(57)【要約】【課題】簡易な構造でリーク流れの流量低減を図った高性能な軸流回転機械を提供する。【解決手段】動翼４は、先端部に動翼シュラウド４１と、動翼シュラウド４１からケーシング２に向かって突出してケーシング２との間に微小隙間を形成するシュラウド側フィン４４と、を有し、ケーシング２は、シュラウド側フィン４４に対して主流ＭＦが流れる方向に並んで配置されて、動翼シュラウド４１に向かって突出して動翼シュラウド４１との間に微小隙間を形成するケーシング側フィン４２と、を有し、各フィン４２、４４の基端部では、主流ＭＦの流れの上流側及び下流側を向く面はこれらフィン４２、４４における中心線ＣＬ１、ＣＬ２に向かって凹む円弧面４２ａ、４４ａを有し、各フィン４２、４４では、先端部に向かうに従って中心線ＣＬ１、ＣＬ２が上流側に向かって傾斜する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の主流が流れる流路に配置されるブレードと、該ブレードの先端側に隙間を介して設けられ、前記ブレードに対して相対回転する構造体と、
を備え、
前記ブレードは、先端部にシュラウドと、該シュラウドから前記構造体に向かって突出して該構造体との間に微小隙間を形成するシュラウド側フィンと、を有し、
前記構造体は、前記シュラウド側フィンに対して前記主流が流れる方向に並んで配置されて、前記シュラウドに向かって突出して該シュラウドとの間に微小隙間を形成する構造体側フィンと、を有し、
前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの基端部では、前記主流の流れの上流側及び下流側を向く面はこれらフィンにおける前記ブレードと前記構造体との相対回転の中心軸の方向の中心線に向かって凹む円弧面を有し、
前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンでは、先端部に向かうに従って、前記中心線が上流側に向かって傾斜する軸流回転機械。
【請求項２】
前記シュラウド側フィンと前記構造体側フィンとでは、前記ブレードと前記構造体との相対回転の中心軸方向に対する前記中心線の傾斜角度が４０度以上８０度以下となっている請求項１に記載の軸流回転機械。
【請求項３】
前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの前記円弧面はＲ面であり、
前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの先端部では、前記主流の流れの上流側及び下流側を向く面は、前記Ｒ面に連続して該Ｒ面の接線方向に延びる平面をさらに有する請求項１又は２に記載の軸流回転機械。
【請求項４】
前記主流の流れの上流側を向く前記Ｒ面の曲率半径は、前記シュラウド側フィン、及び前記構造体側フィンの前記中心線の長さ寸法の１／２倍である請求項３に記載の軸流回転機械。
【請求項５】
前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの一方は、少なくとも二つ設けられ、かつ、該少なくとも二つのフィンの前記中心軸に対する前記中心線の傾斜角度が同一である請求項１から４のいずれか一項に記載の軸流回転機械。
【請求項６】
前記構造体側フィンが最も上流側に配置され、
前記ブレードには、前記シュラウドにおける上流側を向く端面に径方向外側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する上流側傾斜面が設けられ、
前記構造体には、前記シュラウドの上流側に配置されて、該シュラウドに前記主流が流れる方向に対向する位置に径方向外側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する上流側傾斜内壁面が設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の軸流回転機械。
【請求項７】
前記ブレードには、前記シュラウドにおける下流側を向く端面に径方向内側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する下流側傾斜面が設けられ、
前記構造体には、前記シュラウドの下流側に配置されて、該シュラウドに前記主流が流れる方向に対向する位置に径方向内側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する下流側傾斜内壁面が設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の軸流回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸流回転機械である蒸気タービンの一種として、ケーシングと、ケーシングに対して回転自在に設けられた回転軸と、ケーシングの内周部に固定された静翼と、この静翼の下流側において回転軸に放射状に設けられた動翼とを複数段備えたものが知られている。
【０００３】
この蒸気タービンは、作動方式の違いによって、衝動タービンと反動タービンとに大別される。衝動タービンでは静翼がノズル形状を有し、この静翼を通過した蒸気が動翼に噴射され、蒸気から受ける衝撃力だけによって動翼が回転する。一方、反動タービンでは静翼の形状は動翼と同様であって、この静翼を通過した蒸気から受ける衝撃力と、動翼を通過する際に生じる蒸気の膨張に対する反動力とによって動翼が回転する。
【０００４】
ところで、このような蒸気タービンでは、動翼の先端部とケーシングとの間に、径方向に所定幅の隙間が形成されており、また静翼の先端部と回転軸との間にも、径方向に所定幅の隙間が形成されている。そして、回転軸の回転軸線に沿って流れる蒸気の一部が、これら動翼や静翼の先端部の隙間を通って下流側へリークする。
【０００５】
ここで、動翼とケーシングとの間の隙間から下流側へリークする蒸気は、動翼に対して衝撃力も反動力も付与しないので動翼を回転させる駆動力にはならない。また静翼と軸体との間の隙間から下流側へリークする蒸気も、静翼を越えてもその速度が変化せず、また膨張も生じないため下流側の動翼を回転させるための駆動力とはならない。従って、蒸気タービンの性能向上のためには動翼や静翼の先端部の隙間における蒸気のリーク量を低減させることが重要である。
【０００６】
そこで、動翼や静翼の先端部の隙間から蒸気がリークすることを防止する手段としてシールフィンが用いられている。ここでシールフィンの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１のシールフィンは、ケーシングから動翼のシュラウドに向かって延びるように設けられており、さらに、動翼のシュラウドはステップ形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１９５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１では、シールフィンとシュラウドのステップとによって隙間を通過する流体（リーク流れ）を低減しようとしている。しかしながら、例えばステップの角部に流体が付着し、その結果、上記隙間を流体が通過し、リーク流れの流量が増大する可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、簡易な構造でリーク流れの流量低減を図った高性能な軸流回転機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様に係る軸流回転機械は、流体の主流が流れる流路に配置されるブレードと、該ブレードの先端側に隙間を介して設けられ、前記ブレードに対して相対回転する構造体と、を備え、前記ブレードは、先端部にシュラウドと、該シュラウドから前記構造体に向かって突出して該構造体との間に微小隙間を形成するシュラウド側フィンと、を有し、前記構造体は、前記シュラウド側フィンに対して前記主流が流れる方向に並んで配置されて、前記シュラウドに向かって突出して該シュラウドとの間に微小隙間を形成する構造体側フィンと、を有し、前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの基端部では、前記主流の流れの上流側及び下流側を向く面はこれらフィンにおける前記ブレードと前記構造体との相対回転の中心軸の方向の中心線に向かって凹む円弧面を有し、前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンでは、先端部に向かうに従って、前記中心線が上流側に向かって傾斜している。
【００１１】
このような軸流回転機械によれば、シュラウド側フィンと構造体側フィンのうち、上流側に配置されたフィンの先端部に形成された微小隙間を通過した流体は噴流となって、この微小隙間の下流側に配置されたフィンに衝突する。この際、噴流は下流側に配置されたフィンの上流側の面に沿ってフィンの先端側に向かって案内される。ここで、本態様ではシュラウド側フィン及び構造体側フィンでは、その中心線が先端側に向かうに従って上流側に傾斜している。よって、フィンに衝突した噴流はこのフィンの上流側の面によって上流側に押し戻されるように流れる。従って、下流側に配置されたフィンの先端部の微小隙間を通過しようとする流体を上流側に押し戻すことができ、下流側に配置されたフィンの先端部の微小隙間を通過する流体の流量を低減できる。この結果、構造体とシュラウドとの間のキャビティを通過するリーク流れの流量を低減できる。
さらに、フィンの中心線が先端側に向かうに従って上流側に傾斜しているため、シュラウド側フィンと構造体側フィンのうち、下流側に配置されたフィンの上流側の面に沿って流れる流体は上流側に向って流れ、上流側に配置されたフィンの下流側の面に接触して流れ方向が転向し、フィン同士の間には渦が形成される。この結果、流体は上流側に配置されたフィンの下流側の面に案内されて、上流側に配置されたフィンの先端部の微小隙間に向って流れる。これにより、上流側に配置されたフィンの先端部の微小隙間を通過しようとする流体を上流側に押し戻しつつ縮流することができる。
このように、本態様の軸流回転機械は、シュラウド側フィンと構造体側フィンとを主流の流通方向に隣接させることで対向フィン形状を有している。そして各々のフィンの中心線が先端部に向かって上流側に傾斜しているので、各々のフィンの先端部の微小隙間を通過する流体への縮流効果を高めることができる。
さらに、シュラウド側フィン及び構造体側フィンの基端部では、円弧面が形成されている。よって上流側に配置されたフィンの先端部の微小隙間を通過した流体の流れ方向を滑らかに転向させつつ、流体を上流側に向って案内することができる。従って微小隙間を通過した流体の速度を急激に減速させることなく、フィンによって流体を上流側に向けて案内できるので、フィン同士の間に形成される渦の速度を速めることができる。よって微小隙間を通過する流体の縮流効果をさらに向上することができる。またこのような円弧面によってフィンの基端部の死水域を低減することができるため、流れの損失を低減することができる。
【００１２】
本発明の第二の態様に係る軸流回転機械では、上記第一の態様において、前記シュラウド側フィンと前記構造体側フィンとでは、前記ブレードと前記構造体との相対回転の中心軸方向に対する前記中心線の傾斜角度が４０度以上８０度以下となっていてもよい。
【００１３】
このように傾斜角度を設定することで、フィンの先端部の微小隙間を通過しようとする流体を上流側に押し戻しつつ、縮流する効果を向上できる。
【００１４】
また、本発明の第三の態様に係る軸流回転機械では、上記第一又は第二の態様において、前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの前記円弧面はＲ面であり、前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの先端部では、前記主流の流れの上流側及び下流側を向く面は、前記Ｒ面に連続して該Ｒ面の接線方向に延びる平面をさらに有していてもよい。
【００１５】
シュラウド側フィン及び構造体側フィンの各々にこのようなＲ面及び平面を設けることで、フィンの先端部の微小隙間を通過した流体の流れ方向を滑らかに転向させつつ、流体を上流側に向って案内することができる。従ってフィン同士の間に形成される渦の速度を速めることができ、微小隙間を通過する流体の縮流効果をさらに向上することができる。
【００１６】
また、本発明の第四の態様に係る軸流回転機械では、上記第三の態様において、前記主流の流れの上流側を向く前記Ｒ面の曲率半径は、前記シュラウド側フィン、及び前記構造体側フィンの前記中心線の長さ寸法の１／２倍であってもよい。
【００１７】
このようにＲ面を設けることで、フィンの先端部の微小隙間を通過した流体の流れ方向を滑らかに転向させつつ、流体を上流側に向って案内することができる。従ってフィン同士の間に形成される渦流れの速度を速めることができ、微小隙間を通過する流体の縮流効果をさらに向上することができる。
【００１８】
また、本発明の第五の態様に係る軸流回転機械では、上記第一から第四のいずれかの態様において、前記シュラウド側フィン及び前記構造体側フィンの一方は、少なくとも二つ設けられ、かつ、該少なくとも二つのフィンの前記中心軸に対する前記中心線の傾斜角度が同一であってもよい。
【００１９】
このようにシュラウド側フィン及び構造体側フィンの一方は少なくとも二つ設けられていることで、シュラウド側フィン及び構造体側フィンが交互に設けられることになる。そしてこれら全てのフィンの中心線は上流側に向って傾斜しているため、下流側に配置されたフィンの上流側の面を上流側のフィンにより近接させることができる。よって上流側のフィンの先端部の微小隙間を通過した噴流を確実に下流側のフィンの上流側の面に接触させて付着させることができる。この結果、上流側のフィンの先端部の微小隙間を通過しようとする流体を縮流する効果を向上することができる。
【００２０】
また、本発明の第六の態様に係る軸流回転機械では、上記第一から第五のいずれかの態様において、前記構造体側フィンが最も上流側に配置され、前記ブレードには、前記シュラウドにおける上流側を向く端面に径方向外側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する上流側傾斜面が設けられ、前記構造体には、前記シュラウドの上流側に配置されて、該シュラウドに前記主流が流れる方向に対向する位置に径方向外側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する上流側傾斜内壁面が設けられていてもよい。
【００２１】
このように構造体とブレードとの間のキャビティの入口部で、シュラウドに上流側傾斜面が設けられ、構造体に上流側傾斜内壁面が設けられている。このため、主流から分岐してキャビティに流入しようとするリーク流れは径方向に真っ直ぐではなく、これら上流側傾斜面及び上流側傾斜内壁面に沿って下流側に向って斜めに流れ込む。従って、主流からリーク流れが分岐する際のリーク流れが全く異なる方向に分岐することがなくなる。さらに上流側傾斜面及び上流側傾斜内壁面によってキャビティ内に角部が形成されることを回避できるため死水域の発生を抑えることができる。この結果、流体の剥離を抑えて損失を低減することができる。
さらに上流側傾斜面に沿って流れる流体が構造体側フィンに接触し、上流側に向って押戻されるように流れ、その結果、キャビティ内で構造体側フィンの上流側には渦が形成される。そしてこの渦は、上流側傾斜面及び上流側傾斜内壁面に沿って斜めに延びるように形成されるため、主流から分岐するリーク流れの流れ方向に沿って渦が形成されることになる。よってこの渦の周りに細かな渦が形成されてしまうことを抑制でき、回転機械に振動が生じることを抑制できる。
【００２２】
また、本発明の第七の態様に係る軸流回転機械では、上記第一から第六のいずれかの態様において、前記ブレードには、前記シュラウドにおける下流側を向く端面に径方向内側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する下流側傾斜面が設けられ、前記構造体には、前記シュラウドの下流側に配置されて、該シュラウドに前記主流が流れる方向に対向する位置に径方向内側に向かうに従って上流側から下流側に向うように傾斜する下流側傾斜内壁面が設けられていてもよい。
【００２３】
このように、構造体とブレードとの間のキャビティの出口部で、シュラウドに下流側傾斜面が設けられ、構造体に下流側傾斜内壁面が設けられている。このため、リーク流れが主流に合流しようとする際、径方向に真っ直ぐではなくこれら下流側傾斜面及び下流側傾斜内壁面に沿って下流側に向って斜めに主流に流れ込む。従って、リーク流れが主流へ合流する際、その流れ方向を互いに近づけることができる。さらに下流側傾斜面及び下流側傾斜内壁面によってキャビティ内に角部が形成されることを回避できるため、死水域の発生を抑えることができる。この結果、流体の剥離を抑えて損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
上記の軸流回転機械によれば、いわゆる対向フィンを採用し、全てのフィンの中心線が上流側に向って傾斜するようにすることで、簡易な構造でリーク流れの流量低減を図り、高性能化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態の蒸気タービンの概略構成断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の蒸気タービンの要部を示す図であって、図１のＡ部を示す。
【図３】本発明の第二実施形態の蒸気タービンの要部を示す図であって、図１のＡ部に相当する位置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の第一実施形態の蒸気タービン（軸流回転機械）１００について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１００は、回転軸（構造体）１と、ケーシング（構造体）２と、複数の動翼（ブレード）４を備える動翼段３と、複数の静翼（ブレード）７を備える静翼段６と、を備えている。
【００２７】
回転軸１は、中心軸Ａｃに沿って延びる円柱状をなしている。回転軸１は、中心軸Ａｃに沿った中心軸方向Ｄａの両端部が、軸受装置５によって中心軸Ａｃ回りに回転自在に支持されている。軸受装置５は、回転軸１の中心軸方向Ｄａ両側に１つずつ設けられたジャーナル軸受５Ａと、中心軸方向Ｄａの第一側のみに設けられたスラスト軸受５Ｂと、を有している。ジャーナル軸受５Ａは、回転軸１による径方向Ｄｒへの荷重を支持する。スラスト軸受５Ｂは、回転軸１による中心軸方向Ｄａへの荷重を支持する。
【００２８】
ケーシング２は、中心軸方向Ｄａに延びる筒状をなしている。ケーシング２は、回転軸１を外周側から覆っている。ケーシング２は回転軸１に対して相対回転する。
ケーシング２は、吸気口１０と、排気口１１と、を備えている。吸気口１０は、ケーシング２の中心軸方向Ｄａの第一側に形成され、外部からケーシング２内に蒸気（流体）を取り入れる。排気口１１は、ケーシング２の中心軸方向Ｄａの第二側に形成され、ケーシング２内部を通過した蒸気を外部に排気する。
以降の説明では、排気口１１から見て吸気口１０が位置する側を上流側と呼び、吸気口１０から見て排気口１１が位置する側を下流側と呼ぶ。
【００２９】
動翼段３は、回転軸１の外周面１Ｓに、中心軸方向Ｄａの第一側から第二側に向かって間隔をあけて、複数段が設けられている。各動翼段３は、回転軸１の外周面１Ｓ上で、中心軸Ａｃ回りの周方向に間隔をあけて配列された複数の動翼４を有している。
【００３０】
図２に示すように、動翼４は、回転軸１の外周面１Ｓに形成されたプラットフォーム４３と、動翼本体４０と、動翼シュラウド４１と、を有している。
【００３１】
詳しくは図示しないが、動翼本体４０は、プラットフォーム４３から径方向外側に向かって延びるよう形成されている。動翼本体４０は、径方向Ｄｒから見て翼型の断面を有している。
動翼シュラウド４１は、動翼本体４０の径方向外側の端部に設けられている。動翼シュラウド４１は、中心軸方向Ｄａにおける寸法が、同中心軸方向Ｄａにおける動翼本体４０の寸法よりも大きく設定されている。
【００３２】
ケーシング２の内周側であって、動翼シュラウド４１と径方向Ｄｒで対向する領域には、動翼シュラウド４１を収容するための動翼収容凹部２０が形成されている。動翼収容凹部２０は、ケーシング２の内周面２Ｓから径方向Ｄｒ外側に向かって窪み、中心軸Ａｃ回りの周方向に連続する溝状をなしている。
【００３３】
図２に示すように、動翼収容凹部２０は、動翼シュラウド４１とケーシング２との間に形成されたキャビティと呼ばれるものである。このキャビティには、回転軸１の周りを中心軸方向Ｄａに流通する蒸気の主流ＭＦから径方向に分岐して、リーク流れＬＦが流入する。動翼収容凹部２０における下流側を向く面と、動翼シュラウド４１の上流側を向く端面とは径方向に離れて隙間をあけて配置されており、即ち、動翼収容凹部２０の下流側を向く面は、動翼シュラウド４１の上流側を向く端面の上流側に位置し、動翼シュラウド４１に対向するように配置されている。そしてこの隙間がキャビティの入口部となっている。
【００３４】
動翼収容凹部２０の底面２３（径方向Ｄｒの内側を向く面）には、ケーシング２から動翼シュラウド４１に向かって突出するケーシング側フィン（構造体側フィン）４２が、本実施形態では２つ、中心軸方向Ｄａに離れて並んで設けられている。
【００３５】
これらケーシング側フィン４２は、ケーシング２から径方向Ｄｒの内側に向かって延びる薄板状をなしている。ケーシング側フィン４２の先端部と、動翼シュラウド４１との間には、径方向Ｄｒにクリアンランス（微小隙間）が形成されている。
【００３６】
また、各々のケーシング側フィン４２では、先端部（径方向Ｄｒの内側の端部）に向かうに従って、中心線ＣＬ１が上流側に向かって傾斜している。ここで、中心線ＣＬ１とはケーシング側フィン４２における中心軸方向Ｄａの中央部を通過する仮想線である。中心軸方向Ｄａに対する各々のケーシング側フィン４２の中心線ＣＬ１の傾斜角度α１は、本実施形態では同一あるが、互いに異なっていてもよい。この中心線ＣＬ１の傾斜角度は４０度以上８０度以下であるとよく、６０度であるとさらによい。
【００３７】
また、ケーシング側フィン４２の基端部（径方向Ｄｒの外側の端部）では、上流側及び下流側を向く面は中心線ＣＬ１に向かって凹む円弧面４２ａを有している。円弧面４２ａは本実施形態ではＲ面である。また上流側を向く円弧面４２ａ１と下流側を向く円弧面４２ａ２とでは曲率半径が異なっている。上流側を向く円弧面４２ａ１の曲率半径は、ケーシング側フィン４２の中心線ＣＬ１の長さ寸法の１／２倍であるとよい。
【００３８】
さらに、ケーシング側フィン４２における上流側及び下流側を向く面は、Ｒ面である円弧面４２ａに滑らかに連続して、このＲ面との接続部分での接線方向に延びる平面４２ｂをさらに有している。上流側では平面４２ｂ１が、下流側では平面４２ｂ２が設けられている。
そしてケーシング側フィン４２は基端部から先端部にかけて徐々に中心軸方向Ｄｃの肉厚が小さくなる先細り形状をなしている。
【００３９】
また、動翼収容凹部２０には、動翼シュラウド４１からケーシング２に向かって突出するシュラウド側フィン４４が本実施形態では１つ、中心軸方向Ｄａに上流側と下流側とからケーシング側フィン４２に挟まれるようにして設けられている。シュラウド側フィン４４は、動翼シュラウド４１から径方向Ｄｒの外側に向かって延びる薄板状をなしている。シュラウド側フィン４４の先端部と、ケーシング２との間には、径方向Ｄｒにクリアンランス（微小隙間）が形成されている。
【００４０】
また、シュラウド側フィン４４では、先端部（径方向Ｄｒの外側の端部）に向かうに従って、中心線ＣＬ２が上流側に向かって傾斜している。ここで、中心線ＣＬ２とはシュラウド側フィン４４における中心軸方向Ｄａの中央部を通過する仮想線である。中心軸方向Ｄａに対する中心線ＣＬ２の傾斜角度α２は、本実施形態ではケーシング側フィン４２の中心線ＣＬ１の傾斜角度α１と同一あるが、異なっていてもよい。この中心線ＣＬ２の傾斜角度は４０度以上８０度以下であるとよく、６０度であるとさらによい。
【００４１】
また、シュラウド側フィン４４の基端部（径方向Ｄｒの内側の端部）では、上流側及び下流側を向く面は中心線ＣＬ２に向かって凹む円弧面４４ａを有している。円弧面４４ａは本実施形態ではＲ面である。また上流側を向く円弧面４４ａ１と下流側を向く円弧面４４ａ２とでは曲率半径が異なっている。上流側を向く円弧面４４ａ１の曲率半径は、シュラウド側フィン４４の中心線ＣＬ２の長さ寸法の１／２倍であるとよい。
【００４２】
さらに、シュラウド側フィン４４における上流側及び下流側を向く面は、Ｒ面である円弧面４４ａに滑らかに連続して、このＲ面との接続部分での接線方向に延びる平面４４ｂをさらに有している。上流側では平面４４ｂ１が、下流側では平面４４ｂ２が設けられている。
【００４３】
そしてシュラウド側フィン４４は基端部から先端部にかけて徐々に中心軸方向Ｄｃの肉厚が小さくなる先細り形状をなしている。
【００４４】
図１に示すように、静翼段６は、ケーシング２の内周面に、中心軸方向Ｄａに沿って間隔をあけて、複数段が設けられている。各静翼段６は、各動翼段３の上流側に配置されている。各静翼段６は、中心軸Ａｃ回りの周方向に間隔をあけて配列された複数の静翼７を有している。
【００４５】
静翼７は、静翼本体７０と、静翼シュラウド７１と、を備えている。
静翼本体７０は、ケーシング２の内周面２Ｓから径方向Ｄｒの内側に向かって延びるよう設けられている。静翼本体７０は、径方向Ｄｒから見て翼型の断面を有している。
静翼シュラウド７１は、静翼本体７０の径方向Ｄｒの内側の端部に取り付けられている。
【００４６】
回転軸１の径方向Ｄｒ外側を向く外周面１Ｓ上において、各動翼段３の上流側には、回転軸１の外周面１Ｓから径方向Ｄｒ内側に向かって窪み、中心軸Ａｃ回りの周方向に連続する溝状の静翼収容凹部８が形成されている。各静翼７の静翼シュラウド７１は、静翼収容凹部８内に収容されている。
【００４７】
以上説明した本実施形態の蒸気タービン（軸流回転機械）１００によれば、最も上流側に配置されたケーシング側フィン４２の先端部に形成されたクリアランスを通過した蒸気は噴流となって、このクリアランスの下流側に配置されたシュラウド側フィン４４に衝突する。この際、蒸気はシュラウド側フィン４４の上流側の面に沿って、このシュラウド側フィン４４の先端側に向かって案内される。同様に、シュラウド側フィン４４の先端部に形成されたクリアランスを通過した蒸気は噴流となって、このクリアランスの下流側に配置されたケーシング側フィン４２に衝突する。この際、ケーシング側フィン４２の上流側の面に沿ってケーシング側フィン４２の先端側に向かって案内され、クリアランスを通じてリーク流れＬＦがキャビティの出口部から主流ＭＦに合流する。
【００４８】
ここで、シュラウド側フィン４４及びケーシング側フィン４２に衝突した噴流はシュラウド側フィン４４及びケーシング側フィン４２の上流側の面によって上流側に押し戻されるように流れる。そして、シュラウド側フィン４４と上流側のケーシング側フィン４２との間には渦Ｖ１（本実施形態では反時計回りの渦）が形成される。また、シュラウド側フィン４４と下流側のケーシング側フィン４２との間には渦Ｖ２（本実施形態では時計回りの渦）が形成される。
【００４９】
そして渦Ｖ１によって最も上流側のケーシング側フィン４２の先端部のクリアランスを通過しようとする蒸気を径方向Ｄｒの内側に向かって縮流することができる。また渦Ｖ２によってシュラウド側フィン４４の先端部のクリアランスを通過しようとする蒸気を径方向Ｄｒの外側に向かって縮流することができる。これにより、クリアランスを通過する蒸気の流量を低減できる。この結果、キャビティを通過するリーク流れＬＦの流量を低減できる。
【００５０】
そして、本実施形態では、シュラウド側フィン４４とケーシング側フィン４２とを主流ＭＦの流通方向に隣接させることで対向フィン形状を有している。そして各々のフィン４２、４４の中心線ＣＬ１、ＣＬ２が先端部に向かって上流側に傾斜しているので、各々のフィン４２、４４の先端部のクリアンランスを通過しようとする蒸気を上流側へ押し戻すように縮流でき、渦Ｖ１、Ｖ２による縮流効果を高めることができる。即ち、簡易な構造でリーク流れＬＦの流量低減を図り、蒸気タービン１００の高性能化が可能となる。
【００５１】
さらに、シュラウド側フィン４４及びケーシング側フィン４２の基端部では、Ｒ面である円弧面４２ａ１、４２ａ２、４４ａ１、４４ａ２が形成されている。よってクリアランスを通過した蒸気の流れ方向を滑らかに転向させつつ、蒸気を上流側に向って案内することができる。従ってクリアランスを通過した蒸気の速度を急激に減速させることなく、シュラウド側フィン４４及びケーシング側フィン４２によって上流側に向けて蒸気を案内できる。よって渦Ｖ１、Ｖ２の流れの速度を速めることができる。よってクリアランスを通過する蒸気の縮流効果をさらに向上することができる。また円弧面４２ａ１、４２ａ２、４４ａ１、４４ａ２によってフィン４２、４４の基端部の死水域を低減することができるため、蒸気の流れの損失を低減することができる。
【００５２】
また各フィン４２、４４の中心線ＣＬ１、ＣＬ２の傾斜角度が４０度以上８０度以下であることで、好ましくは６０度であることで、クリアランスを通過しようとする蒸気を上流側に押し戻しつつ縮流する効果をさらに向上できる。
【００５３】
さらに、シュラウド側フィン４２及びケーシング側フィン４４では、Ｒ面である円弧面４２ａ、４４ａに連続して、Ｒ面の接線方向に延びる平面４２ｂ、４４ｂが設けられているため、クリアランスを通過しようとする蒸気を上流側に押し戻しつつ縮流する効果をさらに向上できる。
【００５４】
また上流側を向くＲ面である円弧面４２ａ１の曲率半径が、シュラウド側フィン４４、及びケーシング側フィン４２の中心線ＣＬ１、ＣＬ２の長さ寸法の１／２倍であると、クリアランスを通過した蒸気の流れ方向を滑らかに転向させつつ、蒸気を上流側に向って案内することができる。従ってフィン４２、４４同士の間に形成される渦Ｖ１、Ｖ２の速度を速めることができ、クリアランスを通過する蒸気の縮流効果をさらに向上することができる。
【００５５】
また、各フィン４２、４４の中心線ＣＬ１、ＣＬ２の傾斜角度α１、α２が同一であるため、最も下流側に配置されたケーシング側フィン４２についても、中心線ＣＬ１が上流側に向って傾斜している。よって最も下流側のケーシング側フィン４２の上流側の面をシュラウド側フィン４４により近接させることができる。よってシュラウド側フィン４４の先端部のクリアランスを通過した蒸気の噴流を、最も下流側のケーシング側フィン４２の上流側の面に確実に接触させて付着させることができる。この結果、シュラウド側フィン４４の先端部のクリアランスを通過しようとする蒸気を縮流する効果を向上することができる。
【００５６】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態の蒸気タービン（軸流回転機械）２００について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と動翼シュラウド４１Ａ、及び動翼収容凹部２０Ａが異なるのみであるため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
【００５７】
図３に示すように、動翼シュラウド４１Ａの上流側を向く端面は、径方向Ｄｒの外側に向かうに従って下流側に向うように傾斜する上流側傾斜面８０となっている。また、上流側傾斜面８０は、下流側に向って凹状をなす湾曲凹面である。この湾曲凹面の曲率半径は、キャビティの入口部に形成される渦Ｖの形状に沿うように決定するとよい。本実施形態では、蒸気が最も上流側のケーシング側フィン４２の円弧面４２ａ１及び平面４２ｂ１に案内されて、径方向Ｄｒの外側に向かって上流側に流れることで、反時計回りの渦Ｖが形成される。
【００５８】
また動翼シュラウド４１Ａは、下流側を向く端面に、径方向Ｄｒの外側に向かうに従って下流側に向うように傾斜する曲面状の下流側傾斜面８５と、下流側傾斜面８５の径方向Ｄｒの内側に連続して径方向Ｄｒに延びる平面８６とを有している。下流側傾斜面８５は下流側に向って凸状をなす湾曲凸面（Ｒ面）である。
【００５９】
動翼収容凹部２０Ａの下流側を向く面は、径方向Ｄｒの内側に、中心軸Ａｃに直交して径方向Ｄｒに延びる平面９１と平面９１の径方向Ｄｒの外側に連続して径方向Ｄｒの外側に向かうに従って下流側に向うように傾斜する上流側傾斜内壁面９２とを有している。上流側傾斜内壁面９２と平面９１との接続部分には角がなく、上流側傾斜内壁面９２と平面９１とが円弧状に滑らかに接続されている。また動翼収容凹部２０Ａの上記底面２３と上流側傾斜内壁面９２との接続部分にも角がなく、底面２３と上流側傾斜内壁面９２とが円弧状に滑らかに接続されている。
ここで上流側傾斜内壁面９２は、動翼収容凹部２０Ａに別部材を取り付けて形成してもよいし、動翼収容凹部２０Ａの表面を傾斜面状に形成することで設けてもよい。
【００６０】
動翼収容凹部２０Ａにおける上流側を向く面と、動翼シュラウド４１Ａの下流側を向く端面とは径方向Ｄｒに離れて隙間をあけて配置されており、即ち、動翼収容凹部２０Ａの下流側を向く面は、動翼シュラウド４１Ａの下流側を向く端面の下流側に位置し、動翼シュラウド４１Ａに対向するように配置されている。そしてこの隙間がキャビティの出口部となっている。キャビティの出口部では、最も下流側に配置されたケーシング側フィン４２と動翼シュラウド４１Ａとの間に形成されたクリアランスを通過した蒸気であるリーク流れＬＦが、主流ＭＦへ合流する。
【００６１】
そして、動翼収容凹部２０Ａの上流側を向く面は、底面２３に連続して径方向Ｄｒの内側に向かうに従って下流側に向うように傾斜する下流側傾斜内壁面９６と、下流側傾斜内壁面９６の径方向Ｄｒの内側に連続して中心軸Ａｃに直交して径方向Ｄｒに延びる平面９５とを有している。
【００６２】
下流側傾斜内壁面９６と平面９５との接続部分には角がなく、これらの面９５、９６は円弧状に滑らかに接続されている。また動翼収容凹部２０Ａの上記底面２３と下流側傾斜内壁面９６との接続部分にも角がなく、これらの面２３、９６は円弧状に滑らかに接続されている。
ここで、下流側傾斜内壁面９６は、動翼収容凹部２０Ａに別部材を取り付けて形成してもよいし、動翼収容凹部２０Ａの表面を傾斜面状に形成して設けてもよい。
【００６３】
以上説明した本実施形態の蒸気タービン２００によれば、第一実施形態と同様に、各々のフィン４２、４４の先端部のクリアンランスを通過する蒸気を上流側へ押し戻すようにでき、渦Ｖ１、Ｖ２による縮流効果を高めることができる。即ち、簡易な構造でリーク流れＬＦの流量低減を図り、蒸気タービン２００の高性能化が可能となる。
【００６４】
さらに、ケーシング２と動翼シュラウド４１との間のキャビティの入口で、動翼シュラウド４１Ａに上流側傾斜面８０が設けられ、ケーシング２に上流側傾斜内壁面９２が設けられている。このため、蒸気の主流ＭＦから分岐してキャビティに流入しようとするリーク流れＬＦは径方向Ｄｒの外側に向かってに真っ直ぐではなく、これら上流側傾斜面８０及び上流側傾斜内壁面９２に沿って下流側に向って斜めに流れ込む。
【００６５】
従って、主流ＭＦからリーク流れＬＦが分岐する際のリーク流れＬＦが、主流ＭＦと全く異なる方向に主流ＭＦから分岐することがなくなる。さらに上流側傾斜面８０及び上流側傾斜内壁面９２によって、動翼収容凹部２０Ａ内に角部が形成されることを回避できる。このため、死水域の発生を抑えることができる。この結果、蒸気の剥離を抑えて損失を低減することができる。これにより、リーク流れＬＦの主流ＭＦからの分岐による損失を抑制し、蒸気タービン２００の高性能化を達成できる。
【００６６】
また上流側傾斜面８０として湾曲凹面を形成することで、キャビティの入口に形成される渦Ｖの形状に上流側傾斜面８０を沿わせることができる。従って、渦Ｖと上流側傾斜面８０との間の摩擦損失を低減することができ、リーク流れＬＦの分岐による損失を抑制し、蒸気タービン２００の高性能化を達成できる。
【００６７】
さらに、上流側傾斜面８０に沿って流れる蒸気がケーシング側フィン４２に接触し、上流側に向って押戻されるように流れる。その結果、キャビティ内でケーシング側フィン４２の上流側の渦Ｖは、上流側傾斜面８０及び上流側傾斜内壁面９２に沿って、径方向Ｄｒの外側に向かうに従って下流側に向って斜めに延びるように形成される。このため、主流ＭＦから分岐するリーク流れＬＦの流れ方向に沿って渦Ｖが形成されることになる。よってこの渦Ｖの周りに細かな渦が形成されてしまうことを抑制でき、回転軸１に軸振動が生じること等を抑制できる。
【００６８】
また、キャビティの出口で、動翼シュラウド４１Ａに下流側傾斜面８５が設けられ、ケーシング２に下流側傾斜内壁面９６が設けられている。このため、リーク流れＬＦが主流ＭＦに合流しようとする際、径方向に真っ直ぐではなく、リーク流れＬＦは下流側傾斜面８５及び下流側傾斜内壁面８２に沿って下流側に向って径方向Ｄｒの内側に向かって斜めに主流ＭＦに流れ込む。
【００６９】
従って、リーク流れＬＦが主流ＭＦへ合流する際、リーク流れＬＦの流れ方向と主流ＭＦの流れ方向とをできるだけ近づけることができる。さらに下流側傾斜面８５及び下流側傾斜内壁面９６によって動翼収容凹部２０Ａ内に角部が形成されることを回避できるため、死水域の発生を抑えることができる。この結果、蒸気の剥離を抑えて損失を低減することができる。これにより、リーク流れＬＦの主流ＭＦへの合流による損失を抑制できる。この結果、リーク流れＬＦの主流ＭＦへの合流による損失を抑制し、蒸気タービン２００の高性能化が可能となる。
【００７０】
さらに本実施形態では、キャビティの出口部で最も下流側に配置されたケーシング側フィン４２の下流側に渦Ｖ３が形成される。渦Ｖ３は、最も下流側に配置されたケーシング側フィン４２と動翼シュラウド４１Ａとの間のクリアランスを通過して噴流となったリーク流れＬＦによって形成される。この渦Ｖ３は、下流側傾斜面８５及び下流側傾斜内壁面９６に沿って、径方向Ｄｒの内側に向かうに従って下流側に向って斜めに延びるように形成される。
【００７１】
また、湾曲凸面である下流側傾斜面８５によって、動翼シュラウド４１Ａの表面に沿って流れるリーク流れＬＦが、キャビティの出口部で径方向に真っすぐに主流ＭＦに向かって流れることなく、ある程度の距離を下流側傾斜面８５から剥離することなく、径方向Ｄｒに対して斜めに向かって流れて、リーク流れＬＦを主流ＭＦに合流させることができる。
【００７２】
従って、湾曲凸面の形状を適宜設計することで、後段側に位置する静翼７に直接リーク流れＬＦを流入させてしまうことを回避しつつ、主流ＭＦの流れ方向に沿うようにリーク流れＬＦを主流ＭＦに合流させることができる。よって主流ＭＦへのリーク流れＬＦの混合損失を低減することが可能となる。
【００７３】
ここで、本実施形態の上流側傾斜面８０は、湾曲凹面でなくともよく、平面状の傾斜面であってもよい。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００７５】
例えば動翼シュラウドの形状は上記の実施形態の場合に限定されない。
【００７６】
また、上記の実施形態では、動翼収容凹部２０（２０Ａ）内でのフィン４２、４４の形状について説明したが、これらフィン４２、４４の形状を静翼収容凹部８内のフィンに適用してもよい。また各フィン４２、４４の数量は上述の場合に限定されない。
【００７７】
また、上記各実施形態では、軸流回転機械として蒸気タービンを適用した例に基づいて説明した。しかしながら、軸流回転機械の態様は蒸気タービンに限定されず、ガスタービンや航空機用のジェットエンジン等、他の装置を軸流回転機械として適用することが可能である。
【００７８】
また、各実施形態の構成は適宜組み合わせてよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…回転軸（構造体）
１Ｓ…外周面
２…ケーシング（構造体）
２Ｓ…内周面
３…動翼段
４…動翼（ブレード）
５…軸受装置
５Ａ…ジャーナル軸受
５Ｂ…スラスト軸受
６…静翼段
７…静翼（ブレード）
８…静翼収容凹部
２０、２０Ａ…動翼収容凹部
２３…底面
４０…動翼本体
４１、４１Ａ…動翼シュラウド
４２…ケーシング側フィン
４２ａ…円弧面
４２ａ１…円弧面
４２ａ２…円弧面
４２ｂ…平面
４２ｂ１…平面
４２ｂ２…平面
４３…プラットフォーム
４４…シュラウド側フィン
４４ａ…円弧面
４４ａ１…円弧面
４４ａ２…円弧面
４４ｂ…平面
４４ｂ１…平面
４４ｂ２…平面
７０…静翼本体
７１…静翼シュラウド
８０…上流側傾斜面
８５…下流側傾斜面
８６…平面
９１…平面
９２…上流側傾斜内壁面
９５…平面
９６…下流側傾斜内壁面
１００、２００…蒸気タービン（軸流回転機械）
Ａｃ…中心軸
Ｄａ…中心軸方向
Ｄｒ…径方向
ＭＦ…主流
ＬＦ…リーク流れ
ＣＬ１、ＣＬ２…中心線
Ｖ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…渦
【図１】
2018135847.tif 000003
【図２】
2018135847.tif 000004
【図３】
2018135847.tif 000005