(57)【要約】  軸流回転機械は、ロータ（２０）と、複数の静翼（４２）と、媒体流変更部材（６０）と、を備える。静翼（４２）は、内側シュラウド（４４）と、一以上のシールフィン（４９）と、を有する。ロータ軸（２１）には、径方向内側（Ｄｒｉ）に向かって凹んで内側シュラウド（４４）及びシールフィン（４９）が非接触で入り込む環状溝（２２）が形成されている。内側シュラウド（４４）で最も軸線下流側Ｄａｄの端（５８）から下流側溝側面（２５）までの距離は、距離（Ｌ）である。最下流シールフィン（４９ｄ）から媒体流変更面（６１）までの距離（Ｌｆ）は、軸線下流側（Ｄａｄ）に距離（Ｌ）以下である。
2018230411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転するロータと、
前記ロータの外周側を覆うケーシングと、
前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、
前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、
を備え、
前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有し、
前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有し、
複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置され、複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置され、
複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有し、
前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成され、
前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有し、
前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がり、
前記内側シュラウドで最も前記軸線下流側の端から前記下流側溝側面までの前記軸線方向の距離が距離Ｌであり、
前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側に配置され、
一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンから前記媒体流変更面までの前記軸線方向の距離Ｌｆは、前記軸線下流側に前記距離Ｌ以下である、
軸流回転機械。
【請求項２】
請求項１に記載の軸流回転機械において、
前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有し、
前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含む、
軸流回転機械。
【請求項３】
請求項２に記載の軸流回転機械において、
前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して１７０°の方向に前記傾斜面が存在する、
軸流回転機械。
【請求項４】
軸線を中心として回転するロータと、
前記ロータの外周側を覆うケーシングと、
前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、
前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、
を備え、
前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有し、
前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有し、
複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置され、複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置され、
複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有し、
前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成され、
前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有し、
前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がり、
前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有し、
前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含み、
前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側であって、一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンよりも前記軸線下流側に位置し、
前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して１７０°の方向に前記傾斜面が存在する、
軸流回転機械。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記内側シュラウドは、前記径方向外側に前記翼体が設けられているシュラウド本体と、前記シュラウド本体の前記径方向内側に固定され、一以上の前記シールフィンが径方向内側に設けられているシールリングと、を有し、
前記シールリングは、前記傾斜面を有する、
軸流回転機械。
【請求項６】
請求項２から４のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記内側シュラウドは、前記径方向外側を向き、前記翼体が形成されているガスパス面を有し、
前記傾斜面は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に少なくとも存在する、
軸流回転機械。
【請求項７】
請求項６に記載の軸流回転機械において、
前記傾斜面の前記径方向内側の端は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に位置する、
軸流回転機械。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記媒体流変更面は、前記軸線方向で、前記傾斜面が存在する領域内に位置する、
軸流回転機械。
【請求項９】
請求項２から８のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記傾斜面の前記径方向内側の端までの前記径方向の距離である傾斜面高さより低い、
軸流回転機械。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記傾斜面から前記径方向外側に向かいつつ前記軸線下流側に向う仮想延長線は、前記下流側溝側面と交わらない、
軸流回転機械。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から前記内側シュラウドまでの最短距離は、前記距離Ｌ以下である、
軸流回転機械。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記距離Ｌｆは、前記距離Ｌの０．５倍以上の距離である、
軸流回転機械。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記内側シュラウドの前記径方向内側の端までの径方向の距離であるシール面高さ以下である、
軸流回転機械。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、一以上の前記シールフィンの前記径方向の長さであるフィン高さ以下である、
軸流回転機械。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記ケーシングは、蒸気タービンケーシングであり、
前記蒸気タービンケーシングは、前記作動媒体としての蒸気を内部に導く前記媒体入口としての蒸気入口と、前記媒体出口としての蒸気出口と、を有する、
軸流回転機械。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記ケーシングは、ガスタービンケーシングであり、
前記ガスタービンケーシングは、前記作動媒体としての燃焼ガスを内部に導く前記媒体入口としての燃焼ガス入口と、前記媒体出口としての燃焼ガス出口と、を有する、
軸流回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動媒体により回転するロータと、このロータの外周側を覆うケーシングと、を備える軸流回転機械に関する。
本願は、２０１７年６月１２日に日本国に出願された特願２０１７−１１５３６４号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
軸流回転機械の一種である蒸気タービンは、軸線を中心として回転するロータと、ロータの外周側を覆うケーシングと、ケーシングの内側に設けられている複数の静翼と、を備える。ロータは、軸線を中心として、軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有する。動翼は、翼形を成す翼体と、プラットフォームとを有する。プラットフォームは、ロータ軸に固定されている。また、静翼は、翼形を成す翼体と、内側シュラウドとを有する。ロータ軸には、軸線に対する径方向内側に向かって凹んで軸線を中心として環状の環状溝が形成されている。静翼の内側シュラウドは、この環状溝内に非接触で入っている。ケーシング内で、複数の動翼の各翼体及び複数の静翼の各翼体が存在している空間は、軸線を中心として環状の空間である。この環状の空間は、蒸気が流れる蒸気主流路を形成する。【０００３】
以上のような構成の蒸気タービンでは、ケーシング内に流入した蒸気が蒸気主流路を通過する過程で、その一部がキャビティ入口から環状溝内に漏れ蒸気として流入する。この漏れ蒸気は、内側シュラウドと環状溝の溝底面との間を経て、キャビティ出口から蒸気主流路に戻る。なお、キャビティ入口は、環状溝の開口のうちで内側シュラウドよりも軸線上流側の部分である。また、キャビティ出口は、環状溝の開口のうちで内側シュラウドよりも軸線下流側の部分である。内側シュラウドと環状溝の溝底面との間を通過し、キャビティ出口に向かう漏れ蒸気は、径方向の流速成分を含んでいる。この漏れ蒸気のうち、環状溝の下流側溝側面に沿った漏れ蒸気の流れは、この下流側溝側面から軸線上流側に離れた漏れ蒸気の流れよりも、径方向の流速成分が大きい。蒸気主流路中の主蒸気は、軸線下流側に向う。蒸気主流路中を径方向下流側に流れる主蒸気流れ中には、径方向内側から径方向外側に向かう漏れ蒸気が流入する。この結果、主蒸気と漏れ蒸気との混合部分より下流側に、複雑な流れの二次流れが生じる。【０００４】
蒸気主流路中に二次流れが生じると、蒸気タービンの効率が低下する。このため、以下の特許文献１では、二次流れ損失を抑えるために、環状溝の溝底面から径方向外側に延びるフィンを設けている。このフィンは、軸線方向で、内側シュラウドと環状溝の下流側側面との間の位置に配置されている。特許文献１に記載の技術では、このフィンの存在により、環状溝の下流側側面に沿った漏れ蒸気の流れにおける径方向の流速成分を抑えることで、二次流れ損失を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２２９２８９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軸流回転機械業界では、軸流回転機械の効率のさらなる向上が望まれている。【０００７】
そこで、本発明は、二次流れ損失をより抑えて、軸流回転機械の効率をさらに高めることができる技術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】
前記目的を達成するための発明に係る第一態様の軸流回転機械は、
軸線を中心として回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングと、前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、を備える。前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有する。前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有する。複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置されている。複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置されている。複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有する。前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成されている。前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有する。前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がっている。前記内側シュラウドで最も前記軸線下流側の端から前記下流側溝側面までの前記軸線方向の距離が距離Ｌである。前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側に配置されている。一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンから前記媒体流変更面までの軸線方向の距離Ｌｆは、前記軸線下流側に前記距離Ｌ以下である。【０００９】
軸流回転機械では、媒体主流路を流れる主媒体の一部が、環状溝の開口のうちで、内側シュラウドよりも軸線上流側のキャビティ入口から漏れ媒体として環状溝内に流入する。この漏れ媒体は、内側シュラウドと環状溝の溝底面との間を軸線下流側に向って流れる。内側シュラウドと環状溝の溝底面との間を通過した漏れ媒体は、内側シュラウドの下流側端面と環状溝の下流側溝側面との間を主として径方向外側に流れる。そして、この漏れ媒体は、環状溝の開口のうちで、内側シュラウドよりも軸線下流側のキャビティ出口から媒体主流路内に戻る。【００１０】
この漏れ媒体は、媒体主流路中を軸線下流側に流れる主媒体の流れ中に混入する。この結果、主媒体と漏れ媒体との混合部分より下流側に、複雑な流れの二次流れが生じる。媒体主流路中に二次流れが生じると、軸流回転機械の効率が低下する。【００１１】
内側シュラウドと環状溝の溝底面との間を通過し、軸線下流側に流れる漏れ媒体が、仮に、環状溝の下流側溝側面に当たると、この漏れ媒体は、主として、下流側溝側面に沿って、ほぼ径方向外側に流れる。このため、軸線下流側に流れる漏れ媒体が、仮に、環状溝の下流側溝側面に当たると、内側シュラウドの下流側端面と環状溝の下流側溝側面との間を流れる漏れ媒体のうち、下流側溝側面に沿って径方向外側に流れる漏れ媒体は、下流側溝側面から軸線上流側に離れた位置を径方向外側に流れる漏れ媒体よりも、径方向の流速成分が大きくなる。【００１２】
本態様の軸流回転機械では、一以上のシールフィンのうち、最下流シールフィンの径方向内側の端と環状溝の溝底面との間を通過した漏れ媒体は、主として、溝底面に沿って軸線下流側に流れる。この漏れ媒体は、下流側溝側面よりも軸線上流側に存在する媒体流変更面に当たる。この漏れ媒体は、媒体流変更面に当たると、主として、媒体流変更面に沿って、ほぼ径方向外側に流れる。この漏れ媒体は、その後、内側シュラウドの下流側端面と環状溝の下流側溝側面との間を主として径方向外側に流れる。そして、この漏れ媒体は、キャビティ出口を経て、媒体主流路内に戻る。【００１３】
本態様の軸流回転機械では、一以上のシールフィンを内側シュラウドに設けたので、前述したように、最下流シールフィンの径方向内側の端と環状溝の溝底面との間に通過した漏れ媒体の流れが、主として溝底面に沿った流れになる。このため、内側シュラウドのシール面と環状溝の溝底面との間に通過した漏れ媒体の多くを媒体流変更面に当てることができる。よって、本態様の軸流回転機械では、この媒体流変更面に沿って、ほぼ径方向外側に流れる漏れ媒体の流量を多くすることができる。【００１４】
しかも、本態様の軸流回転機械では、最下流シールフィンから媒体流変更面までの軸線方向の距離が、内側シュラウドで最も軸線下流側の端から下流側溝側面までの軸線方向の距離Ｌ以下であるため、下流側溝側面よりも軸線上流側の位置で、主たる漏れ媒体の流れを径方向外側の流れに変えることができる。【００１５】
よって、本態様の軸流回転機械では、下流側溝側面に沿って径方向外側に流れる漏れ媒体の流量が少なくなる上に、この漏れ媒体の径方向の流速も小さくなる。一方で、本態様の軸流回転機械では、下流側溝側面から軸線上流側に離れた位置を径方向外側に流れる漏れ媒体の流量が多くなる上に、この漏れ媒体の径方向の流速も大きくなる。すなわち、本態様の軸流回転機械では、キャビティ出口における漏れ媒体の径方向の流れに関する流速分布が均一化され、径方向の最大流速も小さくなる。【００１６】
このため、本態様の軸流回転機械では、二次流れ損失を抑えることができるので、軸流回転機械の効率を高めることできる。さらに、本態様の軸流回転機械では、内側シュラウドに一以上のシールフィンを設けているので、漏れ媒体の流量を抑えることができ、この観点からも、軸流回転機械の効率を高めることができる。【００１７】
前記目的を達成するための発明に係る第二態様の軸流回転機械は、
前記第一態様の軸流回転機械において、前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有する。この場合、前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含む。【００１８】
本態様の軸流回転機械では、環状溝内で、内側シュラウドと環状溝の下流側溝側面との間を径方向外側に流れる漏れ媒体の一部が、傾斜面に当たり、この傾斜面に沿って流れることになる。この傾斜面に沿って流れる漏れ媒体は、径方向外側に向かうに連れて次第に軸線下流側に向う。このため、本態様の軸流回転機械では、この漏れ媒体の流速成分中で径方向の流速成分を小さくすることできる。【００１９】
前記目的を達成するための発明に係る第三態様の軸流回転機械は、
前記第二態様の軸流回転機械において、前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して１７０°の方向に前記傾斜面が存在する。【００２０】
媒体流変更面の径方向外側の端の位置での漏れ媒体の流れ方向は、媒体流変更面に対する角度がほぼ１７０°の方向になる。このため、本態様の軸流回転機械では、媒体流変更面に沿って径方向外側に流れた漏れ媒体の多くを傾斜面に沿って流すことができる。このため、本態様の軸流回転機械では、傾斜面による効果を高めることができる。【００２１】
前記目的を達成するための発明に係る第四態様の軸流回転機械は、
軸線を中心として回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングと、前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、を備える。前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有する。前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有する。複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置されている。複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置されている。複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有する。前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成されている。前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有する。前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がっている。前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有する。前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含む。前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側であって、一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンよりも前記軸線下流側に位置する。前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して１７０°の方向に前記傾斜面が存在する。【００２２】
本態様の軸流回転機械でも、第一態様の軸流回転機械と同様に、媒体流変更部材を有し、一以上のシールフィンが内側シュラウドに設けられているので、第一態様と同様に、二次流れ損失を抑えることができ、軸流回転機械の効率を高めることできる。さらに、本態様の軸流回転機械でも、内側シュラウドに一以上のシールフィンを設けているので、漏れ媒体の流量を抑えることができ、この観点からも、軸流回転機械の効率を高めることができる。【００２３】
さらに、本態様の軸流回転機械では、環状溝内で、内側シュラウドと環状溝の下流側溝側面との間を径方向外側に流れる漏れ媒体の一部が、傾斜面に当たり、この傾斜面に沿って流れることになる。この傾斜面に沿って流れる漏れ媒体は、径方向外側に向かうに連れて次第に軸線下流側に向う。このため、本態様の軸流回転機械では、この漏れ媒体の流速成分中で径方向の流速成分を小さくすることできる。【００２４】
媒体流変更面の径方向外側の端の位置での漏れ媒体の流れ方向は、媒体流変更面に対する角度がほぼ１７０°の方向になる。このため、本態様の軸流回転機械では、媒体流変更面に沿って径方向外側に流れた漏れ媒体の多くを傾斜面に沿って流すことができる。このため、本態様の軸流回転機械では、傾斜面による効果を高めることができる。【００２５】
前記目的を達成するための発明に係る第五態様の軸流回転機械は、
前記第二態様から前記第四態様のいずれかの軸流回転機械において、前記内側シュラウドは、前記径方向外側に前記翼体が設けられているシュラウド本体と、前記シュラウド本体の前記径方向内側に固定され、一以上の前記シールフィンが径方向内側に設けられているシールリングと、を有する。この場合、前記シールリングは、前記傾斜面を有する。【００２６】
前記目的を達成するための発明に係る第六態様の軸流回転機械は、
前記第二態様から前記第四態様のいずれかの軸流回転機械において、前記内側シュラウドは、前記径方向外側を向き、前記翼体が形成されているガスパス面を有する。この場合、前記傾斜面は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に少なくとも存在する。【００２７】
本態様の軸流回転機械では、環状溝内で、内側シュラウドと環状溝の下流側溝側面との間を径方向外側に流れる漏れ媒体の一部を、径方向でキャビティ出口に近い位置で、傾斜面に沿わせることができる。よって、本態様の軸流回転機械では、キャビティ出口における漏れ媒体の流速成分中で径方向の流速成分を小さくすることできる。【００２８】
前記目的を達成するための発明に係る第七態様の軸流回転機械は、
前記第六態様の軸流回転機械において、前記傾斜面の前記径方向内側の端は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に位置する。【００２９】
傾斜面の径方向内側の端の位置が、軸線方向で、最下流シールフィンと位置関係から制限を受ける場合がある。この場合、この端を径方向外側に位置させる方が、傾斜面の傾斜方向が軸線方向の向きに近くなる。傾斜面の傾斜方向が軸線方向の向きに近くなると、この傾斜面に沿って流れる漏れ媒体の流速成分中で径方向の流速成分が小さくなる。よって、本態様の軸流回転機械では、この端の位置を径方向内側に位置させる場合よりも、キャビティ出口における漏れ媒体の径方向の流速成分を小さくすることができる。【００３０】
前記目的を達成するための発明に係る第八態様の軸流回転機械は、
前記第二態様から前記第七態様のいずれかの軸流回転機械において、前記媒体流変更面は、前記軸線方向で、前記傾斜面が存在する領域内に位置する。【００３１】
本態様の軸流回転機械では、最下流シールフィンから媒体流変更面までの軸線方向の距離Ｌｆが短くなる。このため、媒体流変更面に沿って径方向外側に流れる漏れ媒体の軸線方向の位置を、より軸線上流側にさせることができる。さらに、本態様の軸流回転機械では、媒体流変更面に沿って径方向外側に流れた漏れ媒体の多くを傾斜面に導くことができる。このため、キャビティ出口における漏れ媒体の径方向の流れに関する流速分布が、より均一化され、径方向の最大流速も小さくなる。【００３２】
前記目的を達成するための発明に係る第九態様の軸流回転機械は、
前記第二態様から前記第八態様のいずれかの軸流回転機械において、前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記傾斜面の前記径方向内側の端までの前記径方向の距離である傾斜面高さより低い。【００３３】
ケーシングとロータとの熱膨張差により、ケーシングに固定されている静翼が、ロータに対して相対的に移動しても、内側シュラウドの下流側端面と媒体流変更部材との接触を回避する必要がある。【００３４】
本態様の軸流回転機械では、傾斜面の径方向内側に端が内側シュラウドで最も軸線下流側の端よりも、軸線上流側に位置している。このため、媒体流変更面から傾斜面の径方向内側の端までの軸線方向の距離が、媒体流変更面から内側シュラウドで最も軸線下流側の端までの軸線方向の距離より長くなる。よって、本態様の軸流回転機械では、ケーシングとロータとの熱膨張差により、静翼がロータに対して相対移動しても、内側シュラウドの下流側端面と媒体流変更部材との接触を回避することができる。【００３５】
前記目的を達成するための発明に係る第十態様の軸流回転機械は、
前記第二態様から前記第九態様のいずれかの軸流回転機械において、前記傾斜面から前記径方向外側に向かいつつ前記軸線下流側に向う仮想延長線は、前記下流側溝側面と交わらない。【００３６】
本態様の軸流回転機械では、傾斜面に沿って流れた漏れ媒体が下流側溝側面にあたる量を少なくすることができる。【００３７】
前記目的を達成するための第十一態様の軸流回転機械は、
前記第一態様から前記第十態様のいずれかの軸流回転機械において、前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から前記内側シュラウドまでの最短距離は、前記距離Ｌ以下である。【００３８】
媒体流変更面の径方向外側の端とこの端から最短距離の位置にある内側シュラウドの部分との間をキャビティ内下流側流路の入口とし、このキャビティ下流側流路の出口をキャビティ出口とする。本態様の軸流回転機械では、媒体流変更面の径方向外側の端から内側シュラウドまでの最短距離が距離Ｌ以下である。よって、本態様の軸流回転機械のキャビティ内下流側流路は、入口の開口面積に対して出口の開口面積が大きい拡張流路である。しかも、本態様の軸流回転機械では、キャビティ内下流側流路の出口は、キャビティ内下流側流路の入口よりも軸線下流側に位置している。このため、本態様の軸流回転機械では、キャビティ内下流側流路の出口、つまりキャビティ出口から流出する漏れ媒体の速度成分のうち、軸線方向成分を大きくし、径方向成分を少なくすることができる。【００３９】
前記目的を達成するための第十二態様の軸流回転機械は、
前記第一態様から前記第十一態様のいずれかの軸流回転機械において、前記距離Ｌｆは、前記距離Ｌの０．５倍以上の距離である。【００４０】
本態様の軸流回転機械では、ケーシングとロータとの熱膨張差により、静翼がロータに対して相対移動しても、内側シュラウドの下流側端面と媒体流変更部材との接触を回避することができる。【００４１】
前記目的を達成するための発明に係る第十三態様の軸流回転機械は、
前記第一態様から前記第十二態様のいずれかの軸流回転機械において、前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記内側シュラウドの前記径方向内側の端までの径方向の距離であるシール面高さ以下である。【００４２】
本態様の軸流回転機械では、ケーシングとロータとの熱膨張差により、静翼がロータに対して相対移動しても、内側シュラウドの下流側端面と媒体流変更部材との接触を、より確実に回避することができる。【００４３】
前記目的を達成するための発明に係る第十四態様の軸流回転機械は、
前記第一態様から前記第十二態様のいずれかの軸流回転機械において、前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、一以上の前記シールフィンの前記径方向の長さであるフィン高さ以下である。【００４４】
本態様の軸流回転機械では、ケーシングとロータとの熱膨張差により、静翼がロータに対して相対移動しても、内側シュラウドの下流側端面と媒体流変更部材との接触を、より確実に回避することができる。【００４５】
ここで、前記第一態様から前記第十四態様のいずれかの軸流回転機械において、前記ケーシングは、蒸気タービンケーシングであり、前記蒸気タービンケーシングは、前記作動媒体としての蒸気を内部に導く前記媒体入口としての蒸気入口と、前記媒体出口としての蒸気出口と、を有してもよい。すなわち、前記軸流回転機械は、蒸気タービンであってもよい。【００４６】
また、前記第一態様から前記第十四態様のいずれかの軸流回転機械において、前記ケーシングは、ガスタービンケーシングであり、前記ガスタービンケーシングは、前記作動媒体としての燃焼ガスを内部に導く前記媒体入口としての燃焼ガス入口と、前記媒体出口としての燃焼ガス出口と、を有してもよい。すなわち、前記軸流回転機械は、ガスタービンであってもよい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の一態様に係る軸流回転機械では、二次流れ損失を抑えて、軸流回転機械の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る第一実施形態における軸流回転機械の全体断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における軸流回転機械の要部断面図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態における軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図４】比較例における軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図５】本発明に係る第二実施形態における軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図６】本発明に係る第三実施形態における軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図７】本発明に係る第四実施形態における軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図８】本発明に係る第五実施形態における軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図９】本発明に係る、変形例の媒体流変更部材を含む軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図１０】本発明に係る、第一変形例の傾斜面を含む軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図１１】本発明に係る、第二変形例の傾斜面を含む軸流回転機械の内側環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【図１２】本発明に係る変形例における軸流回転機械の全体断面図である。
【図１３】本発明に係る変形例における軸流回転機械の要部断面図である。
【図１４】本発明に係る変形例における軸流回転機械の環状溝及び内側シュラウド周りの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明に係る軸流回転機械の各種実施形態、及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
「第一実施形態」
本発明に係る軸流回転機械の第一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００５１】
第一実施形態の軸流回転機械は、蒸気タービンである。この蒸気タービンは、図１に示すように、軸線Ａｒを中心として回転するロータ２０と、ロータ２０の外周側を覆う蒸気タービンケーシング１０と、蒸気タービンケーシング１０に固定されている複数の静翼列４１と、を備える。なお、以下では、軸線Ａｒが延びている方向を軸線方向Ｄａとし、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。さらに、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。
【００５２】
蒸気タービンケーシング１０は、蒸気が外部から流入する流入部１１と、胴部１２と、蒸気を外部に排気する排気部１５と、を有する。なお、以下では、蒸気タービンケーシングを単にケーシングという。流入部１１には、内部に作動媒体である蒸気を導く蒸気入口（媒体入口）１１ｉが形成されている。胴部１２は、軸線Ａｒを中心としてほぼ筒状を成している。排気部１５には、蒸気を外部に排気する蒸気出口（媒体出口）１５ｏが形成されている。流入部１１、胴部１２、排気部１５は、この順序で軸線方向Ｄａに並んでいる。なお、以下では、軸線方向Ｄａで、排気部１５に対して流入部１１が存在する側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。
【００５３】
ロータ２０は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸２１と、このロータ軸２１に取り付けられている複数の動翼列３１と、を有する。複数の動翼列３１は、軸線方向Ｄａに並んで、筒状の胴部１２の径方向内側Ｄｒｉに配置されている。各動翼列３１は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼３２で構成される。
【００５４】
複数の静翼列４１は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各静翼列４１は、複数の動翼列３１のうちのいずれか一の動翼列３１の軸線上流側Ｄａｕに配置されている。各静翼列４１は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼４２で構成される。各静翼４２は、いずれも、筒状の胴部１２の径方向内側Ｄｒｉに配置され、この胴部１２に固定されている。
【００５５】
ロータ軸２１の軸線上流側Ｄａｕの端は、ケーシング１０内から軸線上流側Ｄａｕに突出している。また、ロータ軸２１の軸線下流側Ｄａｄの端は、ケーシング１０内から軸線下流側Ｄａｄに突出している。ケーシング１０の流入部１１で、ロータ軸２１が外部に貫通している部分には、上流側軸封１６ｕが設けられている。また、ケーシング１０の排気部１５で、ロータ軸２１が外部に貫通している部分には、下流側軸封１６ｄが設けられている。ロータ軸２１で、上流側軸封１６ｕよりも軸線上流側Ｄａｕの部分は、上流側軸受１７ｕで支持されている。また、ロータ軸２１で、下流側軸封１６ｄよりも軸線下流側Ｄａｄの部分は、下流側軸受１７ｄで支持されている。ロータ２０は、上流側軸受１７ｕ及び下流側軸受により、軸線Ａｒを中心として回転可能に支持されている。
【００５６】
動翼３２は、図２に示すように、翼形を成し径方向Ｄｒに延びる翼体３３と、翼体３３の径方向外側Ｄｒｏに設けられている外側シュラウド３４と、を有する。翼体３３は、ロータ軸２１に固定されている。外側シュラウド３４の径方向内側Ｄｒｉの面は、ガスパス面３５を形成する。なお、ここで例示している動翼３２は、外側シュラウド３４を有するが、この外側シュラウド３４が省略される場合もある。
【００５７】
ケーシング１０の胴部１２で、動翼３２の外側シュラウド３４と径方向Ｄｒで対向する部分には、外側環状溝１３が形成されている。この外側環状溝１３は、径方向外側Ｄｒｏに凹んで、軸線Ａｒを中心として環状を成す。動翼３２の外側シュラウド３４は、この外側環状溝１３内に配置されている。外側環状溝１３の溝底面には、この溝底面から径方向内側Ｄｒｉに延びる複数のシールフィン１４が設けられている。動翼３２の外側シュラウド３４は、この外側環状溝１３及び複数のシールフィン１４と非接触状態で、この外側環状溝１３内に配置されている。
【００５８】
静翼４２は、翼形を成し径方向Ｄｒに延びる翼体４３と、翼体４３の径方向内側Ｄｒｉに設けられている内側シュラウド４４と、内側シュラウド４４の径方向内側Ｄｒｉに設けられている複数のシールフィン４９と、を有する。内側シュラウド４４は、シュラウド本体４５と、このシュラウド本体４５の径方向内側Ｄｒｉに固定されているシールリング４６と、を有する。この静翼４２は、前述したように、筒状の胴部１２の径方向内側Ｄｒｉに配置され、この胴部１２に固定されている。シールリング４６の径方向内側Ｄｒｉには、このシールリング４６から径方向内側Ｄｒｉに延びる複数のシールフィン４９が設けられている。複数のシールフィン４９は、軸線方向Ｄａに並んでいる。
【００５９】
ロータ軸２１で、静翼４２の内側シュラウド４４と径方向Ｄｒで対向する部分には、内側環状溝２２が形成されている。この内側環状溝（以下、単に環状溝とする）２２は、径方向内側Ｄｒｉに凹んで、軸線Ａｒを中心として環状を成す。内側シュラウド４４及び複数のシールフィン４９は、この環状溝２２と非接触状態で、この環状溝２２内に配置されている。この環状溝２２の開口のうちで、内側シュラウド４４よりも軸線上流側Ｄａｕの部分は、キャビティ入口２６を成す。また、この環状溝２２の開口のうちで、内側シュラウド４４よりも軸線下流側Ｄａｄの部分は、キャビティ出口２７を成す。
【００６０】
環状溝２２は、径方向外側Ｄｒｏを向く溝底面２３と、溝底面２３の軸線上流側Ｄａｕの端から径方向外側Ｄｒｏに向かって広がる上流側溝側面２４と、溝底面２３の軸線下流側Ｄａｄの端から径方向外側Ｄｒｏに向かって広がる下流側溝側面２５と、を有する。上流側溝側面２４と下流側溝側面２５とは、軸線方向Ｄａで互いに対向している。
【００６１】
本実施形態の蒸気タービンは、媒体流変更部材６０をさらに備える。この媒体流変更部材６０は、板状を成し、その一部がロータ軸２１に埋め込まれ、残りの部分がロータ軸２１から径方向外側Ｄｒｏに突出している。この媒体流変更部材６０は、媒体流変更面６１を有する。媒体流変更面６１は、軸線上流側Ｄａｕを向き、且つ溝底面２３から径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。この媒体流変更面６１は、環状溝２２の下流側溝側面２５よりも軸線上流側Ｄａｕであって、複数のシールフィン４９のうちで最も軸線下流側Ｄａｄの最下流シールフィン４９ｄよりも軸線下流側Ｄａｄに位置する。
【００６２】
内側シュラウド４４は、軸線上流側Ｄａｕを向いて上流側溝側面２４と対向する上流側端面５１と、軸線下流側Ｄａｄを向いて下流側溝側面２５と対向する下流側端面５２と、径方向外側Ｄｒｏを向くガスパス面５６と、径方向内側Ｄｒｉを向くシール面５７と、を有する。上流側端面５１と下流側端面５２とは、軸線方向Ｄａで背合わせの関係である。ガスパス面５６上には、翼体４３が形成されている。ガスパス面５６とシール面５７とは、径方向Ｄｒで背合わせの関係である。下流側端面５２は、下流側溝側面２５と実質的に平行な平行面５３と、下流側溝側面２５に対して傾斜している傾斜面５４とを含む。平行面５３は、下流側端面５２中の径方向外側Ｄｒｏの面を形成する。傾斜面５４は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う面である。この傾斜面５４は、下流側端面５２中の径方向内側Ｄｒｉの面を形成する。この傾斜面５４は、内側シュラウド４４のシュラウド本体４５と、この内側シュラウド４４のシールリング４６とにわたって形成されている。
【００６３】
複数の動翼３２の各翼体３３、及び複数の静翼４２の各翼体４３が存在している空間は、軸線Ａｒを中心として環状の空間である。この環状の空間は、作動媒体である蒸気が流れる媒体主流路１８を形成する。この媒体主流路１８は、静翼４２の内側シュラウド４４におけるガスパス面５６と、ケーシング１０の内周面のうち、この内側シュラウド４４と径方向Ｄｒで対向する部分と、ロータ軸２１の外周面内であって動翼３２が固定されている部分と、動翼３２の外側シュラウド３４におけるガスパス面３５とで、画定される。
【００６４】
次に、媒体流変更面６１の軸線方向Ｄａの位置や、径方向Ｄｒの高さについて、図３を用いて説明する。
【００６５】
ここで、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離を距離Ｌとする。この場合、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆは、距離Ｌ以下で且つ距離（０．５×Ｌ）以上である。すなわち、距離Ｌと距離Ｌｆとの関係は、以下の通りである。
０．５×Ｌ≦Ｌｆ≦Ｌ
但し、本実施形態で、媒体流変更面６１は、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８よりも軸線下流側Ｄａｄに位置している。
【００６６】
また、溝底面２３から媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２までの径方向Ｄｒの距離である変更面高さＨｃと、他の高さ等との関係は、以下の通りである。
Ｈｇ＜（Ｈｇ＋Ｈｈ）＝Ｈｐ＜Ｈｃ
Ｈｇ：溝底面２３からシールフィン４９の径方向内側Ｄｒｉの端までの径方向Ｄｒの距離であるシール隙間
Ｈｆ：シールフィン４９の径方向Ｄｒの長さであるフィン高さ
Ｈｐ：溝底面２３から内側シュラウド４４のシール面５７までの径方向Ｄｒの距離であるシール面高さ
【００６７】
次に、本実施形態の蒸気タービンの効果について説明する前に、図４を参照して、比較例の蒸気タービンについて説明する。
【００６８】
比較例の蒸気タービンも、本実施形態の蒸気タービンと同様、ロータ２０と、複数の静翼４２ｘと、を有する。ロータ２０は、本実施形態のロータ２０と完全同一である。静翼４２ｘも、本実施形態の静翼４２と同様に、翼体４３と、内側シュラウド４４ｘと、複数のシールフィン４９とを有する。内側シュラウド４４ｘは、本実施形態の内側シュラウド４４と同様、上流側端面５１と、下流側端面５２ｘと、ガスパス面５６と、シール面５７と、を有する。但し、この下流側端面５２ｘは、本実施形態の傾斜面５４を含まない。つまり、この下流側端面５２ｘは、その全体が下流側溝側面２５と実質的に平行な平行面である。また、比較例の蒸気タービンは、本実施形態の蒸気タービンにおける媒体流変更部材６０を有していない。
【００６９】
比較例の蒸気タービンでは、媒体主流路１８を流れる主蒸気Ｓｍの一部が、キャビティ入口２６から漏れ蒸気Ｓｌとして環状溝２２内に流入する。この漏れ蒸気Ｓｌは、内側シュラウド４４ｘのシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間を軸線下流側Ｄａｄに向って流れる。但し、内側シュラウド４４ｘのシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間には、複数のシールフィン４９が存在するため、内側シュラウド４４ｘのシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間を通過する漏れ蒸気Ｓｌの流量が抑えられる。複数のシールフィン４９を通過した漏れ蒸気Ｓｌは、内側シュラウド４４ｘの下流側端面５２ｘと環状溝２２の下流側溝側面２５との間を主として径方向外側Ｄｒｏに流れる。そして、この漏れ蒸気Ｓｌは、キャビティ出口２７から媒体主流路１８内に戻る。
【００７０】
この漏れ蒸気Ｓｌは、媒体主流路１８中を軸線下流側Ｄａｄに流れる主蒸気Ｓｍの流れ中に混入する。この結果、主蒸気Ｓｍと漏れ蒸気Ｓｌとの混合部分より下流側に、複雑な流れの二次流れＳｓが生じる。媒体主流路１８中に二次流れＳｓが生じると、蒸気タービンの効率が低下する。
【００７１】
複数のシールフィン４９のうち、最下流シールフィン４９ｄの径方向内側Ｄｒｉの端と環状溝２２の溝底面２３との間を通過した漏れ蒸気Ｓｌは、主として、溝底面２３に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる。この漏れ蒸気Ｓｌは、下流側溝側面２５に当たると、主として、下流側溝側面２５に沿って、ほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れる。このため、内側シュラウド４４ｘの下流側端面５２ｘと環状溝２２の下流側溝側面２５との間を流れる漏れ蒸気Ｓｌのうち、下流側溝側面２５に沿って径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ蒸気Ｓｌは、下流側溝側面２５から軸線上流側Ｄａｕに離れた位置を径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ蒸気Ｓｌよりも、径方向Ｄｒの流速成分が大きくなる。すなわち、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布は、図４中の二点鎖線で示すようになる。この流速分布が示すように、軸線方向Ｄａで下流側溝側面２５に近い位置での径方向Ｄｒの流速が極め大きい。また、比較例では、流速値が最大に位置から軸線上流側Ｄａｕの位置にずれるに従って、急激に径方向Ｄｒの流速が小さくなる。
【００７２】
次に、本実施形態の蒸気タービンの効果について、図３を参照して説明する。
【００７３】
本実施形態の蒸気タービンでも、比較例の蒸気タービンと同様、媒体主流路１８を流れる主蒸気Ｓｍの一部が、キャビティ入口２６から漏れ蒸気Ｓｌとして環状溝２２内に流入する。この漏れ蒸気Ｓｌは、内側シュラウド４４のシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間を軸線下流側Ｄａｄに向って流れる。本実施形態でも、内側シュラウド４４のシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間に、複数のシールフィン４９が存在するため、内側シュラウド４４のシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間を通過する漏れ蒸気Ｓｌの流量が抑えられる。
【００７４】
複数のシールフィン４９のうち、最下流シールフィン４９ｄの径方向内側Ｄｒｉの端と環状溝２２の溝底面２３との間を通過した漏れ蒸気Ｓｌは、主として、溝底面２３に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる。以上までの漏れ蒸気Ｓｌの流れは、比較例の蒸気タービンにおける漏れ蒸気Ｓｌの流れと同じである。
【００７５】
最下流シールフィン４９ｄの径方向内側Ｄｒｉの端と環状溝２２の溝底面２３との間を通過し、溝底面２３に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる漏れ蒸気Ｓｌは、下流側溝側面２５よりも軸線上流側Ｄａｕに存在する媒体流変更面６１に当たる。この漏れ蒸気Ｓｌは、媒体流変更面６１に当たると、主として、媒体流変更面６１に沿って、ほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れる。
【００７６】
この漏れ蒸気Ｓｌは、その後、内側シュラウド４４の下流側端面５２と環状溝２２の下流側溝側面２５との間を主として径方向外側Ｄｒｏに流れる。そして、この漏れ蒸気Ｓｌは、キャビティ出口２７を経て、媒体主流路１８内に戻る。
【００７７】
本実施形態では、複数のシールフィン４９を内側シュラウド４４に設けたので、前述したように、最下流シールフィン４９ｄの径方向内側Ｄｒｉの端と環状溝２２の溝底面２３との間に通過した漏れ蒸気Ｓｌの流れが、主として溝底面２３に沿った流れになる。このため、内側シュラウド４４のシール面５７と環状溝２２の溝底面２３との間に通過した漏れ蒸気Ｓｌの多くを媒体流変更面６１に当てることができる。よって、本実施形態では、この媒体流変更面６１に沿って、ほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ蒸気Ｓｌの流量を多くすることができる。
【００７８】
しかも、本実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆが、前述したように、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌ以下であるため、下流側溝側面２５よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で、主たる漏れ蒸気Ｓｌの流れを径方向外側Ｄｒｏの流れに変えることができる。
【００７９】
よって、本実施形態では、比較例と比べて、下流側溝側面２５に沿って径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ蒸気Ｓｌの流量が少なくなる上に、この漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流速も小さくなる。一方で、本実施形態では、比較例と比べて、下流側溝側面２５から軸線上流側Ｄａｕに離れた位置を径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ蒸気Ｓｌの流量が多くなる上に、この漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流速も大きくなる。すなわち、本実施形態では、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布が比較例に比べて均一化され、径方向Ｄｒの最大流速も小さくなる。
【００８０】
さらに、本実施形態では、内側シュラウド４４に、比較例では形成されていない傾斜面５４が形成されている。このため、媒体流変更面６１に沿ってほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れた漏れ蒸気Ｓｌの少なくとも一部が傾斜面５４に当たり、この傾斜面５４に沿って流れることになる。傾斜面５４は、前述したように、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う面である。よって、傾斜面５４に沿って流れる漏れ蒸気Ｓｌは、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う。このため、この漏れ蒸気Ｓｌの流速成分中で径方向Ｄｒの流速成分は、比較例よりも小さくなる。すなわち、本実施形態では、傾斜面５４により、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流速成分を、比較例よりも小さくすることができる。
【００８１】
以上、本実施形態では、媒体流変更面６１及び傾斜面５４の存在により、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布が、図３中の二点鎖線で示すように、比較例に比べて均一化され、径方向Ｄｒの最大流速も小さくなる。
【００８２】
運動量は速度の二乗に比例するため、キャビティ出口２７における流速分布が均一化されて、径方向Ｄｒの最大流速が小さくなればなるほど、主蒸気Ｓｍと漏れ蒸気Ｓｌとの混合位置よりも軸線下流側Ｄａｄに形成される二次流れＳｓの成長を抑えることができる。このため、本実施形態では、比較例よりも二次流れＳｓの成長を抑えることができ、二次流れ損失を抑えることができる。
【００８３】
本実施形態では、以上のように、二次流れ損失を抑えることができるので、蒸気タービンの効率を高めることできる。さらに、本実施形態では、内側シュラウド４４に複数のシールフィン４９を設けているので、漏れ蒸気Ｓｌの流量を抑えることができ、この観点からも、蒸気タービンの効率を高めることができる。
【００８４】
ところで、変更面高さＨｃが高く、且つ媒体流変更面６１が内側シュラウド４４の下流側端面５２に近いほど、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布の均一化を図ることができる。一方で、ケーシング１０とロータ２０との熱膨張差により、ケーシング１０に固定されている静翼４２が、ロータ２０に対して相対的に移動しても、内側シュラウド４４の下流側端面５２と媒体流変更部材６０との接触を回避する必要がある。
【００８５】
ここで、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌは、ケーシング１０とロータ２０との熱膨張差により、ケーシング１０に固定されている静翼４２が、ロータ２０に対して相対的に軸線下流側Ｄａｄに最大限移動しても、静翼４２の内側シュラウド４４とロータ２０の下流側溝側面２５とが接触し得ない寸法に設定されている。
【００８６】
本実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆが距離Ｌより短いものの、内側シュラウド４４の下流側端面５２中で径方向内側Ｄｒｉの部分には、傾斜面５４が形成されているため、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８よりも内側シュラウド４４の下流側端面５２中で径方向内側Ｄｒｉの部分が軸線上流側Ｄａｕに逃げている。しかも、本実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆが距離（０．５×Ｌ）以上である。このため、本実施形態では、ケーシング１０とロータ２０との熱膨張差により、静翼４２がロータ２０に対して相対移動しても、内側シュラウド４４の下流側端面５２と媒体流変更部材６０との接触を回避することができる。
【００８７】
なお、本実施形態では、内側シュラウド４４の下流側端面５２が傾斜面５４を含むが、この傾斜面５４を含まなくてもよい。この場合、内側シュラウド４４の製作コストを抑えることができる一方で、傾斜面５４による効果を得ることができなくなる。よって、内側シュラウド４４の下流側端面５２が傾斜面５４を含まない場合、内側シュラウド４４に設けた複数のシールフィン４９及び媒体流変更部材６０により、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布の均一化を図ることができるものの、本実施形態よりも、流速分布の均一化効果が小さい。
【００８８】
「第二実施形態」
本発明に係る軸流回転機械の第二実施形態について、図５を参照して説明する。
【００８９】
本実施形態の軸流回転機械も、第一実施形態と同様、蒸気タービンである。本実施形態の蒸気タービンは、第一実施形態の蒸気タービンにおける傾斜面５４の角度等を変更したもので、その他の構成は第一実施形態の蒸気タービンの構成と基本的に同じである。
【００９０】
本実施形態の内側シュラウド４４ａの下流側端面５２ａも、第一実施形態の下流側端面５２と同様、下流側溝側面２５と実質的に平行な平行面５３ａと、下流側溝側面２５に対して傾斜している傾斜面５４ａとを含む。平行面５３ａは、下流側端面５２ａ中の径方向外側Ｄｒｏの面を形成する。傾斜面５４ａは、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う面である。この傾斜面５４ａは、下流側端面５２ａ中の径方向内側Ｄｒｉの面を形成する。この傾斜面５４ａは、内側シュラウド４４ａのシュラウド本体４５ａと、この内側シュラウド４４ａのシールリング４６ａとにわたって形成されている。
【００９１】
本実施形態の傾斜面５４ａに関する仮想延長線であって、この傾斜面５４ａから径方向外側Ｄｒｏに向かいつつ軸線下流側Ｄａｄに向う仮想延長線ｌｖは、下流側溝側面２５と交わらない。言い換えると、この仮想延長線ｌｖは、下流側溝側面２５から径方向外側Ｄｒｏに延びる仮想延長線と交わる。
【００９２】
また、本実施形態では、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２から内側シュラウド４４ａまでの最短距離Ｌｓが、内側シュラウド４４ａで最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌ以下である。すなわち、距離Ｌと距離Ｌｓとの関係は、以下の通りである。
Ｌｓ≦Ｌ
【００９３】
なお、本実施形態における距離Ｌ、距離Ｌｆ、変更面高さＨｃ、シール隙間Ｈｇ、フィン高さＨｆ、シール面高さＨｐは、いずれも、第一実施形態の対応寸法と同じである。
【００９４】
本実施形態でも、前述したように、媒体流変更面６１に沿ってほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れた漏れ蒸気Ｓｌの少なくとも一部が傾斜面５４ａに当たり、この傾斜面５４ａに沿って流れることになる。この傾斜面５４ａに沿って流れる漏れ蒸気Ｓｌは、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う。
【００９５】
仮に、傾斜面に関する仮想延長線ｌｖが、下流側溝側面２５と交わるとする。この場合、傾斜面に沿って流れた漏れ蒸気Ｓｌの一部が、下流側溝側面２５に当たることになる。漏れ蒸気Ｓｌの一部が下流側溝側面２５に当たると、この漏れ蒸気Ｓｌは、下流側溝側面２５に沿って径方向外側Ｄｒｏに流れる。このため、この場合、径方向Ｄｒにおけるキャビティ出口２７の位置で且つ軸線方向Ｄａで下流側溝側面２５に近い位置での径方向Ｄｒに流れる漏れ蒸気Ｓｌの流速が大きくなると共にこの漏れ蒸気Ｓｌの流量が多くなる。よって、この場合、傾斜面の効果が低下する。このため、本実施形態のように、傾斜面５４ａの仮想延長線ｌｖが下流側溝側面２５と交わらないようにして、この傾斜面５４ａの効果を高めることが好ましい。
【００９６】
ここで、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２とこの端６２から最短距離Ｌｓの位置にある内側シュラウド４４ａの部分５９との間をキャビティ内下流側流路の入口とする。さらに、このキャビティ下流側流路の出口をキャビティ出口２７とする。本実施形態では、前述したように、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２から内側シュラウド４４ａまでの最短距離Ｌｓが距離Ｌ以下である。よって、本実施形態のキャビティ内下流側流路は、入口の開口面積に対して出口の開口面積が大きい拡張流路である。しかも、本実施形態では、キャビティ内下流側流路の出口は、キャビティ内下流側流路の入口よりも軸線下流側Ｄａｄに位置している。このため、本実施形態では、キャビティ内下流側流路の出口、つまりキャビティ出口２７から流出する漏れ蒸気Ｓｌの速度成分のうち、軸線方向Ｄａ成分を大きくし、径方向Ｄｒ成分を少なくすることができる。よって、本実施形態では、主蒸気Ｓｍと漏れ蒸気Ｓｌとの混合位置よりも軸線下流側Ｄａｄに形成される二次流れＳｓの成長を抑えることができる。
【００９７】
「第三実施形態」
本発明に係る軸流回転機械の第三実施形態について、図６を参照して説明する。
【００９８】
本実施形態の軸流回転機械も、以上の実施形態と同様、蒸気タービンである。本実施形態の蒸気タービンは、第一実施形態の蒸気タービンにおける傾斜面５４の位置を変更したもので、その他の構成は第一実施形態の蒸気タービンの構成と基本的に同じである。
【００９９】
本実施形態の内側シュラウド４４ｂの下流側端面５２ｂも、第一実施形態の下流側端面５２と同様、下流側溝側面２５と実質的に平行な平行面５３ｂと、下流側溝側面２５に対して傾斜している傾斜面５４ｂとを含む。本実施形態の平行面５３ｂは、以上の各実施形態と異なり、下流側端面５２ｂ中の径方向内側Ｄｒｉの面を形成する。傾斜面５４ｂは、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う面である。本実施形態の傾斜面５４ｂは、下流側端面５２中の径方向外側Ｄｒｏの面を形成する。よって、この傾斜面５４ｂは、ガスパス面５６から、このガスパス面５６とシール面５７との間の距離の半分の位置、言い換えると、内側シュラウド４４の厚さの半分の位置Ｐｈまでの範囲内に存在する。また、本実施形態の傾斜面５４ｂは、前述したように、下流側端面５２ｂ中の径方向外側Ｄｒｏの面を形成するため、この傾斜面５４ｂからの仮想延長線は、第二実施形態と同様、下流側溝側面２５と交わらない。また、本実施形態の傾斜面５４ｂは、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２から、媒体流変更面６１に対して１７０°の方向に存在する。
【０１００】
本実施形態でも、以上の各実施形態と同様に、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌと、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆとの関係は、以下の通りである。
０．５×Ｌ≦Ｌｆ≦Ｌ
【０１０１】
また、本実施形態でも、第二実施形態と同様に、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２から内側シュラウド４４ｂまでの最短距離Ｌｓと前記距離Ｌとの関係は、以下の通りである。
Ｌｓ≦Ｌ
【０１０２】
また、本実施形態の変更面高さＨｃ、シール隙間Ｈｇ、フィン高さＨｆ、シール面高さＨｐは、いずれも、第一実施形態の対応寸法と同じである。本実施形態では、溝底面２３から傾斜面５４の径方向内側Ｄｒｉの端までの径方向Ｄｒの距離である傾斜面高さＨｓは、変更面高さＨｃよりも高い。
【０１０３】
本実施形態では、環状溝２２内で、内側シュラウド４４ｂと下流側溝側面２５との間を径方向外側に流れる漏れ蒸気Ｓｌの一部を、径方向Ｄｒでキャビティ出口２７に近い位置で、傾斜面５４ｂに沿わせることができる。よって、本実施形態では、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの流速成分中で径方向Ｄｒの流速成分を小さくすることできる。よって、本実施形態では、第一及び第二実施形態よりも、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布を均一化することができる。
【０１０４】
媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２の位置での漏れ蒸気Ｓｌの流れ方向は、媒体流変更面６１に対する角度αがほぼ１７０°の方向になる。すなわち、漏れ蒸気Ｓｌは、媒体流変更面６１に当たると、径方向外側Ｄｒｏに流れつつ、若干、軸線上流側Ｄａｕに流れる。なお、この１７０°は、コンピュータによる流れ解析の結果得られた角度である。本実施形態では、前述したように、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２から、媒体流変更面６１に対して１７０°の方向に傾斜面５４ｂが存在する。このため、本実施形態では、媒体流変更面６１に沿ってほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れた漏れ蒸気Ｓｌの多くを傾斜面５４ｂに向わせることができる。よって、媒体流変更面６１の径方向外側Ｄｒｏの端６２から、媒体流変更面６１に対して１７０°の方向に傾斜面５４ｂを存在させることで、この傾斜面５４ｂの効果を高めることができる。
【０１０５】
さらに、本実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆが距離Ｌより短いものの、媒体流変更面６１の高さＨｃが傾斜面高さＨｓよりも低い上に、傾斜面５４ｂよりも径方向内側Ｄｒｉに存在する平行面５３ｂが内側シュラウド４４ｂで最も軸線下流側Ｄａｄの端５８よりも軸線上流側Ｄａｕに逃げている。このため、本実施形態では、ケーシング１０とロータ２０との熱膨張差により、静翼４２がロータ２０に対して相対移動しても、内側シュラウド４４の下流側端面５２ｂと媒体流変更部材６０との接触を回避することができる。
【０１０６】
「第四実施形態」
本発明に係る軸流回転機械の第四実施形態について、図７を参照して説明する。
【０１０７】
本実施形態の軸流回転機械も、以上の実施形態と同様、蒸気タービンである。本実施形態の蒸気タービンは、第三実施形態の蒸気タービンにおける媒体流変更面６１の位置を変更したもので、その他の構成は第三実施形態の蒸気タービンの構成と基本的に同じである。
【０１０８】
本実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更部材６０ａの媒体流変更面６１ａまでの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆを第三実施形態の同距離より短くして、軸線方向Ｄａで、傾斜面５４ｂが存在する領域内に媒体流変更面６１ａを位置させている。なお、本実施形態でも、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１ａまでの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆは、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌより短い。
【０１０９】
このように、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１ａまでの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆを短くすることで、媒体流変更面６１ａに沿って径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ蒸気Ｓｌの軸線方向Ｄａの位置を、以上の各実施形態よりも軸線上流側Ｄａｕに位置させることができる。さらに、本実施形態では、媒体流変更面６１ａに沿って径方向外側Ｄｒｏに流れた漏れ蒸気Ｓｌの多くを傾斜面５４ｂに導くことができる。このため、本実施形態では、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流れに関する流速分布が、以上の各実施形態よりも、均一化され、径方向Ｄｒの最大流速も小さくなる。
【０１１０】
但し、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１ａまでの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆを短くすると、ケーシングとロータ２０との熱膨張差により、静翼４２がロータ２０に対して相対移動した場合に、内側シュラウド４４の下流側端面５２と媒体流変更部材６０ａとの接触の可能性が高まる。このため、変更面高さＨｃを、シール面高さＨｐ以下、好ましくはフィン高さＨｆ以下にするとよい。
【０１１１】
なお、本実施形態は、第三実施形態の変形例であるが、第一及び第二実施形態においても、本実施形態と同様に、軸線方向Ｄａで、傾斜面が存在する領域内に媒体流変更面６１を位置させてもよい。
【０１１２】
また、以上の各実施形態、及び、以下で説明する第五実施形態における変更面高さＨｃも、シール面高さＨｐ以下、又は、フィン高さＨｆ以下にしてもよい。
【０１１３】
「第五実施形態」
本発明に係る軸流回転機械の第五実施形態について、図８を参照して説明する。
【０１１４】
本実施形態の軸流回転機械も、以上の実施形態と同様、蒸気タービンである。本実施形態の蒸気タービンも、第三実施形態の蒸気タービンにおける媒体流変更面６１の位置を変更したもので、その他の構成は第三実施形態の蒸気タービンの構成と基本的に同じである。
【０１１５】
以上の各実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更面６１までの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆが、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌ以下である。一方、本実施形態では、最下流シールフィン４９ｄから媒体流変更部材６０ｂの媒体流変更面６１ｂまでの軸線方向Ｄａの距離Ｌｆが、内側シュラウド４４で最も軸線下流側Ｄａｄの端５８から下流側溝側面２５までの軸線方向Ｄａの距離Ｌより大きい。
【０１１６】
しかしながら、本実施形態では、第三実施形態と同様に、媒体流変更面６１ｂの径方向外側Ｄｒｏの端６２ｂから、媒体流変更面６１ｂに対して１７０°の方向に傾斜面５４ｂが存在する。このため、本実施形態でも、媒体流変更面６１ｂに沿ってほぼ径方向外側Ｄｒｏに流れた漏れ蒸気Ｓｌの少なくとも一部が傾斜面５４に当たり、この漏れ蒸気Ｓｌを傾斜面５４に沿った流れにすることができる。
【０１１７】
よって、本実施形態でも、第三実施形態と同様に、傾斜面５４の効果を得ることができる。
【０１１８】
「媒体流変更部材の変形例」
以上の各実施形態の媒体流変更部材は、板状を成し、その一部をロータ軸２１に埋め込んだ部材である。すなわち、以上の各実施形態の媒体流変更部材は、ロータ軸２１とは独立した部材である。
【０１１９】
しかしながら、ロータ軸素材からロータ軸２１を加工する過程で、このロータ軸素材からロータ軸２１と共に媒体流変更部材を加工してもよい。すなわち、図９に示すように、媒体流変更部材６０ｃは、ロータ軸２１との間に接合部分がなく、ロータ軸２１と一体であってもよい。また、本変形例の媒体流変更部材６０ｃは、断面がブロック状を成し、その径方向内側Ｄｒｉの面６３が下流側溝側面２５に直接つながっている。しかしながら、ロータ軸２１と一体である媒体流変更部材６０ｃは、断面がブロック状である必要性はなく、その径方向内側Ｄｒｉの面が下流側溝側面２５につながっている必要性もない。このため、ロータ軸２１と一体である媒体流変更部材６０ｃは、以上の各実施形態の媒体流変更部材６０，６０ａ，６０ｂと同様に板状であってもよい。
【０１２０】
以上のように、媒体流変更部材は、その媒体流変更面の高さ及び軸線方向Ｄａの位置が重要であり、ロータ軸２１との接続関係や媒体流変更部材の軸線方向Ｄａの厚さ等は、適宜変更してもよい。
【０１２１】
「傾斜面の変形例」
以上の各実施形態の傾斜面は、内側シュラウドの下流側端面中の一部のみに存在する。
【０１２２】
しかしながら、図１０に示すように、内側シュラウド４４ｃにおける下流側端面５２ｃの全てが傾斜面であってもよい。
【０１２３】
また、図１１に示すように、内側シュラウド４４ｄにおける傾斜面５４ｄの径方向外側Ｄｒｏの端５５が、内側シュラウド４４ｄのガスパス面５６における軸線下流側Ｄａｄの端５８と直接つながっていなくてもよい。
【０１２４】
なお、傾斜面の径方向内側Ｄｒｉの端の位置が、軸線方向Ｄａで、最下流シールフィン４９ｄと位置関係から制限を受ける場合がある。この場合、図１０と図１１とを比較すると理解できるように、この端を径方向外側Ｄｒｏに位置させる方が、傾斜面の傾斜方向が軸線方向Ｄａの向きに近くなる。傾斜面５４の傾斜方向が軸線方向Ｄａの向きに近くなると、この傾斜面に沿って流れる漏れ蒸気Ｓｌの流速成分中で径方向Ｄｒの流速成分が小さくなる。よって、この端の位置を径方向外側Ｄｒｏに位置させた方が、この端の位置を径方向内側Ｄｒｉに位置させる場合よりも、キャビティ出口２７における漏れ蒸気Ｓｌの径方向Ｄｒの流速成分を小さくすることができ、二次流れＳｓの成長を抑えることができる。以上のことから、傾斜面の径方向内側Ｄｒｉの端の位置は、内側シュラウドのガスパス面５６から、径方向内側Ｄｒｉに向って、内側シュラウドの径方向Ｄｒの厚さの半分の距離の位置Ｐｈまでの範囲内にあることが好ましい。
【０１２５】
また、傾斜面は、平面でなくてもよく、曲面であってもよい。この場合、傾斜面は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて、次第に軸線下流側Ｄａｄに変位する量が多くなる曲面であることが好ましい。
【０１２６】
「軸流回転機械の変形例」
以上の各実施形態及び以上の各変形例は、いずれも、軸流回転機械の一種である蒸気タービンを例にしたものである。しかしながら、軸流回転機械は、蒸気タービンに限定されない。例えば、軸流回転機械は、ガスタービンであってもよい。そこで、以下では、軸流回転機械の変形例として、軸流回転機械がガスタービンの場合について、図１２〜図１４を用いて説明する。
【０１２７】
図１２に示すように、本変形例のガスタービン１００は、空気Ａを圧縮する圧縮機１７０と、圧縮機１７０で圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器１８０と、燃焼ガスにより駆動されるタービン１０１と、中間ケーシング１０５と、を備えている。
【０１２８】
圧縮機１７０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１７１と、圧縮機ロータ１７１を覆う圧縮機ケーシング１７８と、複数の静翼列１７４と、を有する。なお、本変形例でも、軸線Ａｒが延びている方向を軸線方向Ｄａとし、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。さらに、軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、他方側を軸線下流側Ｄａｄとする。
【０１２９】
圧縮機ロータ１７１は、その軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸１７２と、このロータ軸１７２に取り付けられている複数の動翼列１７３と、を有する。複数の動翼列１７３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列１７３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列１７３の各軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列１７４のうちのいずれか一の静翼列１７４が配置されている。各静翼列１７４は、圧縮機ケーシング１７８の内側に設けられている。各静翼列１７４は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。ロータ軸１７２の径方向外周側Ｄｒｏと圧縮機ケーシング１７８の径方向内周側Ｄｒｉとの間であって、軸線方向Ｄａで静翼列１７４及び動翼列１７３が配置されている領域の環状の空間は、空気が流れつつ圧縮される空気圧縮流路１７９を成す。
【０１３０】
燃焼器１８０は、図１３に示すように、高温高圧の燃焼ガスＧをタービン１０１内に送る燃焼筒（又は尾筒）１８１と、この燃焼筒１８１内に圧縮機１７０で圧縮された空気と共に燃料Ｆを噴射する燃料噴射器１８２と、を有する。燃料噴射器１８２には、燃料Ｆが流れる燃料ライン１８５が接続されている。この燃料ライン１８５には、燃料調節弁１８６が設けられている。
【０１３１】
タービン１０１は、図１２及び図１３に示すように、圧縮機１７０の軸線下流側Ｄａｄに配置されている。このタービン１０１は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ１２０と、タービンロータ１２０を覆うタービンケーシング１１０と、複数の静翼列１４１と、を有する。
【０１３２】
圧縮機ロータ１７１とタービンロータ１２０とは、図１２に示すように、同一軸線Ａｒ上に位置して互いに連結されてガスタービンロータ１０２を成す。このガスタービンロータ１０２には、例えば、発電機１８９のロータが接続されている。中間ケーシング１０５は、圧縮機ケーシング１７８とタービンケーシング１１０と間に配置されている。圧縮機ケーシング１７８、中間ケーシング１０５、タービンケーシング１１０は、互いに連結されてガスタービンケーシング１０３を成す。燃焼器１８０は、中間ケーシング１０５に取り付けられている。
【０１３３】
タービンケーシング１１０は、図１２及び図１３に示すように、内部に作動媒体である燃焼ガスＧを導く燃焼ガス入口（媒体入口）１１１と、燃焼ガスＧを外部に排気する燃焼ガス出口（媒体出口）１１５と、を有する。燃焼ガス入口１１１には、燃焼器１８０の燃焼筒１８１が接続されている。燃焼ガス出口１１５は、燃焼ガス入口１１１に対して、軸線下流側Ｄａｄに位置している。
【０１３４】
タービンロータ１２０は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸１２１と、このロータ軸１２１に取り付けられている複数の動翼列１３１と、を有する。複数の動翼列１３１は、軸線方向Ｄａに並んで、タービンケーシング１１０の径方向内側Ｄｒｉに配置されている。各動翼列１３１は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼１３２で構成される。
【０１３５】
複数の静翼列１４１は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各静翼列１４１は、複数の動翼列１３１のうちのいずれか一の動翼列３１の軸線上流側Ｄａｕに配置されている。各静翼列１４１は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼１４２で構成される。各静翼１４２は、いずれも、タービンケーシング１１０の径方向内側Ｄｒｉに配置され、このタービンケーシング１１０に固定されている。
【０１３６】
動翼１３２は、翼形を成し径方向Ｄｒに延びる翼体１３３を有する。翼体１３３は、ロータ軸１２１に固定されている。
【０１３７】
静翼１４２は、図１３及び図１４に示すように、翼形を成し径方向Ｄｒに延びる翼体１４３と、翼体１４３の径方向内側Ｄｒｉに設けられている内側シュラウド１４４と、内側シュラウド１４４の径方向内側Ｄｒｉに設けられている複数のシールフィン１４９と、を有する。内側シュラウド１４４は、シュラウド本体１４５と、このシュラウド本体１４５の径方向内側Ｄｒｉに固定されているシールリング１４６と、を有する。この静翼１４２は、前述したように、タービンケーシング１１０の径方向内側Ｄｒｉに配置され、このタービンケーシング１１０に固定されている。シールリング１４６の径方向内側Ｄｒｉには、このシールリング１４６から径方向内側Ｄｒｉに延びる複数のシールフィン１４９が設けられている。複数のシールフィン１４９は、軸線方向Ｄａに並んでいる。
【０１３８】
ロータ軸１２１で、静翼１４２の内側シュラウド１４４と径方向Ｄｒで対向する部分には、環状溝１２２が形成されている。この環状溝１２２は、径方向内側Ｄｒｉに凹んで、軸線Ａｒを中心として環状を成す。内側シュラウド１４４及び複数のシールフィン１４９は、この環状溝１２２と非接触状態で、この環状溝１２２内に配置されている。この環状溝１２２の開口のうちで、内側シュラウド１４４よりも軸線上流側Ｄａｕの部分は、キャビティ入口１２６を成す。また、この環状溝１２２の開口のうちで、内側シュラウド１４４よりも軸線下流側Ｄａｄの部分は、キャビティ出口１２７を成す。
【０１３９】
環状溝１２２は、径方向外側Ｄｒｏを向く溝底面１２３と、溝底面１２３の軸線上流側Ｄａｕの端から径方向外側Ｄｒｏに向かって広がる上流側溝側面１２４と、溝底面１２３の軸線下流側Ｄａｄの端から径方向外側Ｄｒｏに向かって広がる下流側溝側面１２５と、を有する。上流側溝側面１２４と下流側溝側面１２５とは、軸線方向Ｄａで互いに対向している。
【０１４０】
本変形例のガスタービンは、媒体流変更部材１６０をさらに備える。この媒体流変更部材１６０は、板状を成し、その一部がロータ軸１２１に埋め込まれ、残りの部分がロータ軸１２１から径方向外側Ｄｒｏに突出している。この媒体流変更部材１６０は、媒体流変更面１６１を有する。媒体流変更面１６１は、軸線上流側Ｄａｕを向き、且つ溝底面１２３から径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。この媒体流変更面１６１は、環状溝１２２の下流側溝側面１２５よりも軸線上流側Ｄａｕであって、複数のシールフィン１４９のうちで最も軸線下流側Ｄａｄの最下流シールフィン１４９ｄよりも軸線下流側Ｄａｄに位置する。
【０１４１】
内側シュラウド１４４は、軸線上流側Ｄａｕを向いて上流側溝側面１２４と対向する上流側端面１５１と、軸線下流側Ｄａｄを向いて下流側溝側面１２５と対向する下流側端面１５２と、径方向外側Ｄｒｏを向くガスパス面１５６と、径方向内側Ｄｒｉを向くシール面１５７と、を有する。上流側端面１５１と下流側端面１５２とは、軸線方向Ｄａで背合わせの関係である。ガスパス面１５６上には、翼体１４３が形成されている。ガスパス面１５６とシール面１５７とは、径方向Ｄｒで背合わせの関係である。下流側端面１５２は、下流側溝側面２５に対して傾斜している傾斜面１５４を含む。傾斜面１５４は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに向う面である。この傾斜面１５４は、下流側端面１５２中の径方向内側Ｄｒｉの面を形成する。この傾斜面１５４は、内側シュラウド１４４のシュラウド本体１４５と、この内側シュラウド１４４のシールリング１４６とにわたって形成されている。
【０１４２】
複数の動翼１３２の各翼体１３３、及び複数の静翼１４２の各翼体１４３が存在している空間は、軸線Ａｒを中心として環状の空間である。この環状の空間は、作動媒体である燃焼ガスＧが流れる媒体主流路１１８を形成する。この媒体主流路１１８は、静翼１４２の内側シュラウド１４４におけるガスパス面１５６と、タービンケーシング１１０の内周面のうち、この内側シュラウド１４４と径方向Ｄｒで対向する部分と、ロータ軸１２１の外周面内であって動翼１３２が固定されている部分と、タービンケーシング１１０の内周面のうち、この動翼１３２と径方向Ｄｒで対向する部分とで、画定される。
【０１４３】
以上で説明した本変形例のガスタービン１００における媒体流変更部材１６０の配置、この媒体流変更部材１６０の各種寸法、内側シュラウド１４４の傾斜面１５４の角度や位置等は、先に説明した、第一実施形態から第五実施形態、さらに各変形例のうちのいずれかと同様である。
【０１４４】
このように、先に説明した各実施形態及び各変形例の構成をガスタービン１００に適用すると、先に説明した蒸気タービンの例と同様、環状溝１２２内を下流側溝側面１２５に沿って径方向外側Ｄｒｏに流れる漏れ燃焼ガスＧｌの流量が少なくなる上に、この漏れ燃焼ガスＧｌの径方向Ｄｒの流速も小さくなる。よって、本変形例でも、先に説明した蒸気タービンの例と同様、媒体主流路１１８を軸線下流側Ｄａｄに流れる主燃焼ガスＧｍと、環状溝１２２内から媒体主流路１１８内に流入する漏れ燃焼ガスＧｌとの混合位置よりも、軸線下流側Ｄａｄに形成される二次流れの成長を抑えることができ、二次流れ損失を抑えることができる。
【０１４５】
よって、本変形例でも、以上のように、二次流れ損失を抑えることができるので、ガスタービンの効率を高めることできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明の一態様に係る軸流回転機械では、二次流れ損失を抑えて、軸流回転機械の効率を高めることができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１０：蒸気タービンケーシング（又は、ケーシング）
１１：流入部
１１ｉ：蒸気入口（媒体入口）
１２：胴部
１３：外側環状溝
１４：シールフィン
１５：排気部
１５ｏ：蒸気出口（媒体出口）
１６ｕ：上流側軸封
１６ｄ：下流側軸封
１７ｕ：上流側軸受
１７ｄ：下流側軸受
１８：媒体主流路
２０：ロータ
２１：ロータ軸
２２：内側環状溝（又は、単に環状溝）
２３：溝底面
２４：上流側溝側面
２５：下流側溝側面
２６：キャビティ入口
２７：キャビティ出口
３１：動翼列
３２：動翼
３３：翼体
３４：外側シュラウド
３５：ガスパス面
４１：静翼列
４２：静翼
４３：翼体
４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ：内側シュラウド
４５，４５ｂ：シュラウド本体
４６，４６ａ：シールリング
４９：シールフィン
４９ｄ：最下流シールフィン
５１：上流側端面
５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ：下流側端面
５３，５３ａ，５３ｂ：平行面
５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｄ：傾斜面
５５：（傾斜面で径方向外側の）端
５６：ガスパス面
５７：シール面
５８：（内側シュラウドで最も軸線下流側の）端
６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ：媒体流変更部材
６１，６１ａ，６１ｂ：媒体流変更面
６２，６２ｂ：（媒体流変更面の径方向外側の）端
１００：ガスタービン
１０１：タービン
１０２：ガスタービンロータ
１０３：ガスタービンケーシング
１０５：：中間ケーシング
１１０：タービンケーシング
１１１：燃焼ガス入口（媒体入口）
１１４：シールフィン
１１５：燃焼ガス出口（媒体出口）
１１８：媒体主流路
１２０：タービンロータ
１２１：ロータ軸
１２２：環状溝
１２３：溝底面
１２４：上流側溝側面
１２５：下流側溝側面
１２６：キャビティ入口
１２７：キャビティ出口
１３１：動翼列
１３２：動翼
１３３：翼体
１４１：静翼列
１４２：静翼
１４３：翼体
１４４：内側シュラウド
１４５：シュラウド本体
１４６：シールリング
１４９：シールフィン
１４９ｄ：最下流シールフィン
１５１：上流側端面
１５２：下流側端面
１５４：傾斜面
１５６：ガスパス面
１５７：シール面
１６０：媒体流変更部材
１６１：媒体流変更面
１８９：発電機
１７０：圧縮機
１７１：圧縮機ロータ
１７２：ロータ軸
１７３：動翼列
１７４：静翼列
１７８：圧縮機ケーシング
１７９:空気圧縮流路
１８０：燃焼器
１８１：燃焼筒（又は尾筒）
１８２：燃料噴射器
１８５：燃料ライン
１８６：燃料調節弁
Ａ：空気
Ｆ：燃料
Ｇ：燃焼ガス
Ｇｌ：漏れ燃焼ガス
Ｇｍ：主燃焼ガス
Ｓｍ：主蒸気
Ｓｌ：漏れ蒸気
Ｓｓ：二次流れ
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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