(57)【要約】【課題】簡単な構造で湿り損失やエロージョンを防止することができる蒸気タービンを提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンは、軸線周りに回転するロータと、ロータを回転可能に収容するケーシングと、ケーシングの内側壁部に固定される第１段静翼、及び、前記第１段静翼の下流側において前記ロータに固定される第１段動翼、を含む第１段落と、を備えている。ロータは、第１段静翼と対面する部分に形成された凹状の第１キャビティであって、第１段静翼の上流側において、内側壁部と前記ロータとの間に画定される内側空間と連通する第１キャビティを有している。第１段静翼は、第１キャビティと連通し、且つ、第１段静翼を径方向に貫通する第１段貫通孔を有している。そして、第１段貫通孔の入口開口を介して第１キャビティから導入された蒸気が、第１段貫通孔を流れるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線周りに回転するロータと、
前記ロータを回転可能に収容するケーシングと、
前記ケーシングの内側壁部に固定される第１段静翼、及び、前記第１段静翼の下流側において前記ロータに固定される第１段動翼、を含む第１段落と、を備え、
前記ロータは、前記第１段静翼と対面する部分に形成された凹状の第１キャビティであって、前記第１段静翼の上流側において、前記内側壁部と前記ロータとの間に画定される内側空間と連通する第１キャビティを有し、
前記第１段静翼は、前記第１キャビティと連通し、且つ、前記第１段静翼を径方向に貫通する第１段貫通孔を有し、
前記第１段貫通孔の入口開口を介して前記第１キャビティから導入された蒸気が、前記第１段貫通孔を流れるように構成される
蒸気タービン。
【請求項２】
前記第１段落は、前記蒸気タービンの最終段落よりも上流側に位置する請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記第１段落は、前記内側空間を流れる主蒸気が乾き蒸気から湿り蒸気へと変化する変化位置よりも下流側の領域である湿り域に位置し、且つ、前記湿り域に複数の段落がある場合には、前記湿り域における最も上流側に位置する段落である請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記第１段静翼は、前記内側壁部から前記ロータに向かって延在する静翼本体部と、前記静翼本体部の先端部に設けられた環状の仕切板と、を含み、
前記入口開口は、前記仕切板に形成されている
請求項１から３の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記仕切板は、前記仕切板と前記ロータとの間をシールする第１シール部を含み、
前記入口開口は、前記第１シール部よりも下流側に形成されているか、又は、前記ロータの軸線方向において、前記第１シール部が形成されている領域と重複する位置に形成されている請求項４に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記仕切板は、前記第１シール部よりも下流側において、前記仕切板と前記ロータとの間をシールする第２シール部をさらに含み、
前記入口開口は、前記第２シール部よりも上流側に形成されているか、又は、前記ロータの軸線方向において、前記第２シール部が形成されている領域と重複する位置に形成されている請求項５に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記ケーシングは、前記内側空間の外周側に形成される外側空間を、前記内側壁部との間で画定する外側壁部をさらに含み、
前記外側空間は、前記ロータの軸線方向において、前記第１段静翼が形成されている領域と重複する位置に形成されるとともに、前記第１段静翼の下流側において前記内側空間と連通し、
前記第１段貫通孔を流れた蒸気が、前記第１段貫通孔の出口開口から前記外側空間に排出されるように構成される請求項１から６の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項８】
前記蒸気タービンは、前記内側壁部に固定される第２段静翼、及び、前記第２段静翼の下流側において前記ロータに固定される第２段動翼、を含む第２段落であって、前記第１段落よりも下流側に位置する第２段落をさらに備え、
前記ロータは、前記第２段静翼と対面する部分に形成された凹状の第２キャビティであって、前記第２段静翼の上流側において前記内側空間と連通する第２キャビティを有し、
前記第２段静翼は、前記第２キャビティと連通し、且つ、前記第２段静翼を径方向に貫通する第２段貫通孔と、を有し、
前記蒸気タービンは、前記第１段貫通孔と前記第２段貫通孔とを接続する接続通路をさらに備え、
前記第１段貫通孔を流れた前記蒸気が、前記接続通路および前記第２段貫通孔を流れて、前記第２段貫通孔の出口開口から前記第２キャビティに排出されるように構成される請求項１から６の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項９】
前記第１段落と前記第２段落とは連続する段落である請求項８に記載の蒸気タービン。
【請求項１０】
前記第１段貫通孔の入口開口の面積をＡ１、前記接続通路の流路面積をＡ２、前記第２段貫通孔の出口開口の面積をＡ３、とした場合に、Ａ３＞Ａ１、Ａ２である請求項８又は９に記載の蒸気タービン。
【請求項１１】
前記第２段貫通孔の出口開口は、前記ロータの軸線方向に沿った断面視において、前記第２キャビティの底面部における最深部に向かって開口している請求項８から１０の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項１２】
前記第２段貫通孔の出口開口は、前記ロータの回転方向の下流側に向かって開口している請求項８から１１の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項１３】
前記第１段落は、前記蒸気タービンの最終段落よりも上流側に位置し、
前記最終段落は、前記内側壁部に固定される最終段静翼、及び、前記最終段静翼の下流側において前記ロータに固定される最終段動翼、を含み、
前記ロータは、前記最終段静翼と対面する部分に形成された凹状の最終段キャビティであって、前記最終段静翼の上流側において前記内側空間と連通する最終段キャビティを有し、
前記最終段静翼は、前記最終段キャビティと連通し、且つ、前記最終段静翼を径方向に貫通する最終段貫通孔を有し、
前記最終段キャビティの入口開口から導入された蒸気が前記最終段貫通孔を流れるように構成される請求項１から１２の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項１４】
前記最終段静翼は、板状の腹面部と、前記腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部と、からなる断面中空状に形成され、
前記最終段静翼の腹面部には、前記空洞部と連通するスリットが形成され、
前記最終段静翼は、前記スリットと連通する湿分除去流路と、前記最終段貫通孔とに前記空洞部を分割する分割板を含む請求項１３に記載の蒸気タービン。
【請求項１５】
前記最終段静翼の背面部の内、スロート位置よりも下流側を過冷却背面部と定義した場合に、
前記最終段貫通孔は、前記最終段静翼の内部において、前記過冷却背面部に面するように形成される請求項１４に記載の蒸気タービン。
【請求項１６】
前記第１段静翼を支持する前記内側壁部の内部には、前記第１段貫通孔と連通する環状の第１段環状空間が形成されている請求項１から１５の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項１７】
前記第１段静翼は、板状の腹面部と、前記腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部と、からなる断面中空状に形成される請求項１から１６の何れか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項１８】
前記第１段静翼は、前記第１段貫通孔と、前記第１段貫通孔以外の空間とに前記空洞部を分割する分割板を含み、
前記第１段静翼の背面部の内、スロート位置よりも下流側を過冷却背面部と定義した場合に、
前記第１段貫通孔は、前記第１段静翼の内部において、前記過冷却背面部に面するように形成される請求項１７に記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蒸気タービンに関し、詳しくは、湿り域の条件下において駆動される蒸気タービンにおける湿り損失やエロージョンを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電プラントなどに用いられる蒸気タービンにおいては、導入された高温、高圧の主蒸気の熱エネルギがロータの回転エネルギに変換されることで主蒸気の温度および圧力が低下し、低圧タービンの最終段落の近傍において湿り域に突入することが知られている。湿り域の条件下では、過冷却状態（過飽和状態）となって液滴が発生し、この液滴が成長することで、湿り損失やエロージョンが生ずる虞がある。
【０００３】
この液滴の発生による湿り損失やエロージョンを防止するために、従来は、最終段落の静翼に空洞部を有する断面中空状の静翼を採用し、この空洞部に連通するスリットを静翼の表面に形成することで、静翼の表面を流れる液滴を除去することが行われている。
【０００４】
また、上述した方法の他に、最終段の静翼を加熱することで、静翼の表面に凝縮した液滴を除去する技術がある。例えば、特許文献１には、蒸気タービンの高圧段前の軸封パッキンから抽出した高温、低圧のリーク蒸気を最終段落の静翼の内部に導入することで、最終段落の静翼の表面を流れる液滴を蒸発させる発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１０３００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した特許文献１に記載されている発明のように、高圧段前の軸封パッキンから抽出したリーク蒸気によって最終段落の静翼を加熱しようとすると、リーク蒸気を供給する供給ラインやリーク蒸気の流量を制御する制御弁が必要となり、蒸気タービンの構造が複雑になるとの問題があった。また、液滴を蒸発させるには大きな熱量が必要となるため、高圧段前の高温の蒸気を導入する必要があった。また、軸封パッキンからリーク蒸気を抽出すると、高圧段前からリークする蒸気量が増えるため、蒸気タービン全体の効率が低下するとの問題があった。
【０００７】
また、本発明者は、鋭意検討の結果、湿り損失やエロージョンの原因となる粒径が数十〜数百μｍの粗大な液滴は、液滴が静翼の表面に凝縮することで生成されることを見出した。すなわち、湿り域に突入すると、粒径が１μｍ以下の微細な液滴が蒸気中に大量に発生するとともに、静翼の表面の内、主蒸気よりも低温な部分にも液滴が凝縮する。凝縮した液滴は、静翼の表面を流れる過程で成長し、粒径が数十〜数百μｍの粗大な液滴となって後縁から飛散し、動翼の前縁に衝突する。また、湿り域に突入する段落が最終段落よりも上流側であれば、最終段落よりも上流側の段落で発生した粗大な液滴は、それよりも下流側にある段落において、静翼への付着および動翼への衝突を繰り返す。一方、蒸気中に大量に発生した粒径が１μｍ以下の微細な液滴の大半は、静翼に付着することなく、蒸気の流れに乗って流れていく。
【０００８】
つまり、湿り域の上流側に位置する段落において、その静翼の表面に凝縮する液滴量を抑制することで、上述した特許文献１に記載されている発明のように最終段落の静翼の表面を流れる液滴を蒸発させなくとも、それよりも下流側に位置する動翼に粗大な液滴が衝突することを効果的に防止することができるのである。
【０００９】
本発明は、上述したような背景技術の下において発明されたものであって、その目的とするところは、簡単な構造で湿り損失やエロージョンを防止す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】
【００１０】
（１）本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンは、
軸線周りに回転するロータと、
前記ロータを回転可能に収容するケーシングと、
前記ケーシングの内側壁部に固定される第１段静翼、及び、前記第１段静翼の下流側において前記ロータに固定される第１段動翼、を含む第１段落と、を備え、
前記ロータは、前記第１段静翼と対面する部分に形成された凹状の第１キャビティであって、前記第１段静翼の上流側において、前記内側壁部と前記ロータとの間に画定される内側空間と連通する第１キャビティを有し、
前記第１段静翼は、前記第１キャビティと連通し、且つ、前記第１段静翼を径方向に貫通する第１段貫通孔を有し、
前記第１段貫通孔の入口開口を介して前記第１キャビティから導入された蒸気が、前記第１段貫通孔を流れるように構成される。
【００１１】
上記（１）に記載の実施形態にかかる蒸気タービンでは、その第１段静翼は、入口開口を介して第１キャビティから導入された蒸気が、第１段貫通孔を流れるように構成されている。第１キャビティは、第１段静翼の上流側において内側空間と連通するため、第１段貫通孔には、第１段静翼を通過して膨張した主蒸気の温度よりも高温の蒸気が導入される。第１段貫通孔に導入される蒸気の温度は、第１段静翼を通過して膨張した主蒸気の温度に対して１０〜３０℃程高温になっている。この蒸気の温度は、第１段静翼の表面に付着している液滴を蒸発させるには不十分であるが、第１段静翼の表面に液滴が凝縮するのを防ぐには十分な温度である。
【００１２】
したがって、このような実施形態によれば、第１段静翼を径方向に貫通する第１段貫通孔を形成するだけの簡単な構造によって第１段静翼を加熱し、第１段静翼の表面に凝縮する液滴量を低減することで、第１段静翼よりも下流側の領域における湿り損失やエロージョンの発生を防止することができる。
【００１３】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段落は、蒸気タービンの最終段落よりも上流側に位置する。
【００１４】
上記（２）に記載の実施形態によれば、第１段静翼の表面に凝縮する液滴量を低減することで、第１段静翼よりも下流側の領域にある最終段落における湿り損失やエロージョンを効果的に防止することができる。
【００１５】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段落は、内側空間を流れる主蒸気が乾き蒸気から湿り蒸気へと変化する変化位置よりも下流側の領域である湿り域に位置し、且つ、湿り域に複数の段落がある場合には、湿り域における最も上流側に位置する段落である。
【００１６】
上記（３）に記載の実施形態によれば、第１段静翼の表面に凝縮する液滴量を低減することで、第１段静翼よりも下流側の領域における湿り損失やエロージョンを効果的に防止することができる。
なお、本実施形態において、乾き域とは、そこを流れる主蒸気の湿り度が所定値（例えば３〜４％）未満の領域を意味し、湿り域とは、そこを流れる主蒸気の湿り度が所定値（例えば３〜４％）以上の領域を意味するものとする。
【００１７】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段静翼は、内側壁部からロータに向かって延在する静翼本体部と、静翼本体部の先端部に設けられた環状の仕切板と、を含んでいる。そして、上記入口開口は、仕切板に形成されている。
【００１８】
一般に静翼は、その静翼本体部の先端部に、主蒸気が流れる内側空間と、ロータに形成される凹状の空間であるキャビティとを仕切る環状の仕切板を有している。したがって、上記（４）に記載の実施形態によれば、第１段静翼の仕切板に入口開口を形成することで、この入口開口を介して、第１キャビティから第１段貫通孔に蒸気を導入することができる。
【００１９】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の蒸気タービンにおいて、上記仕切板は、仕切板とロータとの間をシールする第１シール部を含んでいる。そして、上記入口開口は、第１シール部よりも下流側に形成されているか、又は、ロータの軸線方向において、第１シール部が形成されている領域と重複する位置に形成されている。
【００２０】
蒸気タービンには、内側空間を流れる主蒸気がキャビティにリークするのを防止するために、仕切板とロータとの間をシールするシール部（第１シール部）が形成される場合がある。したがって、上記（５）に記載の実施形態によれば、第１シール部の少なくとも一部を通過したリーク蒸気を第１段貫通孔に導入するように構成することで、大量のリーク蒸気が第１段貫通孔に流入するのを防止しつつ、第１段静翼を加熱することができる。
【００２１】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の蒸気タービンにおいて、上記仕切板は、第１シール部よりも下流側において、仕切板とロータとの間をシールする第２シール部をさらに含んでいる。そして、上記入口開口は、第２シール部よりも上流側に形成されているか、又は、ロータの軸線方向において、第２シール部が形成されている領域と重複する位置に形成されている。
【００２２】
上記（６）に記載の実施形態によれば、上述した第１シール部に加えて、第２シール部を形成することにより、内側空間を流れる主蒸気が第１キャビティを介して第１段静翼の下流側にリークする蒸気量を低減することができる。
【００２３】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記ケーシングは、内側空間の外周側に形成される外側空間を、内側壁部との間で画定する外側壁部をさらに含んでいる。上記外側空間は、ロータの軸線方向において、第１段静翼が形成されている領域と重複する位置に形成されるとともに、第１段静翼の下流側において内側空間と連通している。そして、上記第１段貫通孔を流れた蒸気が、第１段貫通孔の出口開口から外側空間に排出されるように構成されている。
【００２４】
蒸気タービンには、内側空間の外周側に外側空間が形成される場合がある。したがって、上記（７）に記載の実施形態によれば、第１段貫通孔を流れた蒸気を第１段貫通孔の出口開口から外側空間に排出する構成とすることで、第１キャビティから第１段貫通孔に継続的に蒸気を導入することができる。
【００２５】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記蒸気タービンは、内側壁部に固定される第２段静翼、及び、第２段静翼の下流側においてロータに固定される第２段動翼、を含む第２段落であって、第１段落よりも下流側に位置する第２段落をさらに備える。上記ロータは、第２段静翼と対面する部分に形成された凹状の第２キャビティであって、第２段静翼の上流側において内側空間と連通する第２キャビティを有する。上記第２段静翼は、第２キャビティと連通し、且つ、第２段静翼を径方向に貫通する第２段貫通孔とを有する。そして、上記蒸気タービンは、第１段貫通孔と第２段貫通孔とを接続する接続通路をさらに備えるとともに、第１段貫通孔を流れた蒸気が、接続通路および第２段貫通孔を流れて、第２段貫通孔の出口開口から第２キャビティに排出されるように構成される。
【００２６】
第１段静翼を加熱した後の蒸気の温度は、第１段動翼に対して仕事をし、且つ、第２段静翼を通過して膨張した主蒸気の温度よりも高く、第２段静翼の表面に液滴が凝縮するのを防ぐには十分な温度を有している。したがって、上記（８）に記載の実施形態によれば、第１段静翼を加熱した後の蒸気を第２段貫通孔に導入することにより、第２段静翼を加熱し、第２段静翼の表面に凝縮する液滴量を低減することができる。
【００２７】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段落と第２段落とは連続する段落である。
【００２８】
上記（９）に記載の実施形態によれば、第１段落の静翼と、第１段落の下流側に連続して設けられている第２段落の静翼とを、一つの蒸気経路によって加熱することができる。
【００２９】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）に記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段貫通孔の入口開口の面積をＡ１、接続通路の流路面積をＡ２、第２段貫通孔の出口開口の面積をＡ３、とした場合に、Ａ３＞Ａ１、Ａ２である。
【００３０】
第２段貫通孔の出口開口から排出される蒸気量は、主として第１段貫通孔の入口開口の面積Ａ１や接続通路の流路面積Ａ２によって規定されるところ、上記（１０）に記載の実施形態では、第２段貫通孔の出口開口の面積Ａ３は、第１段貫通孔の入口開口の面積Ａ１、及び接続通路の流路面積Ａ２よりも大きくなっている。したがって、上記（１０）に記載の実施形態によれば、第２段貫通孔の出口開口から第２キャビティに排出される蒸気の流速が過大になることを回避できるため、第２段貫通孔の出口開口から排出される蒸気によって第２キャビティの壁面（ロータの外周面）にエロージョンが生ずることを防止することができる。
【００３１】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）から（１０）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記第２段貫通孔の出口開口は、ロータの軸線方向に沿った断面視において、第２キャビティの底面部における最深部に向かって開口している。
【００３２】
上記（１１）に記載の実施形態によれば、第２段貫通孔の出口開口から排出される蒸気が第２キャビティの底面部に衝突するまでの距離を長くすることで、出口開口から排出される蒸気によって第２キャビティの底面部（ロータの外周面）にエロージョンが生ずることを防止することができる。
【００３３】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（８）から（１１）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記第２段貫通孔の出口開口は、ロータの回転方向の下流側に向かって開口している。
【００３４】
上記（１２）に記載の実施形態によれば、第２段貫通孔の出口開口から排出される蒸気が第２キャビティの底面部に衝突するまでの相対距離（時間）を長くすることで、出口開口から排出される蒸気によって第２キャビティの底面部（ロータの外周面）にエロージョンが生ずることを防止することができる。
【００３５】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１２）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段落は、蒸気タービンの最終段落よりも上流側に位置している。上記最終段落は、内側壁部に固定される最終段静翼、及び、最終段静翼の下流側においてロータに固定される最終段動翼を含んでいる。上記ロータは、最終段静翼と対面する部分に形成された凹状の最終段キャビティであって、最終段静翼の上流側において内側空間と連通する最終段キャビティを有している。上記最終段静翼は、最終段キャビティと連通し、且つ、最終段静翼を径方向に貫通する最終段貫通孔を有している。そして、上記最終段キャビティの入口開口から導入された蒸気が最終段貫通孔を流れるように構成されている。
【００３６】
上記（１３）に記載の実施形態によれば、上述した第１段静翼を加熱することによる第１段静翼よりも下流側の領域における湿り損失やエロージョンを防止することができる効果に加えて、最終段キャビティから最終段貫通孔に導入した蒸気によって最終段静翼を加熱することで、最終段静翼の表面に凝縮する液滴量を低減することで、最終段動翼における湿り損失やエロージョンの発生を防止することができる。
【００３７】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）に記載の蒸気タービンにおいて、上記最終段静翼は、板状の腹面部と、腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部とからなる断面中空状に形成されている。上記最終段静翼の腹面部には、空洞部と連通するスリットが形成されている。そして、上記最終段静翼は、スリットと連通する湿分除去流路と、最終段貫通孔とに空洞部を分割する分割板を含んでいる。
【００３８】
上記（１４）に記載の実施形態によれば、上述した最終段静翼は、板状の腹面部と、腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部とからなる、いわゆる板金静翼として構成されている。このような板金静翼は、従来の鋳造製の静翼よりも熱容量が小さいため、最終段貫通孔に蒸気を流すことにより、最終段静翼に対して高い加熱効果を得ることができる。
【００３９】
また、上記（１４）に記載の実施形態によれば、最終段静翼の腹面部に、空洞部と連通するスリットが形成されているため、最終段静翼の腹面部の表面を流れる液滴をスリットによって除去することができる。しかも、最終段静翼の空洞部は、分割板によってスリットと連通する湿分除去流路と、最終段貫通孔とに分割されているため、スリットによって液滴を除去することと、最終段静翼を加熱することの両方を同時に実現することができる。
【００４０】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）に記載の蒸気タービンにおいて、上記最終段静翼の背面部の内、スロート位置よりも下流側を過冷却背面部と定義した場合に、最終段貫通孔は、最終段静翼の内部において、過冷却背面部に面するように形成される。
【００４１】
本発明者が鋭意検討したところによれば、周方向に隣接する最終段静翼間を通過する主蒸気は、スロート位置から下流側において膨張し、これにより温度が低下する。すなわち、最終段静翼において、最も液敵が凝縮する部分は、最終段静翼の背面部の内、スロート位置よりも下流側の部分である。したがって、上記（１５）に記載の実施形態によれば、最も液敵が凝縮する部分である過冷却背面部に面するように最終段貫通孔を形成することで、最終段静翼の表面に凝縮する液滴量を効果的に抑制することができる。
【００４２】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１５）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段静翼を支持する内側壁部の内部には、第１段貫通孔と連通する環状の第１段環状空間が形成されている。
【００４３】
液滴の凝縮は、第１段静翼の表面だけでなく、ケーシングの内側壁部の表面でも生ずる場合がある。ケーシングの内側壁部の表面で液滴が凝縮すると、その液滴が下流側に飛散して、上述した湿り損失やエロージョンを生じさせる虞がある。したがって、上記（１５）に記載の実施形態によれば、第１段貫通孔を流れた蒸気を第１段環状空間に流して内側壁部を加熱することで、内側壁部の表面に凝縮する液滴量を抑制することができる。
【００４４】
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１６）の何れかに記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段静翼は、板状の腹面部と、腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部と、からなる断面中空状に形成されている。
【００４５】
上記（１７）に記載の実施形態によれば、上述した第１段静翼は、板状の腹面部と、腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部とからなる、いわゆる板金静翼として構成されている。このような板金静翼は、従来の鋳造製の静翼よりも熱容量が小さいため、第１段貫通孔に蒸気を流すことにより、第１段静翼に対して高い加熱効果を得ることができる。
【００４６】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１７）に記載の蒸気タービンにおいて、上記第１段静翼は、第１段貫通孔と、第１段貫通孔以外の空間とに空洞部を分割する分割板を含んでいる。そして、上記第１段静翼の背面部の内、スロート位置よりも下流側を過冷却背面部と定義した場合に、第１段貫通孔は、第１段静翼の内部において、過冷却背面部に面するように形成されている。
【００４７】
本発明者が鋭意検討したところによれば、周方向に隣接する第１段静翼間を通過する主蒸気は、スロート位置から下流側において膨張し、これにより温度が低下する。すなわち、第１段静翼において、最も液敵が凝縮する部分は、第１段静翼の背面部の内、スロート位置よりも下流側の部分である。したがって、上記（１８）に記載の実施形態によれば、最も液敵が凝縮する部分である過冷却背面部に面するように第１段貫通孔を形成することで、第１段静翼の表面に凝縮する液滴量を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、第１段静翼を径方向に貫通する第１段貫通孔を形成するだけの簡単な構造で、湿り損失やエロージョンを防止することができる蒸気タービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを備える蒸気タービンプラントを示した全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンにおける湿り域について説明するための図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンにおいて、第２キャビティを流れるリーク蒸気量について説明するための図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンにおける第２段貫通孔の出口開口について説明するための図である。
【図１３】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの最終段静翼を示した断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの第１段静翼を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
【００５１】
図１は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを備える蒸気タービンプラントを示した全体構成図である。図１において、蒸気タービンプラント１は、ボイラ２と、蒸気タービン装置３と、発電機４と、復水器５と、給水ポンプ６と、を備えている。
【００５２】
図１に示した蒸気タービンプランと１において、ボイラ２で生成された蒸気Ｓ１は、蒸気供給管７ａを介して、蒸気タービン装置３へ供給される。蒸気タービン装置３に供給された蒸気Ｓは、蒸気タービン装置３を駆動させた後、復水供給管７ｂを介して、復水器５へ供給される。そして、復水器５において凝縮された凝縮水は、給水ポンプ６によって加圧されることで、ボイラ水供給管７ｃを介して、ボイラ水としてボイラ２に供給される。
【００５３】
また、上述した蒸気タービン装置３によって発電機４が駆動されるようになっている。
【００５４】
図２〜９は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンを示した概略断面図である。図２〜９において、（ａ）は蒸気タービンの全体を示した概略断面図、（ｂ）は第１段静翼を拡大して示した概略断面図である。
なお、図２〜９においては、作図の便宜上、軸線ＲＡに対して一方側（上方側）のみ図示しているが、軸線ＲＡに対して他方側（下方側）についても、同様に構成されている。
【００５５】
本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン１０は、例えば、上述した蒸気タービンプラント１における蒸気タービン装置３に相当するものである。
本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン１０は、図２〜９に示したように、軸線ＲＡ周りに回転するロータ１２と、ロータ１２を回転可能に収容するケーシング２０と、ケーシング２０の内側壁部２２に固定される第１段静翼４２、及び、第１段静翼４２の下流側においてロータ１２に固定される第１段動翼４４、を含む第１段落４０とを備えている。
【００５６】
ケーシング２０は、ロータ１２との間に内側空間７０を画定する内側壁部２２と、内側壁部２２との間に後述する外側空間８０を画定する外側壁部２４を含んでいる。この内側空間７０は、蒸気タービン１０に導入された蒸気が高速で流れる空間である。上述した第１段静翼４２は、内側壁部２２からロータ１２に向かって内側空間７０を横断するように、ロータ１２の径方向に沿って延在している。また、上述した第１段動翼４４は、ロータ１２から内側壁部２２に向かって内側空間７０を横断するように、ロータ１２の径方向に沿って延在している。
【００５７】
また、図２〜９に示した実施形態では、蒸気タービン１０は、その下流側より順に３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、及び３０Ｅの５つの段落を有している。各々の段落３０Ａ〜３０Ｅは、内側壁部２２に固定される静翼３２ａ〜３２ｅと、ロータ１２に固定される動翼３４ａ〜３４ｅを有している。静翼３２ａ〜３２ｅの各々は、ロータ１２の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数設けられている。また、動翼３４ａ〜３４ｅの各々は、ロータ１２の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数設けられている。そして、図２〜６に示した実施形態では、最終段落３０Ａよりも段落一つ分だけ上流側に位置している段落３０Ｂが、本発明の一実施形態にかかる第１段落４０を構成している。また、段落３０Ｂの静翼３２ｂが、本発明の一実施形態にかかる第１段静翼４２を構成している。図７、８に示した実施形態では、最終段落３０Ａよりも段落二つ分だけ上流側に位置している段落３０Ｃが、本発明の一実施形態にかかる第１段落４０を構成している。また、段落３０Ｃの静翼３２ｃが、本発明の一実施形態にかかる第１段静翼４２を構成している。図９に示した実施形態では、最終段落３０Ａが本発明の一実施形態にかかる第１段落４０を構成している。また、段落３０Ａの静翼３２ａが、本発明の一実施形態にかかる第１段静翼４２を構成している。
【００５８】
また、図２〜９に示した実施形態において、ロータ１２は、上述した第１段静翼４２と対面する部分に形成された凹状の第１キャビティ４６を有している。第１キャビティ４６は、ロータ１２の全周に亘って延在する環形状を有している。また、この第１キャビティ４６は、第１段静翼４２の上流側において内側空間７０と連通している。したがって、第１キャビティ４６には、内側空間７０を流れる蒸気の一部がリークする構造になっている。
【００５９】
そして、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン１０では、上述した第１段静翼４２は、第１キャビティ４６と連通し、且つ、第１段静翼４２を径方向（軸線ＲＡに対して略直交する方向）に貫通する第１段貫通孔５０を有している。そして、第１段貫通孔５０の入口開口５０ａを介して第１キャビティ４６から導入された蒸気が、第１段貫通孔５０を流れるように構成されている。
【００６０】
このように構成される本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン１０では、その第１段静翼４２は、入口開口５０ａを介して第１キャビティ４６から導入された蒸気が、第１段貫通孔５０を径方向外側に向かって流れるように構成されている。第１キャビティ４６は、第１段静翼４２の上流側において内側空間７０と連通するため、第１段貫通孔５０には、第１段静翼４２を通過して膨張した主蒸気の温度よりも高温の蒸気が導入される。第１段貫通孔５０に導入される蒸気の温度は、第１段静翼４２を通過して膨張した主蒸気の温度に対して１０〜３０℃程高温になっている。この蒸気の温度は、第１段静翼４２の表面に付着している液滴を蒸発させるには不十分であるが、第１段静翼４２の表面に液滴が凝縮するのを防ぐには十分な温度である。
【００６１】
したがって、このような実施形態によれば、第１段静翼４２を径方向に貫通する第１段貫通孔５０を形成するだけの簡単な構造によって第１段静翼４２を加熱し、第１段静翼４２の表面に凝縮する液滴量を低減することで、第１段静翼４２よりも下流側の領域における湿り損失やエロージョンの発生を防止することができるようになっている。
【００６２】
幾つかの実施形態では、図２〜８に示したように、上述した第１段落４０は、蒸気タービン１０の最終段落３０Ａよりも上流側に位置している。
【００６３】
このような実施形態によれば、第１段静翼４２の表面に凝縮する液滴量を低減することで、第１段静翼４２よりも下流側の領域にある最終段落３０Ａにおける湿り損失やエロージョンを効果的に防止することができる。
【００６４】
図１０は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンにおける湿り域について説明するための図である。
幾つかの実施形態では、図１０に示したように、蒸気タービン１０において、上述した第１段落４０は、内側空間７０を流れる主蒸気が乾き蒸気から湿り蒸気へと変化する変化位置よりも下流側の領域である湿り域Ｒｗに位置し、且つ、湿り域Ｒｗに複数の段落３０Ａ、３０Ｂがある場合には、湿り域Ｒｗにおける最も上流側に位置する段落３０Ｂである。
【００６５】
図示した実施形態では、段落３０Ｂと段落３０Ｃとの間の位置より乾き域Ｒｄから湿り域Ｒｗに突入している。また、蒸気タービン１０によっては、乾き域Ｒｄから湿り域Ｒｗに突入する位置は、段落３０Ｃと段落３０Ｄの間の位置より乾き域Ｒｄから湿り域Ｒｗに突入してもよく、段落３０Ｄと段落３０Ｅの間の位置より乾き域Ｒｄから湿り域Ｒｗに突入してもよく、特に限定されない。なお、本実施形態において、乾き域Ｒｄとは、そこを流れる主蒸気の湿り度が所定値（例えば３〜４％）未満の領域を意味し、湿り域Ｒｗとは、そこを流れる主蒸気の湿り度が所定値（例えば３〜４％）以上の領域を意味するものとする。
【００６６】
このような実施形態によれば、第１段静翼４２の表面に凝縮する液滴量を低減することで、第１段静翼４２よりも下流側の領域における湿り損失やエロージョンを効果的に防止することができる。
【００６７】
幾つかの実施形態では、図２〜９に示したように、上述した第１段静翼４２は、内側壁部２２からロータ１２に向かって延在する静翼本体部４３と、静翼本体部４３の先端部に設けられた環状の仕切板４５と、を含んでいる。そして、上述した入口開口５０ａは、仕切板４５に形成されている。
【００６８】
一般に静翼は、その静翼本体部の先端部に、主蒸気が流れる内側空間７０と、ロータ１２に形成される凹状の空間であるキャビティとを仕切る環状の仕切板を有している。したがって、このような実施形態によれば、第１段静翼４２の仕切板４５に入口開口５０ａを形成することで、この入口開口５０ａを介して、第１キャビティ４６から第１段貫通孔５０に蒸気を導入することができる。
【００６９】
幾つかの実施形態では、図２〜９に示したように、上述した仕切板４５は、仕切板４５とロータ１２との間をシールする第１シール部４７を含んでいる。そして、上述した入口開口５０ａは、第１シール部４７よりも下流側に形成されているか、又は、ロータ１２の軸線方向において、第１シール部４７が形成されている領域と重複する位置に形成されている。
【００７０】
図２、４〜６、９に示した実施形態では、仕切板４５は、ロータ１２の軸線方向に沿って幅広に形成されている。そして、第１シール部４７は、仕切板４５の外周面４５ａにおける上流端部に形成される上流側シール部４７Ａとして構成されており、入口開口５０ａは、第１シール部４７（上流側シール部４７Ａ）よりも下流側に形成されている。そして、上流側シール部４７Ａは、ロータ１２の内、動翼３４ｃを支持するロータディスク部１４に形成されている封止面１４ａとの間をシールしている。
【００７１】
また、図３、７、８に示した実施形態では、仕切板４５は、ロータ１２の径方向に沿って長手方向を有している。そして、第１シール部４７は、仕切板４５の外周面４５ａにおいて、第１キャビティ４６の底面部１６と対向する位置に形成される底面側シール部４７Ｂとして構成されている。そして、入口開口５０ａは、ロータ１２の軸線方向において、第１シール部４７（底面側シール部４７Ｂ）が形成されている領域と重複する位置に形成されている。そして、底面側シール部４７Ｂは、第１キャビティ４６の底面部１６との間をシールしている。
【００７２】
蒸気タービン１０には、内側空間７０を流れる主蒸気がキャビティにリークするのを防止するために、仕切板４５とロータ１２との間をシールするシール部が形成される場合がある。したがって、このような実施形態によれば、第１シール部４７の少なくとも一部を通過したリーク蒸気を第１段貫通孔５０に導入するように構成することで、大量のリーク蒸気が第１段貫通孔５０に流入するのを防止しつつ、第１段静翼４２を加熱することができる。
【００７３】
幾つかの実施形態では、図４に示したように、上述した仕切板４５は、第１シール部４７よりも下流側において、仕切板４５とロータ１２との間をシールする第２シール部４８をさらに含んでいる。そして、上述した入口開口５０ａは、第２シール部４８よりも上流側に形成されているか、又は、ロータ１２の軸線方向において、第２シール部４８が形成されている領域と重複する位置に形成されている。
【００７４】
図４に示した実施形態では、第２シール部４８は、仕切板４５の外周面４５ａにおける下流端部に形成される下流側シール部４８Ａとして構成されており、入口開口５０ａは、第２シール部４８（下流側シール部４８Ａ）よりも上流側に形成されている。そして、下流側シール部４８Ａは、ロータ１２の内、動翼３４ｂを支持するロータディスク部１４Ｂに形成されている封止面１５ｂとの間をシールしている。
【００７５】
また、幾つかの実施形態では、図示しないが、第２シール部４８は、仕切板４５の外周面４５ａにおいて、第１キャビティ４６の底面部１６と対向する位置に形成され、第１キャビティ４６の底面部１６との間をシールする底面側第２シール部（不図示）として構成されてもよい。そして、入口開口５０ａは、ロータ１２の軸線方向において、この底面側第２シール部（不図示）が形成されている領域と重複する位置に形成されていてもよい。
【００７６】
このような実施形態によれば、上述した第１シール部４７に加えて、第２シール部４８を形成することにより、内側空間７０を流れる主蒸気が第１キャビティ４６を介して第１段静翼４２の下流側にリークする蒸気量を低減することができる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、図２〜４に示したように、上述したケーシング２０は、内側空間７０の外周側に形成される外側空間８０を、内側壁部２２との間で画定する外側壁部２４をさらに含んでいる。上述した外側空間８０は、ロータ１２の軸線方向において、第１段静翼４２が形成されている領域と重複する位置に形成されるとともに、第１段静翼４２の下流側において内側空間７０と連通している。そして、上述した第１段貫通孔５０を流れた蒸気が、第１段貫通孔５０の出口開口５０ｂから外側空間８０に排出されるように構成されている。
【００７８】
図示した実施形態では、第１段静翼４２を支持する内側壁部２２には、第１段貫通孔５０の出口開口５０ｂと連通する壁部側貫通孔５２が形成されている。そして、第１段貫通孔５０を流れた蒸気は、第１段貫通孔５０の出口開口５０ｂから、壁部側貫通孔５２を介して、外側空間８０に排出されるように構成されている。
【００７９】
蒸気タービン１０には、内側空間７０の外周側に外側空間８０が形成される場合がある。したがって、このような実施形態によれば、第１段貫通孔５０を流れた蒸気を第１段貫通孔５０の出口開口５０ｂから外側空間８０に排出する構成とすることで、第１キャビティ４６から第１段貫通孔５０に継続的に蒸気を導入することができる。
【００８０】
幾つかの実施形態では、図５〜８に示したように、上述した蒸気タービン１０は、内側壁部２２に固定される第２段静翼６２、及び、第２段静翼６２の下流側においてロータ１２に固定される第２段動翼６４、を含む第２段落６０であって、第１段落４０よりも下流側に位置する第２段落６０をさらに備える。上述したロータ１２は、第２段静翼６２と対面する部分に形成された凹状の第２キャビティ６６であって、第２段静翼６２の上流側において内側空間７０と連通する第２キャビティ６６を有する。この第２キャビティ６６は、ロータ１２の全周に亘って環状に形成されている。上述した第２段静翼６２は、第２キャビティ６６と連通し、且つ、第２段静翼６２を径方向に貫通する第２段貫通孔５４とを有する。そして、上述した蒸気タービン１０は、第１段貫通孔５０と第２段貫通孔５４とを接続する接続通路５６をさらに備えるとともに、第１段貫通孔５０を流れた蒸気が、接続通路５６および第２段貫通孔５４を流れて、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂから第２キャビティ６６に排出されるように構成されている。
【００８１】
図５、６に示した実施形態では、最終段落３０Ａが、本発明の一実施形態にかかる第２段落６０を構成している。一方、図７、８に示した実施形態では、最終段落３０Ａよりも段落一つ分だけ上流側に位置している段落３０Ｂが、本発明の一実施形態にかかる第２段落６０を構成している。
【００８２】
また、図５に示した実施形態では、第２段静翼６２を支持する内側壁部２２には、第１段貫通孔５０の出口開口５０ｂと連通する壁部側貫通孔５２が形成されている。また、第２段静翼６２を支持する内側壁部２２には、第２段貫通孔５４と連通する第２壁部側貫通孔５８が形成されている。そして、接続通路５６は、壁部側貫通孔５２と第２壁部側貫通孔５８とを連通する、外側空間８０に配置された、接続管路５６Ａから構成されている。
一方、図６〜８に示した実施形態では、接続通路５６は、内側壁部２２の内部に形成された貫通孔５６Ｂによって構成される。
【００８３】
第１段静翼４２を加熱した後の蒸気の温度は、第１段動翼４４に対して仕事をし、且つ、第２段静翼６２を通過して膨張した主蒸気の温度よりも高く、第２段静翼６２の表面に液滴が凝縮するのを防ぐには十分な温度を有している。したがって、このような実施形態によれば、第１段静翼４２を加熱した後の蒸気を第２段貫通孔５４に導入することにより、第２段静翼６２を加熱し、第２段静翼６２の表面に凝縮する液滴量を低減することができる。
【００８４】
また、このような実施形態によれば、以下に説明するように、内側空間７０における第２段静翼６２の上流側から第２キャビティ６６に流入するリーク流量を低減することもできる。
図１１は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンにおいて、第２キャビティを流れるリーク蒸気量について説明するための図である。
【００８５】
図１１に示したように、第２キャビティ６６から内側空間７０における第２段静翼６２の下流側に流出する蒸気流量Ｑ２は、内側空間７０における第２段静翼６２の上流側から第２キャビティ６６に流入するリーク流量Ｑ１と、第２段貫通孔５４を流れて第２キャビティ６６に排出される蒸気流量Ｑ３とを合計した流量となる（Ｑ２＝Ｑ１＋Ｑ３）。ここでＱ２は、第２キャビティ６６内の圧力Ｐ３と、内側空間７０における第２段静翼６２の下流側の圧力Ｐ２との差圧（ΔＰ＝Ｐ３−P２）によって決定されるが、この圧力差ΔＰは、第２段貫通孔５４から第２キャビティ６６に蒸気が流入しても大きくは変化しない。したがって、第２段貫通孔５４を流れた蒸気を第２キャビティ６６に排出することで、その分だけ、内側空間７０における第２段静翼６２の上流側から第２キャビティ６６に流入するリーク流量Ｑ１を低減することができる。また、例えば、第２段静翼６２の仕切板６５とロータ１２との間にシール部を設けることで、上述したＱ２を適切に管理することもできる。
【００８６】
幾つかの実施形態では、図５〜８に示したように、上述した第１段落４０と第２段落６０とは連続する段落である。つまり、第１段落４０は、第２段落６０よりも段落一つ分だけ上流側に位置している。
【００８７】
このような実施形態によれば、第１段落４０の静翼４２と、第１段落４０の下流側に連続して設けられている第２段落６０の静翼６２とを、一つの蒸気経路によって加熱することができる。
【００８８】
また、幾つかの実施形態では、図示しないが、第１段落４０は、第２段落６０よりも段落二つ分以上、上流側に位置していてもよい。
【００８９】
幾つかの実施形態では、図１１に示したように、上述した第１段貫通孔５０の入口開口５０ａの面積をＡ１、接続通路５６の流路面積をＡ２、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂの面積をＡ３、とした場合に、Ａ３＞Ａ１、Ａ２である。つまり、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂの面積Ａ３は、第１段貫通孔５０の入口開口５０ａの面積Ａ１、および接続通路５６の流路面積Ａ２よりも大きくなっている。
【００９０】
幾つかの実施形態では、第１段貫通孔５０は、その入口開口５０ａから出口開口５０ｂに亘って同一の面積を有していてもよい。また、接続通路５６は、その全長に亘って同一の流路面積を有していてもよい。また、第２段貫通孔５４は、その入口開口５４ａから出口開口５４ｂに亘って同一の面積を有していてもよい。また、壁部側貫通孔５２は、その全長に亘って第１段貫通孔５０と同一の面積を有していてもよい。第２壁部側貫通孔５８は、その全長に亘って接続通路５６の流路面積と同一の面積を有していてもよい。
【００９１】
第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂから排出される蒸気量は、主として第１段貫通孔５０の入口開口５０ａの面積Ａ１や接続通路５６の流路面積Ａ２によって規定されるところ、上述した実施形態では、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂの面積Ａ３は、第１段貫通孔５０の入口開口５０ａの面積Ａ１、及び接続通路５６の流路面積Ａ２よりも大きくなっている。したがって、このような実施形態によれば、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂから第２キャビティ６６に排出される蒸気の流速が過大になることを防止できるため、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂから排出される蒸気によって第２キャビティ６６の壁面（ロータ１２の外周面）にエロージョンが生ずることを防止することができる。
【００９２】
図１２は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンにおける第２段貫通孔の出口開口について説明するための図である。
幾つかの実施形態では、図１２の（ａ）に示したように、上述した第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂは、ロータ１２の軸線方向に沿った断面視において、第２キャビティ６６の底面部１８における最深部１８Ｐに向かって開口している。
【００９３】
図示した実施形態では、第２段静翼６２は、内側壁部２２からロータ１２に向かって延在する静翼本体部６３と、静翼本体部６３の先端部に設けられた環状の仕切板６５と、を含んでいる。そして、上述した出口開口５４ｂは、仕切板６５の外周面６５ａに形成されている。
【００９４】
また、幾つかの実施形態では、出口開口５４ｂは、出口開口５４ｂの中心位置を通過し、且つ、第２段貫通孔５４の中心線の延長線上に沿って延びる延長ラインＬ１が、第２キャビティ６６の底面部１８におけるロータ１２の中心線との距離が最も短くなる最深部１８Ｐの近傍（図示した実施形態では、最深部１８Ｐの中心）を通過するように構成されている。
【００９５】
このような実施形態によれば、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂから排出される蒸気が第２キャビティ６６の底面部１８に衝突するまでの距離を長くすることで、出口開口５４ｂから排出される蒸気によって第２キャビティ６６の底面部１８（ロータ１２の外周面）にエロージョンが生ずることを防止することができる。
【００９６】
幾つかの実施形態では、図１２の（ｂ）に示したように、上述した第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂは、ロータ１２の回転方向Ｒの下流側に向かって開口している。
【００９７】
図１２の（ｂ）は、ロータ１２及び第２段静翼６２の仕切板６５を、ロータ１２の軸線方向に沿って視認した図であり、ロータ１２が左回り（反時計回り）に回転している状態を示している。そして、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂは、ロータ１２の回転中心（不図示）を通過する半径方向線Ｌ２に対して紙面左側に向かって開口している。
【００９８】
このような実施形態によれば、第２段貫通孔５４の出口開口５４ｂから排出される蒸気が第２キャビティ６６の底面部１８に衝突するまでの相対距離（時間）を長くすることで、出口開口５４ｂから排出される蒸気によって第２キャビティ６６の底面部１８（ロータ１２の外周面）にエロージョンが生ずることを防止することができる。
【００９９】
幾つかの実施形態では、図８に示したように、上述した第１段落４０は、蒸気タービン１０の最終段落３０Ａよりも上流側に位置している。最終段落３０Ａは、内側壁部２２に固定される最終段静翼３２ａ、及び、最終段静翼３２ａの下流側においてロータ１２に固定される最終段動翼３４ａを含んでいる。ロータ１２は、最終段静翼３２ａと対面する部分に形成された凹状の最終段キャビティ８６であって、最終段静翼３２ａの上流側において内側空間７０と連通する最終段キャビティ８６を有している。最終段静翼３２ａは、最終段キャビティ８６と連通し、且つ、最終段静翼３２ａを径方向に貫通する最終段貫通孔９０を有している。そして、最終段キャビティ８６の入口開口９０ａから導入された蒸気が最終段貫通孔９０を流れるように構成されている。
【０１００】
図示した実施形態では、最終段静翼３２ａは、内側壁部２２からロータ１２に向かって延在する静翼本体部９３と、静翼本体部９３の先端部に設けられた環状の仕切板９５と、を含んでいる。そして、上述した出口開口９０ａは、仕切板９５の外周面９５ａに形成されている。
【０１０１】
また、図示した実施形態では、最終段静翼３２ａ（静翼本体部９３）を支持する内側壁部２２の内部には、最終段貫通孔９０と連通する環状の最終段環状空間９７が形成されている。この最終段環状空間９７に蒸気を導入することよって、内側壁部２２の表面が加熱され、内側壁部２２の表面において液滴が凝縮するのを防止できる。そして、最終段貫通孔９０を流れて最終段環状空間９７に流入した蒸気は、外側貫通孔９９を介して排気室１００へと排出される。
【０１０２】
このような実施形態によれば、上述した第１段静翼４２を加熱することによる第１段静翼４２よりも下流側の領域における湿り損失やエロージョンを防止することができる効果に加えて、最終段キャビティ８６から最終段貫通孔９０に導入した蒸気によって最終段静翼３２ａを加熱することで、最終段静翼３２ａの表面に凝縮する液滴量を低減することで、最終段動翼３４ａにおける湿り損失やエロージョンの発生を防止することができる。
【０１０３】
図１３は本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの最終段静翼を示した断面図である。
幾つかの実施形態では、図１３に示したように、上述した最終段静翼３２ａ（図８の静翼本体部９３、又は図９の静翼本体部４３）は、板状の腹面部９３ａと、腹面部９３ａとの間で空洞部９６を画定する板状の背面部９３ｂとからなる断面中空状に形成されている。最終段静翼３２ａの腹面部９３ａには、空洞部９６と連通するスリット９３ｓ（図８及び図９を参照）が形成されている。そして、最終段静翼３２ａは、スリット９３ｓと連通する湿分除去流路９４と、最終段貫通孔９０とに空洞部９６を分割する分割板９８を含んでいる。
【０１０４】
このような実施形態によれば、上述した最終段静翼３２ａは、板状の腹面部９３ａと、腹面部９３ａとの間で空洞部９６を画定する板状の背面部９３ｂとからなる、いわゆる板金静翼として構成されている。このような板金静翼は、従来の鋳造製の静翼よりも熱容量が小さいため、最終段貫通孔９０に蒸気を流すことにより、最終段静翼３２ａに対して高い加熱効果を得ることができる。
【０１０５】
また、このような実施形態によれば、最終段静翼３２ａの腹面部９３ａに、空洞部９６と連通するスリット９３ｓが形成されているため、最終段静翼３２ａの腹面部９３ａの表面を流れる液滴をスリット９３ｓによって除去することができる。しかも、最終段静翼３２ａの空洞部９６は、分割板９８によってスリット９３ｓと連通する湿分除去流路９４と、最終段貫通孔９０とに分割されているため、スリット９３ｓによって液滴を除去することと、最終段静翼３２ａを加熱することの両方を同時に実現することができる。
【０１０６】
幾つかの実施形態では、図１３に示したように、上述した最終段静翼３２ａの背面部９３ｂの内、スロートＳの位置よりも下流側を過冷却背面部９３ｂ１と定義した場合に、最終段貫通孔９０は、最終段静翼３２ａの内部において、過冷却背面部９３ｂ１に面するように形成される。
【０１０７】
ここでスロートＳとは、周方向に隣接する一対の最終段静翼３２ａ、３２ａ間における最小距離を形成する部分を意味しており、一方の最終段静翼３２ａの後縁９３ｃから他方の最終段静翼３２ａの背面部９３ｂに対して垂線を引いた位置である。
また、最終段貫通孔９０は、過冷却背面部９３ｂ１の全長に亘って面していてもよく、過冷却背面部９３ｂ１の全長の少なくとも一部に対して面していてもよい。
【０１０８】
本発明者が鋭意検討したところによれば、周方向に隣接する最終段静翼３２ａ、３２ａ間を通過する主蒸気は、スロートＳの位置から下流側において膨張し、これにより温度が低下する。すなわち、最終段静翼３２ａにおいて、最も液敵が凝縮する部分は、最終段静翼３２ａの背面部９３ｂの内、スロートＳの位置よりも下流側の部分である。したがって、このような実施形態によれば、最も液敵が凝縮する部分である過冷却背面部９３ｂ１に面するように最終段貫通孔９０を形成することで、最終段静翼３２ａの表面に凝縮する液滴量を効果的に抑制することができる。
【０１０９】
幾つかの実施形態では、図９に示したように、上述した第１段静翼４２を支持する内側壁部２２の内部には、第１段貫通孔５０と連通する環状の第１段環状空間５７が形成されている。
【０１１０】
図示した実施形態では、第１段環状空間５７は、ロータ１２の軸線方向において、第１段静翼４２が形成されている領域と重複する位置に形成されている。そして、第１段貫通孔５０を流れて第１段環状空間５７に流入した蒸気は、外側貫通孔５９を介して排気室１００へと排出される。
【０１１１】
液滴の凝縮は、第１段静翼４２の表面だけでなく、ケーシング２０の内側壁部２２の表面でも生ずる場合がある。ケーシング２０の内側壁部２２の表面で液滴が凝縮すると、その液滴が下流側に飛散して、上述した湿り損失やエロージョンを生じさせる虞がある。したがって、このような実施形態によれば、第１段貫通孔５０を流れた蒸気を第１段環状空間５７に流して内側壁部２２を加熱することで、内側壁部２２の表面に凝縮する液滴量を抑制することができる。
【０１１２】
図１４は本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの第１段静翼を示した断面図である。
幾つかの実施形態では、図１４に示したように、上述した第１段静翼４２は、板状の腹面部４３ａと、腹面部４３ａとの間で空洞部１０６を画定する板状の背面部４３ｂと、からなる断面中空状に形成されている。
【０１１３】
このような実施形態によれば、上述した第１段静翼４２（図２〜図９の静翼本体部４３）は、板状の腹面部４３ｂと、腹面部との間で空洞部を画定する板状の背面部４３ｂとからなる、いわゆる板金静翼として構成されている。このような板金静翼は、従来の鋳造製の静翼よりも熱容量が小さいため、第１段貫通孔５０に蒸気を流すことにより、第１段静翼４２に対して高い加熱効果を得ることができる。
【０１１４】
幾つかの実施形態では、図１４に示したように、上述した第１段静翼４２は、第１段貫通孔５０と、第１段貫通孔５０以外の空間５１とに分割する分割板１０８を含んでいる。そして、第１段静翼４２の背面部４３ｂの内、スロートＳの位置よりも下流側を過冷却背面部４３ｂ１と定義した場合に、第１段貫通孔５０は、第１段静翼４２の内部において、過冷却背面部４３ｂ１に面するように形成されている。
【０１１５】
ここでスロートＳとは、周方向に隣接する一対の第１段静翼４２、４２間における最小距離を形成する部分を意味しており、一方の第１段静翼４２の後縁４３ｃから他方の第１段静翼４２の背面部４３ｂに対して垂線を引いた位置である。
また、第１段貫通孔５０は、過冷却背面部４３ｂ１の全長に亘って面していてもよく、過冷却背面部４３ｂ１の全長の少なくとも一部に対して面していてもよい。
【０１１６】
本発明者が鋭意検討したところによれば、周方向に隣接する第１段弾静翼４２間を通過する主蒸気は、スロートＳの位置から下流側において膨張し、これにより温度が低下する。すなわち、第１段静翼４２において、最も液敵が凝縮する部分は、第１段静翼４２の背面部４３ｂの内、スロートＳの位置よりも下流側の部分である。したがって、このような実施形態によれば、最も液敵が凝縮する部分である過冷却背面部４３ｂ１に面するように第１段貫通孔５０を形成することで、第１段静翼４２の表面に凝縮する液滴量を効果的に抑制することができる。
【０１１７】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１                  蒸気タービンプラント
２                    ボイラ
３                    蒸気タービン装置
４                    発電機
５                    復水器
６                    給水ポンプ
７ａ                  蒸気供給管
７ｂ                復水供給管
７ｃ                ボイラ水供給管
１０                蒸気タービン
１２                  ロータ
１４Ａ，１４Ｂ          ロータディスク部
１４ａ，１５ｂ          封止面
１６，１８              底面部
１８Ｐ                    最深部
２０                  ケーシング
２２                    内側壁部
２４                    外側壁部
３０Ａ〜３０Ｅ        段落
３２ａ〜３２ｅ          静翼
３４ａ〜３４ｅ          動翼
４０                  第１段落
４２                    第１段静翼
４３、６３、９３        静翼本体部
４４                    第１段動翼
４５、６５、９５        仕切板
４５ａ、６５ａ、９５ａ  外周面
４６                    第１キャビティ
４７                    第１シール部
４７Ａ                    上流側シール部
４７Ｂ                    底面側シール部
４８                    第２シール部
４８Ａ                    下流側シール部
５０                    第１段貫通孔
５０ａ                    入口開口
５０ｂ                    出口開口
５１                    第１段貫通孔以外の空間
５２                    壁部側貫通孔
５４                    第２段貫通孔
５４ａ                    入口開口
５４ｂ                    出口開口
５６                    接続通路
５６Ａ                    接続管路
５６Ｂ                    貫通孔
５７                    第１段環状空間
５８                    第２壁部側貫通孔
５９、９９              外側貫通孔
６０                  第２段落
６２                    第２段静翼    
６４                    第２段動翼
６６                    第２キャビティ
７０                  内側空間
８０                  外側空間
８６                    最終段キャビティ
９０                    最終段貫通孔
９３ｓ                  スリット
９４                    湿分除去流路
９６、１０６            空洞部
９７                    最終段環状空間
９８、１０８            分割板
１００                  排気室
【図１】
2018115633.tif 000003
【図２】
2018115633.tif 000004
【図３】
2018115633.tif 000005
【図４】
2018115633.tif 000006
【図５】
2018115633.tif 000007
【図６】
2018115633.tif 000008
【図７】
2018115633.tif 000009
【図８】
2018115633.tif 000010
【図９】
2018115633.tif 000011
【図１０】
2018115633.tif 000012
【図１１】
2018115633.tif 000013
【図１２】
2018115633.tif 000014
【図１３】
2018115633.tif 000015
【図１４】
2018115633.tif 000016