合には有効な手段である。
【００４６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
10…ロータ、11…水膜分離スリット、12…動翼、13…静翼、15…外周側ダイアフラム、18…内周側ダイアフラム、19…連通管、20…圧力調整機構（増圧機構）、24…ケーシング、26…排気室。
【図１】
2014040803.tif 000003
【図２】
2014040803.tif 000004
【図３】
2014040803.tif 000005
【図４】
2014040803.tif 000006
【図５】
2014040803.tif 000007
【図６】
2014040803.tif 000008
【図７】
2014040803.tif 000009
【図８】
2014040803.tif 000010
【図９】
2014040803.tif 000011
【図１０】
2014040803.tif 000012
【図１１】
2014040803.tif 000013
【図１２】
2014040803.tif 000014
【図１３】
2014040803.tif 000015