(57)【要約】【課題】タービンが有する回転部と、静止部との間にできる間隙から漏洩する流体の漏洩量を低減することを目的とする。【解決手段】  回転部又は静止部にフィンを有するタービンが、前記フィンと対向する回転部又は静止部に有するシュラウドが、前記タービンに流入する流体が接触する接触面部と、前記接触面部のうち、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部に深さｄで形成され、かつ、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部の一部となる窪み部とを有し、前記窪み部は、前記シュラウドの外周と、前記回転部又は前記静止部に設置され、かつ、前記窪み部より漏洩流れ方向における下流側に設置される前記フィンのうち、前記窪み部に最も近い前記フィンの先端との距離を第１距離ｓとすると、前記深さｄと、前記第１距離ｓとの比である第１比ｄ／ｓが０.０より大きく、１．０未満であることで上記課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部又は静止部にフィンを有するタービンが、前記フィンと対向する回転部又は静止部に有するシュラウドであって、
前記タービンに流入する流体が接触する接触面部と、
前記接触面部のうち、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部に深さｄで形成され、かつ、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部の一部となる窪み部とを有し、
前記窪み部は、
前記シュラウドの外周と、前記回転部又は前記静止部に設置され、かつ、前記窪み部より漏洩流れ方向における下流側に設置される前記フィンのうち、前記窪み部に最も近い前記フィンの先端との距離を第１距離ｓとすると、
前記深さｄと、前記第１距離ｓとの比である第１比ｄ／ｓが０.０より大きく、１．０未満である
シュラウド。
【請求項２】
前記流体が流れる方向に向かって、前記シュラウドの外周に段差が形成される請求項１に記載のシュラウド。
【請求項３】
前記第１比ｄ／ｓが０．０より大きく、かつ、０．５未満となる請求項２に記載のシュラウド。
【請求項４】
前記フィンから、前記接触面部の端部までの第２距離ｗと、前記第１距離ｓとの比である第２比ｗ／ｓが、０．８より大きくて３．０未満となる請求項２に記載のシュラウド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の形状を複数有するシュラウド。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシュラウドを有するタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シュラウド及びタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電プラントには、発電を行うためのタービンが設置される。そして、タービンには、発電機軸を回転させるためのタービン回転部に設けられている動翼と、静止部に設けられている静翼とがある。さらに、回転部と、静止部との間にできる隙間から流体が漏洩するのを少なくするために、翼の先端及び対向する面には、シュラウド（ｓｈｒｏｕｄ）及びシールフィンを設置する方法が知られている。
【０００３】
具体的には、この方法では、まず、シュラウドの外周面に、外径寸法の異なる複数の平坦部が形成される。そして、この方法では、平坦部と、平坦部に対向する静止部の表面とに、突出するシールフィンが備えられる。このようにすると、漏洩する流体は、シールフィン部の側面に衝突する。このようにして、シール効果を向上させる方法が知られている（例えば、特許文献１等）。
【０００４】
また、ブレードと、ブレードに対して相対回転する構造体とを備えるタービンにおいて、流体が漏洩する量を少なくする方法が知られている。具体的には、この方法では、まず、ブレード及び構造体のうち、いずれか一方から他方へ向かってシールフィンが形成される。また、この方法では、シールフィンより上流側に、流体が衝突する流れ衝突面が備えられる。さらに、この方法では、この流れ衝突面の対向には、対向面が備えられる。そして、この方法では、シールフィン、流れ衝突面及び対向面等によってキャビティが形成される。続いて、この方法では、キャビティを区分けする凸部が備えられる。このようすると、この凸部及びブレード等に形成される段差を有するステップ部は、主渦と、第一の剥離渦と、第二の剥離渦とを発生させる。このようにして、蒸気の漏洩する量を低減させる方法が知られている（例えば、特許文献２等）。
【０００５】
他にも、ブレードと、ブレードに対して相対的に回転する構造体とを備えるタービンにおいて、流体が漏洩する量を少なくする方法が知られている。具体的には、この方法では、ブレードの先端部又は構造体のうち、一方に、ステップ部が設けられる。次に、この方法では、他方に、シールフィンが設けられる。このシールフィンと、ステップ部との間には、微小隙間Ｈが形成される。そして、この方法では、シールフィンと、ステップ部の縁部との間が距離Ｌであるとし、０．７×微小隙間Ｈ≦Ｌとする。又は、１．２５×微小隙間Ｈ≦Ｌ≦２．７５×微小隙間Ｈとする。このようにして、漏洩する量を低減させる方法が知られている（例えば、特許文献３等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９１９６７号公報
【特許文献２】特許第５５１８０３２号公報
【特許文献３】特開２０１３−６４３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の方法では、タービンが有する回転部と、静止部との間にできる間隙から漏洩する流体の漏洩量が多く、漏洩量の低減が不十分の場合がある。
【０００８】
本発明の１つの側面は、このような問題に鑑みてなされたものであり、タービンが有する回転部と、静止部との間にできる間隙から漏洩する流体の漏洩量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一実施形態における、回転部又は静止部にフィンを有するタービンが、前記フィンと対向する回転部又は静止部に有するシュラウドは、
前記タービンに流入する流体が接触する接触面部と、
前記接触面部のうち、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部に深さｄで形成され、かつ、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部の一部となる窪み部とを有し、
前記窪み部は、
前記シュラウドの外周と、前記回転部又は前記静止部に設置され、かつ、前記窪み部より漏洩流れ方向における下流側に設置される前記フィンのうち、前記窪み部に最も近い前記フィンの先端との距離を第１距離ｓとすると、
前記深さｄと、前記第１距離ｓとの比である第１比ｄ／ｓが０.０より大きく、１．０未満である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タービンが有する回転部と、静止部との間にできる間隙から漏洩する流体の漏洩量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態におけるタービンの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるシュラウドの一例を示す拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態における効果の一例を示す拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態における窪み部の一例を示す拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態における段差型シュラウドの（Ａ）第１比ｄ／ｓと流体の漏れ量（％）、（Ｂ）第２比ｗ/ｓと流体の漏れ量（％）の解析結果例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における凹凸型シュラウドの（Ａ）第１比ｄ／ｓと流体の漏れ量（％）、（Ｂ）第２比ｗ/ｓと流体の漏れ量（％）の解析結果例を示す図である。
【図７】第１比較例を示す拡大図である。
【図８】第１比較例における渦を示す拡大図である。
【図９】第２比較例を示す拡大図である。
【図１０】第３比較例を示す拡大図である。
【図１１】本発明の一実施形態におけるタービン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】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付し、重複した説明を省く。
【００１３】
例えば、本発明の実施形態に係るタービンは、火力発電等によって発電を行うプラントで用いられる。そして、プラントでは、タービンの内部に、蒸気等の流体が流される。このように、タービンの内部に流体が流されると、タービンが有する動翼等の回転部が回転し、回転エネルギーが発生する。このようにして用いられるタービンは、例えば、以下のような構造である。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態におけるタービンの一例を示す断面図である。図示するように、まず、タービン１０には、回転軸ＡＸを中心にして回転するロータがある。なお、ロータの大きさ、すなわち、径は、あらかじめ設定される。
【００１５】
図示する例では、タービン１０の内部において、タービン１０に流入した流体は、第１方向ＤＲ１に流れる。なお、第１方向ＤＲ１は、図示する例では、左から右方向とする。また、第１方向ＤＲ１に対して直交する方向を第２方向ＤＲ２とする。一方で、第２方向ＤＲ２は、図では、上下方向である。
【００１６】
なお、図では、軸方向は、左右方向となり、上流は、図における左側となる。
【００１７】
そして、ロータは、回転部の例となる動翼を有する。以下、図示するように、第１動翼ＲＢ１と、第２動翼ＲＢ２とがある例で説明する。また、タービン１０は、ロータに対して、静止部の例となる静翼を有する。なお、回転部及び静止部は、図示するような数、大きさ、位置及び配置に限られない。
【００１８】
また、第１動翼ＲＢ１、第２動翼ＲＢ２及び静翼には、例えば、図示するように、第１シュラウドＳＨＤ１、第２シュラウドＳＨＤ２、第３シュラウドＳＨＤ３及び第４シュラウドＳＨＤ４が設置される。以下、第１シュラウドＳＨＤ１、第２シュラウドＳＨＤ２、第３シュラウドＳＨＤ３及び第４シュラウドＳＨＤ４が異なる形状である例で説明する。なお、第１シュラウドＳＨＤ１、第２シュラウドＳＨＤ２、第３シュラウドＳＨＤ３及び第４シュラウドＳＨＤ４は、同じ形状の組み合わせがあってもよい。また、シュラウドは、図示する順序とは異なる順序で設置されてもよい。
【００１９】
図示する例では、第１シュラウドＳＨＤ１及び第２シュラウドＳＨＤ２は、第１方向ＤＲ１に向かって凹凸が形成されたシュラウド（以下「凹凸型シュラウド」という。）の例である。一方で、第３シュラウドＳＨＤ３及び第４シュラウドＳＨＤ４は、第１方向ＤＲ１に向かって段差が形成されたシュラウド（以下「段差型シュラウド」という。）の例である。なお、凹凸型シュラウド及び段差型シュラウドは、図示する形状に限られない。
【００２０】
以下、図示する第２シュラウドＳＨＤ２の一部及び静翼の一部を含む部分（以下「部分Ａ」という。）を拡大して説明する。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態におけるシュラウドの一例を示す拡大図である。図２は、図１における部分Ａを拡大した図である。なお、図１と同様の構成には、同一の符号を付して以下説明する。
【００２２】
まず、静止部には、フィンＦＩＮが形成される。なお、図示するフィンＦＩＮは、静止部に設置され、かつ、窪み部ＤＥより漏洩流れ方向（図では、左右方向である。）において下流側（図では、右側である。）に設置されるフィンのうち、窪み部ＤＥに最も近いフィンの例である。
【００２３】
フィンＦＩＮは、流体の漏洩量を少なくするために形成される。一方で、フィンＦＩＮは、回転部が回転するのを阻害しないようにするため、フィンＦＩＮは、フィンＦＩＮと、シュラウドとの間に、一定の間隙ができる位置及び大きさに形成される。図示する例では、第２シュラウドＳＨＤ２の外周ＯＵＲと、フィンＦＩＮの先端との間に、間隙が形成される。また、間隙の幅、すなわち、第２シュラウドＳＨＤ２の外周ＯＵＲと、フィンＦＩＮの先端との距離（以下「第１距離」という。）を「ｓ」とする。
【００２４】
図示する例では、流入する流体のうち、間隙の間を通過する流体が漏洩する流体となる。
【００２５】
一方で、第２シュラウドＳＨＤ２は、接触面部ＴＡを有する。図示する例では、接触面部ＴＡは、第１方向ＤＲ１に流れる流体を受け、流体が接触する面である。そして、接触面部ＴＡには、例えば、図示するように、タービンの軸方向における上流側を向く窪み部ＤＥが形成される。また、窪み部ＤＥの深さを「ｄ」とする。さらに、窪み部ＤＥの深さｄと、第１距離ｓとの比（以下「第１比」という。）を「ｄ／ｓ」とする。
【００２６】
窪み部ＤＥは、第１比ｄ／ｓが０．０より大きく、かつ、１．０未満となるように形成される。すなわち、第１比ｄ／ｓについて、下記（１）式のような条件となる。
０．０＜ｄ／ｓ＜１．０  （１）
上記（１）式のように、第１比ｄ／ｓが０．０より大きく、かつ、１．０未満であると、以下のような効果を奏する。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態における効果の一例を示す図である。本図は、渦ＷＨ１、漏洩流れＦＬ及び渦ＷＨ２が形成される例を示す。図示するように、窪み部ＤＥがあると、漏洩流れＦＬには、図の左上向きの慣性が生じる。これにより、従来型のように窪み部ＤＥが無い、すなわち、第１比ｄ／ｓ＝０の場合と比べて、窪み部ＤＥがあると、円形に近く、かつ、渦度の高い渦ＷＨ２を作ることができる。渦度とは、流れの回転する状態を示す量である。また、窪み部ＤＥによって、渦ＷＨ２が形成されると、渦ＷＨ２は、漏洩流れＦＬの流路を狭め、漏洩流れＦＬを減らす効果がある。
【００２８】
一方、第１比ｄ／ｓが１．０以上になると、慣性が更に大きくなる。そのため、漏洩流れＦＬは、渦ＷＨ１の占めていた空間を貫いて左上へ向かった後、静止部及びフィンＦＩＮに沿って時計回りに流れるように大きく蛇行するため、漏洩流れの右上の空間には、時計回りの大きな渦が励起され、渦ＷＨ２は、消失する。
【００２９】
渦ＷＨ２は、フィンと、シュラウドとの間にある間隙に生じる漏洩流れＦＬの流路を縮める効果がある。そして、渦度が高い渦ＷＨ２が生じると、漏洩流れＦＬによって、漏洩する量が減少する。また、渦ＷＨ２の渦度は、第１比ｄ／ｓによって影響を受ける。そこで、上記（１）式に示す第１比ｄ／ｓとすると、図示するように、より渦度の高い渦ＷＨ２が形成され、流体が漏洩する量を少なくできる。
【００３０】
また、段差型シュラウドである場合には、第１比ｄ／ｓは、上記（１）式のように、０．０より大きく、かつ、１．０未満となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ＜１．０  （１）
さらに、より望ましくは、段差型シュラウドである場合には、下記（２）式のように、第１比ｄ／ｓは、０．０より大きくて０．５未満となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ＜０．５  （２）
又は、より望ましくは、段差型シュラウドである場合には、下記（３）式のように、第１比ｄ／ｓは、０．０より大きくて１．０未満であり、かつ、フィンＦＩＮから接触面部ＴＡの端部ＥＧ（図２参照）までの距離ｗ（以下「第２距離」という。）と、第１距離ｓとの比（以下「第２比」という。）ｗ／ｓが、０．８より大きくて３．０未満となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ＜１．０  かつ  ０．８＜ｗ／ｓ＜３．０  （３）
一方で、凹凸型シュラウドである場合には、第１比ｄ／ｓは、下記（４）式のように、０．８以下となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ≦０．８  （４）
さらに、より望ましくは、凹凸型シュラウドである場合には、下記（５）式のように、第１比ｄ／ｓは、０．０より大きくて０．３未満となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ＜０．３  （５）
又は、より望ましくは、凹凸型シュラウドである場合には、下記（６）式のように、第１比ｄ／ｓは、０．０より大きくて０．４未満であり、かつ、第２比ｗ／ｓが１．０以上２．０未満となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ＜０．４  かつ  １．０≦ｗ／ｓ＜２．０  （６）
なお、上記（６）式では、「ｗ」（図２参照）は、第２距離を示す。また、「ｗ／ｓ」は、第２比を示す。以下、同様に記載する。
【００３１】
又は、より望ましくは、凹凸型シュラウドである場合には、下記（７）式のように、第１比ｄ／ｓは、０．０より大きくて０．７未満であり、かつ、第２比ｗ／ｓが０．８以上１．５以下となるのが望ましい。
０．０＜ｄ／ｓ＜０．７  かつ  ０．８≦ｗ／ｓ≦１．５  （７）
以上のような条件になる窪み部であると、より渦度の高い渦ＷＨ２を作ることができる。すなわち、窪み部ＤＥによって、強い縮流効果を発生させることができる。
【００３２】
また、図示するように、窪み部ＤＥによって、流体が漏洩する量を少なくできる円状又は楕円状の渦ＷＨ２を作ることができる。
【００３３】
なお、窪み部ＤＥは、図示するような形状に限られず、例えば、以下のような形状でもよい。
【００３４】
図４は、本発明の一実施形態における窪み部の一例を示す拡大図である。図２に示す窪み部ＤＥは、例えば、図４（Ａ）乃至（Ｆ）に示す形状でもよい。
【００３５】
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、窪み部は、曲率（図では「ｒ」で示す。）を有してもよい。また、図４（Ｆ）に示すように、窪み部は、曲率に加えて、直線部ＳＴを更に有してもよい。一方で、窪み部は、図４（Ｃ）に示すように、斜面を有してもよい。さらに、窪み部は、図４（Ｄ）に示すように、直角を有してもよい。また、図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）に示すように、円弧と直線が正接している形状を有してもよい。特に、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）及び（Ｆ）は、渦度の高い渦ＷＨ２を生じやすい形状である。
【００３６】
すなわち、窪み部は、図３に示すように、より流体の漏洩量を低減する効果の大きな渦度の高い渦ＷＨ２を作ることができる形状であれば、図示する形状に限られない。
【００３７】
（実験結果）
図５は、本発明の一実施形態における段差型シュラウドの（Ａ）第１比ｄ／ｓと流体の漏れ量（％）、（Ｂ）第２比ｗ／ｓと流体の漏れ量（％）の解析結果例を示す図である。
【００３８】
図５（Ａ）から、０＜ｄ／ｓ＜０．５の範囲であれば、流体の漏れ量は、３．９％以下である。ここで、流体の漏れ量の３．９％という基準値は、シュラウドの設計条件から設定した値で、シュラウド形状により、流体の漏れ量の基準値も変化する。
【００３９】
図示するように、第１比ｄ／ｓが０．０より大きく、かつ、１．０未満となると、第１点Ｄ１のような第１比ｄ／ｓが１．０以上となる場合と比較して、流体の漏洩する量が少なくなる。一方で、第１比ｄ／ｓが０．０、すなわち、窪み部がないと、第２点Ｄ２のように、流体の漏洩する量が多くなる。
【００４０】
また、図５（Ｂ）から、０．８＜ｗ／ｓ＜３．０の範囲であれば、流体の漏れ量は、３．９％以下である。
【００４１】
図６は、本発明の一実施形態における凹凸型シュラウドの（Ａ）第１比ｄ／ｓと流体の漏れ量（％）、（Ｂ）第２比ｗ／ｓと流体の漏れ量（％）の解析結果例を示す図である。
【００４２】
図６（Ａ）から、０＜ｄ／ｓ＜０．３の範囲であれば、流体の漏れ量は、３．９％以下である。
【００４３】
また、図６（Ｂ）から、０＜ｄ／ｓ＜０．４  かつ  １．０≦ｗ／ｓ＜２．０、又は、０＜ｄ／ｓ＜０．７  かつ  ０．８≦ｗ／ｓ≦１．５の範囲であれば、流体の漏れ量は３．９％以下である。
【００４４】
以上のような窪み部があると、図３に示すように、シュラウドは、より渦度の高い渦ＷＨ２を作ることができる。渦ＷＨ２があると、フィンＦＩＮと、シュラウドとの間隙において、流体が流れる流路が縮められる。すなわち、渦ＷＨ２があると、漏洩する流体の流路を狭くして、漏洩流れＦＬによって流体が漏洩する量を少なくすることができる。
【００４５】
したがって、以上のような構成であると、タービンが有する回転部と、静止部との間にできる間隙から漏洩する流体の漏洩量を低減することができる。また、漏洩する流体の漏洩量を低減すると、タービンの効率を向上させることができる。
【００４６】
＜第１比較例＞
図７は、第１比較例を示す拡大図である。第１比較例は、図３に示す構成と比較すると、窪み部ＤＥがない構成である。また、第１比較例は、図５における第２点Ｄ２（すなわち、第１比ｄ／ｓが「０．０」である。）に相当する。
【００４７】
第１比較例のように窪み部がない構成であると、図３に示すように窪み部ＤＥがある構成とでは、作られる渦が異なる。図示するように、第１比較例では、渦ＷＨ１１及び渦ＷＨ１２のような渦が作られる。特に、図３に示す渦ＷＨ２と、図７に示す渦ＷＨ１２とは、以下のように形状が異なる。
【００４８】
図８は、第１比較例における渦を示す拡大図である。図３に示す渦ＷＨ２は、いわゆる「円」又は「楕円」といえる形状である。一方で、渦ＷＨ１２は、いわゆる「かまぼこ」又は「半円」といえる形状である。
【００４９】
図示するように、渦ＷＨ１２のような形状では、特にコーナ部Ｃ１及びＣ２で渦ＷＨ１２の流れが大きく変化する。したがって、コーナ部Ｃ１及びＣ２では、渦ＷＨ１２の運動エネルギーの一部が熱エネルギーに消散する。そのため、渦ＷＨ１２のような形状の渦は、図３に示す渦ＷＨ２のような形状より、回転が弱く、縮流効果が弱まる。すなわち、渦と、フィンＦＩＮとの距離（漏洩流れＦＬの流路）が広がり、漏洩量が増える。
【００５０】
また、図７に示すように、第１比較例では、漏洩流れＦＬの流路が幅ＷＤとなる。一方で、図３に示す構成、すなわち、渦ＷＨ２は、漏洩流れＦＬの流路の幅ＷＤを狭くすることができる。ゆえに、図３に示す構成であると、漏洩する流体の漏洩量を少なくできる。
【００５１】
このように、窪み部ＤＥがあると、図３に示す渦ＷＨ２のような「円」又は「楕円」等の形状の渦を作ることができ、漏洩する流体の漏洩量を少なくすることができる。
【００５２】
＜第２比較例＞
第２比較例は、図５に示す第１点Ｄ１のように、第１比ｄ／ｓが所定値以上の窪み部がある場合である。すなわち、図５に示す例では、第１比ｄ／ｓが「１．０」以上の構成に相当する。図５に示すように、第１比ｄ／ｓが「１．０」以上となると、漏洩する流体の漏洩量が多くなる。
【００５３】
図９は、第２比較例を示す拡大図である。図示する例は、図３に示す構成と比較すると、第１比ｄ／ｓが「１．０」以上となる窪み部ＤＥ２がある接触面部ＤＥＣである点が異なる。
【００５４】
図５に示す第１点Ｄ１、すなわち、第１比ｄ／ｓが「１．０」以上となると、図示するように、タービンに流入した気体の流れは、図３に示す場合と異なる向きとなる。具体的には、図示するように、第２比較例では、漏洩流れＦＬは、窪み部ＤＥ２によって左上へ導かれた後、静止部及びフィンＦＩＮに沿って時計回りに大きく流れる。そして、渦ＷＨ２１は、漏洩流れＦＬに励起されて生じるため、漏洩流れＦＬに囲まれた、フィンＦＩＮ入口までの広い空間を占めた渦となる。そのため、図３に示すようなフィンＦＩＮ入口の第２シュラウドＳＨＤ２の近傍に生じる、縮流効果をもたらす渦ＷＨ２の存在領域が失われ、渦ＷＨ２が形成されないため、縮流効果が損なわれる。ゆえに、漏洩する流体の漏洩量が図５に示す第１点Ｄ１のように多くなる。
【００５５】
一方で、図３に示すように、第１比ｄ／ｓが所定の範囲となる窪み部ＤＥの構成は、渦ＷＨ２によって、漏洩する流体の漏洩量を少なくすることができる。
【００５６】
＜第３比較例＞
図１０は、第３比較例を示す拡大図である。
【００５７】
第３比較例は、特開２０００−０７３７０２号公報における図３のように、周方向に複数箇所設けられる溝に対して、特開２０１２−１３７００６号のように溝の断面形状を工夫する目的の構成である。すなわち、周方向に複数設けられている溝は、外径部に向かうにつれてその深さを浅くし、最外径部で溝の深さが「０」、すなわち、溝がない状態に揃えることで剥離渦を安定して発生するようにするための構成である。
【００５８】
第３比較例は、強い周方向の流速成分を持つ漏洩流れに対して、周方向に複数設けられる溝によって押し戻し、軸方向に向けることにより効果を奏するため、ｄ／ｓ＜１．０の範囲の小さな溝ではない、大きな溝が必要である。
【００５９】
＜まとめ＞
以上の通り、本発明の窪み部ＤＥがある構成では、漏洩流れＦＬが、第１比ｄ／ｓの値によって、異なった流れとなる。図３に示すように、第１比ｄ／ｓが「０．０」より大きく、「１．０」未満であると、漏洩流れＦＬの慣性は、比較的小さいので、漏洩流れＦＬは、第２シュラウドＳＨＤ２の接触面部ＴＡに沿って、左上向きに向かった後、速やかに時計回りに転向する。このような流れでは、漏洩流れＦＬと、第２シュラウドＳＨＤ２の上面とが成す角度は、直角よりも鈍角となる。そのため、図３に示すような構成では、漏洩流れＦＬの内側に励起される渦は、図８に示すような渦ＷＨ１２と異なり、「円」に近い形状の渦となりやすい。
【００６０】
漏洩流れは、フィンＦＩＮと渦ＷＨ２との間を流れるため、フィンＦＩＮと、渦ＷＨ２との距離が、フィンＦＩＮと、シュラウド外周との距離ｓよりも狭くなると、漏洩量は、フィンＦＩＮと、渦ＷＨ２との距離によって規定されるが、このような形状の渦が形成されると、渦ＷＨ１２より運動エネルギーが損失しにくい、かつ、渦が強いため、渦が、漏洩流れＦＬに押し戻されにくい。そのため、渦ＷＨ２と、フィンＦＩＮとの距離は、渦ＷＨ１２が形成される場合の幅ＷＤよりも、狭くなり、漏洩量を効果的に低減することができる。
【００６１】
これに対して、第１比ｄ／ｓが大きくなると、第２比較例のようになる。第２比較例では、図９に示すように、漏洩流れＦＬは、まず、窪み部ＤＥによって、窪み部ＤＥから左上への向きとなる。漏洩流れＦＬの慣性は、大きいため、図において左上向きに静止部に当たるまでそのまま進み、その後、静止部及びフィンＦＩＮに沿って時計回りに流れた後、フィンＦＩＮと、第２シュラウドＳＨＤ２との間にできる隙間から流体を漏洩させる。
【００６２】
第２比較例では、漏洩流れＦＬによって、左上向きの流れに対して右上の空間に、フィン入口までを占める大きな弱い渦が励起される。したがって、図３に示すような構成と異なり、第２比較例では、フィンＦＩＮと、第２シュラウドＳＨＤ２との間にできる隙間に近い位置に縮流効果をもたらす渦が発生しにくい。そのため、第２比較例の漏洩量は、フィンＦＩＮと、シュラウドとの距離によって規定され、図３に示すような構成より、漏洩流れＦＬの流路が広いため、漏洩する流体の漏洩量が多くなる。
【００６３】
したがって、図３に示すような構成のように、第１比ｄ／ｓを「０．０」より大きく「１．０」未満の範囲にすると、縮流効果を高め、漏洩する流体の漏洩量を少なくすることができる。さらに、第２比ｗ／ｓが０．８より大きくて３．０未満であるのが望ましい。図５（Ａ）に示すように、第２比ｗ／ｓが０．８より大きくて３．０未満の範囲であると、より漏洩する流体の漏洩量を少なくすることができる。
【００６４】
＜変形例＞
図１１は、本発明の一実施形態におけるタービンの変形例を示す断面図である。図示するように、タービン１０は、窪み部ＤＥとなる形状が複数ある段差部分１１を有するシュラウドを有するのが望ましい。
【００６５】
ただし、シュラウドには、図示するように、凹凸部分１２があってもよい。
【００６６】
図示するように、複数の箇所に窪み部ＤＥがあると、各箇所で図３に示す効果が生じる。したがって、図示するようなシュラウドであると、漏洩する流体の漏洩量を少なくすることができる。
【００６７】
また、図示するようなシュラウドは、凹凸型シュラウドと比較して、切削に用いるバイト等の工具が入れやすく、製造しやすい形状である。
【００６８】
なお、シュラウドは、図１に示す第３シュラウドＳＨＤ３及び第４シュラウドＳＨＤ４のように、段差型シュラウドであるのがより望ましい。段差型シュラウドは、他の形状より製造しやすい効果を奏する。
【００６９】
また、シュラウドは、図２及び図３等で説明した形状を複数有するのが望ましい。具体的には、上流から２番目以降の段差及び凹凸も、図２及び図３等で説明した形状であるのがより望ましい。
【００７０】
なお、タービンは、蒸気タービンの他に、ガスタービンなど、液体以外の流体を扱うタービンでもよい。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  タービン
ＴＡ  接触面部
ＤＥ  窪み部
ＤＲ１  第１方向
ＤＲ２  第２方向
ＥＧ  端部
ＯＵＲ  外周
【図１】
2018105297.tif 000003
【図２】
2018105297.tif 000004
【図３】
2018105297.tif 000005
【図４】
2018105297.tif 000006
【図５】
2018105297.tif 000007
【図６】
2018105297.tif 000008
【図７】
2018105297.tif 000009
【図８】
2018105297.tif 000010
【図９】
2018105297.tif 000011
【図１０】
2018105297.tif 000012
【図１１】
2018105297.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月22日(2018.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部又は静止部にフィンを有し、かつ、前記フィンと対向する回転部又は静止部にシュラウドを有するタービンであって、
回転軸を回転中心とした断面形状で構成される前記シュラウドは、
前記タービンに流入する流体が接触する接触面部と、
前記接触面部のうち、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部に深さｄで形成され、かつ、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部の一部となる前記断面形状を有する窪み部と、
を有し、
前記窪み部は、前記接触面部の上流側かつ翼側の端部よりも下流側に窪む、
タービン。
【請求項２】
前記深さｄは、前記タービンの軸中心から前記シュラウドの外周に向かって増え、その後、前記シュラウドの外周に向かって減る請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記流体が流れる方向に向かって、前記シュラウドの外周に段差が形成される請求項１又は２に記載のタービン。
【請求項４】
前記シュラウドを複数有する請求項１から３のいずれかに記載のタービン。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、タービンに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一実施形態における、回転部又は静止部にフィンを有し、かつ、前記フィンと対向する回転部又は静止部にシュラウドを有するタービンでは、
回転軸を回転中心とした断面形状で構成される前記シュラウドは、
前記タービンに流入する流体が接触する接触面部と、
前記接触面部のうち、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部に深さｄで形成され、かつ、前記タービンの軸方向において上流側を向く接触面部の一部となる前記断面形状を有する窪み部と、
を有し、
前記窪み部は、前記接触面部の上流側かつ翼側の端部よりも下流側に窪む。