(57)【要約】【課題】作動流体の主流と作動流体の漏れ流れとの混合損失を低減し、軸流回転機械の性能向上を図る。【解決手段】蒸気タービンは、回転軸１と、プラットフォーム４３及び動翼本体４０を有する動翼４と、ケーシング２と、静翼本体７０及び静翼シュラウド７１を有する静翼７と、プラットフォーム４３から中心軸方向Ｄａ上流側に向かって突出する突出部４５Ａと、を備える。突出部４５Ａは、径方向内側を向く側に、プラットフォーム４３側の基端部４５ｓから中心軸方向Ｄａ上流側の先端部４５ｔにわたって、径方向内側に漸次湾曲したガイド面４５ｆを有している。【選択図】図２
2018132028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸回りに回転する回転軸と、
前記回転軸の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び、前記プラットフォームから径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体を有する動翼と、
前記回転軸及び前記動翼の径方向外側に配置され、その径方向内側を作動流体が前記中心軸方向に沿って上流側から下流側に向かって流れる筒状のケーシングと、
前記動翼に対して前記中心軸方向上流側に設けられ、前記ケーシングから径方向内側に向かって延びるよう設けられた静翼本体、及び前記静翼本体の径方向内側に設けられた静翼シュラウドを有する静翼と、
前記プラットフォームから前記中心軸方向上流側に向かって突出する突出部と、
を備え、
前記突出部は、径方向内側を向く側に、前記プラットフォーム側の基端部から前記中心軸方向上流側の先端部にわたって、前記プラットフォームから前記中心軸方向上流側に向かって径方向内側に漸次傾斜又は湾曲したガイド面を有している、軸流回転機械。
【請求項２】
前記静翼シュラウドに形成され、前記突出部に対して前記中心軸方向で対向し、前記中心軸方向上流側に向かって窪むシュラウド凹部をさらに備える、請求項１に記載の軸流回転機械。
【請求項３】
前記シュラウド凹部は、前記径方向外側に位置する外側周壁面が、前記中心軸方向上流側から下流側に向かって径方向外側に漸次傾斜又は湾曲している、請求項２に記載の軸流回転機械。
【請求項４】
前記突出部は、径方向外側を向く側に、前記中心軸方向上流側から下流側に向かって径方向外側に漸次傾斜又は湾曲している外周側ガイド面をさらに有している、請求項２又は３に記載の軸流回転機械。
【請求項５】
前記静翼に対し、前記回転軸及び前記動翼が前記中心軸方向に相対的に変位したとき、前記突出部の少なくとも一部は、前記シュラウド凹部内に挿入可能である、請求項２から４の何れか一項に記載の軸流回転機械。
【請求項６】
前記突出部における前記プラットフォームからの前記中心軸方向に沿った突出寸法は、前記シュラウド凹部における前記中心軸方向に沿った窪み寸法以下である、請求項５に記載の軸流回転機械。
【請求項７】
前記突出部よりも径方向内側に形成され、前記静翼シュラウドから前記中心軸方向下流側に突出する内周側突出部、をさらに備える請求項１から６の何れか一項に記載の軸流回転機械。
【請求項８】
前記プラットフォームに形成され、前記内周側突出部に対して前記中心軸方向で対向し、前記中心軸方向下流側に向かって窪むプラットフォーム凹部をさらに備える、請求項７に記載の軸流回転機械。
【請求項９】
回転軸の径方向外側に設けられるプラットフォームと、
前記プラットフォームから径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体と、
前記プラットフォームから前記回転軸の中心軸方向上流側に向かって突出する突出部と、を備え、
前記突出部は、径方向内側を向く側に、前記プラットフォーム側の基端部から前記中心軸方向に沿って離間した先端部にわたって、径方向内側に漸次傾斜又は湾曲したガイド面を有している、動翼部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流回転機械、動翼部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン等の軸流回転機械において、ケーシングと、ケーシングの内部に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配置された静翼と、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、を備えたものが知られている。
例えば蒸気タービンの場合、蒸気の圧力エネルギーを静翼によって速度エネルギーに変換し、この速度エネルギーを動翼によって回転エネルギー（機械エネルギー）に変換している。また、動翼内で圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、蒸気が噴出する反動力により回転エネルギー（機械エネルギー）に変換される場合もある。
【０００３】
この種の回転機械では、静翼の先端部と回転軸との間に、径方向の隙間が形成されている。この隙間を蒸気等の作動流体が通過（漏洩）することがある。静翼の先端部と回転軸との隙間を通過する作動流体は、静翼による圧力エネルギーの速度エネルギーへの変換に寄与せず、下流側の動翼に対して回転力をほとんど付与しない。したがって、回転機械の性能向上のためには、前記の隙間を通過する漏洩蒸気の量を低減することが重要となる。
【０００４】
作動流体の漏洩量を低減するための技術として、例えば、特許文献１には、静翼ハブシュラウドに対して軸線方向で対向する動翼ハブに、上流側に向かって突出する抑制板を備える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４６９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では、抑制板の上流側の先端部と静翼ハブシュラウドとの間に、軸線方向の間隙が形成される。このため、この抑制板の先端部と静翼ハブシュラウドとの間隙を通じて、作動流体の漏れを生じる。加えて、抑制板の先端部と静翼ハブシュラウドとの間隙を通じた作動流体の漏れ流れは、回転軸の回転による遠心力によって回転軸の径方向内側から外側に向かい、軸線方向に流れる作動流体の主流に交差するようにして合流する。このように、作動流体の主流と作動流体の漏れ流れとが交差して衝突・混合する場合、混合損失と呼ばれるエネルギー損失が発生することが知られている。混合損失の増加は、軸流回転機械の効率向上の妨げとなる場合がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作動流体の主流と作動流体の漏れ流れとの混合損失を低減し、軸流回転機械の性能向上を図る軸流回転機械、動翼部材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】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一の態様では、中心軸回りに回転する回転軸と、前記回転軸の径方向外側に設けられたプラットフォーム、及び、前記プラットフォームから径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体を有する動翼と、前記回転軸及び前記動翼の径方向外側に配置され、その径方向内側を作動流体が前記中心軸方向に沿って上流側から下流側に向かって流れる筒状のケーシングと、前記動翼に対して前記中心軸方向上流側に設けられ、前記ケーシングから径方向内側に向かって延びるよう設けられた静翼本体、及び前記静翼本体の径方向内側に設けられた静翼シュラウドを有する静翼と、前記プラットフォームから前記中心軸方向上流側に向かって突出する突出部と、を備える。前記突出部は、径方向内側を向く側に、前記プラットフォーム側の基端部から前記中心軸方向上流側の先端部にわたって、径方向内側に漸次傾斜又は湾曲したガイド面を有している。
【０００９】
このような構成によれば、静翼シュラウドと動翼のプラットフォームとの間隙（キャビティ）を通じ、径方向内側から外側に向かう作動流体の漏れ流れは、突出部の径方向内側に形成されたガイド面に当たる。ガイド面は、プラットフォーム側の基端部から上流側の先端部にわたって径方向内側に傾斜又は湾曲しているので、作動流体の漏れ流れは、このガイド面によって、径方向内側に戻るように渦を生成する。このようにして渦が生成されることで、径方向内側から外側に向かう作動流体の漏れ流れが散逸される。これにより、静翼シュラウドと動翼のプラットフォームの間隙から径方向外側に流れ出る作動流体の漏れ流れの勢いが弱まる。その結果、ケーシングの内側で、中心軸方向に沿って静翼本体と動翼本体とを交互に経る作動流体の主流に、作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失が低減される。
【００１０】
本発明の第二の態様では、上記第一の態様において、前記静翼シュラウドに形成され、前記突出部に対して前記中心軸方向で対向し、前記中心軸方向上流側に向かって窪むシュラウド凹部をさらに備えていてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、静翼シュラウドと動翼のプラットフォームと間隙を径方向内側から外側に向かって流れる作動流体の漏れ流れの一部は、突出部のガイド面に沿って、突出部に対向するシュラウド凹部に流れ込む。作動流体の漏れ流れは、シュラウド凹部に流れ込むことで、その勢いがさらに弱まる。その結果、作動流体の主流に作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失がさらに低減される。
【００１２】
本発明の第三の態様では、上記第二の態様において、前記シュラウド凹部は、前記径方向外側に位置する外側周壁面が、前記中心軸方向上流側から下流側に向かって径方向外側に漸次傾斜又は湾曲していてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、シュラウド凹部に流れ込んだ作動流体の漏れ流れは、シュラウド凹部の外側周壁面に沿って、中心軸方向上流側から下流側に向かって漸次径方向外側に案内される。これによって作動流体の漏れ流れが作動流体の主流に交差する角度が直角よりも小さくなる。その結果、作動流体の主流に作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失がさらに低減される。
【００１４】
本発明の第四の態様では、上記第二又は第三の態様において、前記突出部は、径方向外側を向く側に、前記中心軸方向上流側から下流側に向かって径方向外側に漸次傾斜又は湾曲している外周側ガイド面をさらに有していてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、シュラウド凹部から下流側に流れ出た作動流体の漏れ流れが、突出部の外周側ガイド面に沿うように流れることで、この作動流体の漏れ流れは、中心軸方向上流側から下流側に向かって漸次径方向外側に案内される。これによって作動流体の漏れ流れが作動流体の主流に交差する角度を小さくし、作動流体の主流に作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失がさらに低減される。
【００１６】
本発明の第五の態様によれば、上記第二から第四の態様において、前記静翼に対し、前記回転軸及び前記動翼が前記中心軸方向に相対的に変位したとき、前記突出部の少なくとも一部は、前記シュラウド凹部内に挿入可能であるようにしてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、作動流体の熱によって、回転軸及び動翼が、静翼よりも大きく中心軸方向に熱伸びした場合、突出部の少なくとも一部がシュラウド凹部内に挿入されることによって、突出部と静翼シュラウドとが干渉することを抑制できる。
【００１８】
本発明の第六の態様によれば、上記第五の態様において、前記突出部における前記プラットフォームからの前記中心軸方向に沿った突出寸法は、前記シュラウド凹部における前記中心軸方向に沿った窪み寸法以下であってもよい。
【００１９】
このような構成によれば、突出部の全てがシュラウド凹部内に挿入されても、突出部とシュラウド凹部とが干渉することを抑制できる。
【００２０】
本発明の第七の態様によれば、上記第一から第六の態様において、前記突出部よりも径方向内側に形成され、前記静翼シュラウドから前記中心軸方向下流側に突出する内周側突出部、をさらに備えてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、静翼シュラウドと動翼のプラットフォームと間隙を通じ、径方向内側から外側に向かって流れる作動流体の漏れ流れは、突出部よりも径方向内側の内周側突出部に当たる。これにより、径方向内側から外側に向かう作動流体の漏れ流れが、さらに散逸される。その結果、作動流体の主流に作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失が、さらに低減される。
【００２２】
本発明の第八態様によれば、上記第七の態様において、前記プラットフォームに形成され、前記内周側突出部に対して前記中心軸方向で対向し、前記中心軸方向下流側に向かって窪むプラットフォーム凹部をさらに備えてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、内周側突出部に当たった作動流体の漏れ流れの一部は、内周側突出部に対向するプラットフォーム凹部に流れ込む。作動流体の漏れ流れは、プラットフォーム凹部に流れ込むことで、その勢いがさらに弱まる。その結果、作動流体の主流に作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失がさらに低減される。
【００２４】
本発明の第九態様によれば、回転軸の径方向外側に設けられるプラットフォームと、前記プラットフォームから径方向外側に向かって延びるよう設けられた動翼本体と、前記プラットフォームから前記回転軸の中心軸方向上流側に向かって突出する突出部と、を備える。前記突出部は、径方向内側を向く側に、前記プラットフォーム側の基端部から前記中心軸方向に沿って離間した先端部にわたって、径方向内側に漸次傾斜又は湾曲したガイド面を有している。
【００２５】
このような構成によれば、上記構成の動翼部材を軸流回転機械に組み込むことで、静翼シュラウドと動翼のプラットフォームの間隙から径方向外側に流れ出る作動流体の漏れ流れの勢いを弱めることができる。その結果、ケーシングの内側で、中心軸方向に沿って静翼本体と動翼本体とを交互に経る作動流体の主流に、作動流体の漏れ流れが合流するときの混合損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る軸流回転機械、動翼部材によれば、作動流体の主流と作動流体の漏れ流れとの混合損失を低減し、軸流回転機械の性能向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
【図４】本発明の第二実施形態の変形例に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る軸流回転機械、動翼部材を図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン（軸流回転機械）１００は、回転軸１と、ケーシング２と、複数の動翼４を備える動翼段３と、複数の静翼７を備える静翼段６と、を備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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を外周側から覆う。
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（作動流体）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。
【００３１】
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（動翼部材）４を有している。
【００３２】
図２に示すように、動翼４は、回転軸１の外周面１Ｓに設けら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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
動翼収容凹部２０には、複数（２つ）の動翼側フィン４２が設けられている。これら動翼側フィン４２は、径方向Ｄｒ内側に向かって延びる薄板状をなしている。動翼側フィン４２の先端部と、動翼収容凹部２０との間には、径方向Ｄｒに広がる間隙（クリアランス）が形成される。
【００３６】
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。
【００３７】
図２に示すように、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内側の端部に取り付けられている。
【００３８】
本実施形態では、静翼本体７０と動翼本体４０の径方向Ｄｒ寸法は互いに同一とされている。言い換えると、中心軸方向Ｄａから見た場合、静翼本体７０と動翼本体４０とは互いに重なるように配列されている。
【００３９】
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。この実施形態において、静翼収容凹部８は、中心軸方向Ｄａ下流側の底面８３Ａが、上流側の底面８３Ｂよりも径方向Ｄｒの内側に位置するよう形成されている。
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。
【００４０】
静翼シュラウド７１には、複数（２つ）の静翼側フィン７２が設けられている。これらの静翼側フィン７２は、いずれも静翼シュラウド７１から径方向Ｄｒ内側に向かって延びる薄板状をなしている。静翼シュラウド７１及び静翼側フィン７２は、回転軸１と静翼７との間における蒸気の漏れを低減することを目的として設けられる。２つの静翼側フィン７２のうち、中心軸方向Ｄａ上流側に位置する静翼側フィン７２は底面８３Ｂに対向し、下流側に位置する静翼側フィン７２は底面８３Ａに対向している。これら静翼側フィン７２と底面８３Ａ、８３Ｂは、径方向Ｄｒに所定の間隙を隔てて対向している。
【００４１】
このような蒸気タービン１００は、突出部４５Ａと、シュラウド凹部７５Ａと、をさらに備える。
【００４２】
突出部４５Ａは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａの径方向Ｄｒ中間部に形成されている。上流側端面４３ａは、中心軸方向Ｄａの上流側を向いて中心軸方向Ｄａに直交するよう形成されている。突出部４５Ａは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａから中心軸方向Ｄａ上流側に向かって突出するよう形成されている。
【００４３】
この実施形態において、突出部４５Ａは、径方向Ｄｒ内側を向く側にガイド面４５ｆを有している。ガイド面４５ｆは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａ側の基端部４５ｓから中心軸方向Ｄａ上流側に離間した先端部４５ｔの全域にわたって、一定の曲率で径方向Ｄｒ内側に漸次湾曲して形成されている。また、この実施形態において、突出部４５Ａにおいて径方向Ｄｒ外側を向く外側面４５ｈは、上流側端面４３ａに直交して中心軸方向Ｄａと平行に形成されている。
【００４４】
シュラウド凹部７５Ａは、静翼シュラウド７１の下流側端面７１ａに形成されている。下流側端面７１ａは、中心軸方向Ｄａの下流側を向いて中心軸方向Ｄａに直交し、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａに対し、中心軸方向Ｄａに間隙を隔てて対向するよう形成されている。
【００４５】
シュラウド凹部７５Ａは、突出部４５Ａに対して中心軸方向Ｄａで対向する位置に、下流側端面７１ａから中心軸方向Ｄａ上流側に向かって窪むように形成されている。この実施形態において、シュラウド凹部７５Ａは、径方向Ｄｒ内側の内側周壁面７５ａと径方向Ｄｒ外側の外側周壁面７５ｂとが、それぞれ中心軸方向Ｄａと平行に形成されている。シュラウド凹部７５Ａにおいて、中心軸方向Ｄａ上流側の上流壁面７５ｃは、中心軸方向Ｄａに直交して形成されている。
また、内側周壁面７５ａと静翼シュラウド７１の径方向Ｄｒの内側を向く面との間の径方向Ｄｒの肉厚寸法ｈ１は、外側周壁面７５ｂと静翼シュラウド７１の径方向Ｄｒの外側を向く面との間の径方向Ｄｒの肉厚寸法ｈ２よりも大きくなっている。
【００４６】
このシュラウド凹部７５Ａは、内側周壁面７５ａが突出部４５Ａのガイド面４５ｆよりも径方向Ｄｒ内側に形成されている。シュラウド凹部７５Ａの外側周壁面７５ｂは、突出部４５Ａの外側面４５ｈよりも径方向Ｄｒ外側に形成されている。
【００４７】
ここで、ケーシング２、静翼７、回転軸１、動翼４等は、蒸気タービン１００の作動中に蒸気から伝わる熱によって中心軸方向Ｄａに熱伸びする場合がある。さらに、ケーシング２及び静翼７と、回転軸１及び動翼４との間では、中心軸方向Ｄａの熱伸び量が異なる場合が有る。
シュラウド凹部７５Ａは、回転軸１及び動翼４が、上記熱伸び量の違いによって、静翼７に対して中心軸方向Ｄａに相対的に変位したとき、突出部４５Ａの少なくとも一部が、シュラウド凹部７５Ａ内に挿入可能となっている。
さらに、突出部４５Ａにおけるプラットフォーム４３からの中心軸方向Ｄａに沿った突出寸法Ｌ１は、シュラウド凹部７５Ａにおける中心軸方向Ｄａに沿った窪み寸法Ｌ２以下となっている。これにより、回転軸１及び動翼４が、静翼７に対して中心軸方向Ｄａに相対的に変位したとき、突出部４５Ａの全体が、シュラウド凹部７５Ａ内に挿入可能となっている。
【００４８】
以上のように構成された蒸気タービン１００の動作について図１を参照して説明する。
蒸気タービン１００を運転するに当たっては、まずボイラ等の蒸気供給源（図示省略）から供給された高温高圧の蒸気が、吸気口１０を通じてケーシング２の内部に導入される。
ケーシング２内に導入された蒸気は、動翼４（動翼段３）、及び静翼７（静翼段６）に順次衝突する。これにより、回転軸１は回転エネルギーを得て、中心軸Ａｃ回りに回転する。
回転軸１の回転運動は、軸端に連結された発電機等（図示省略）によって取り出される。
以上のサイクルが連続的に繰り返される。
【００４９】
上流側から流れてきた蒸気は、静翼７と動翼４とを交互に経て、下流側に向かって流れることで、主流ＦＭを形成する。この主流ＦＭは、上記のように静翼７と動翼４とに順次衝突することで整流されるとともに、動翼４に対してエネルギーを与える。
【００５０】
一方で、上流側から流れてきた蒸気のうち、主流ＦＭを除く成分は、上記の静翼収容凹部８内に向かって流れることで、リーク流（漏れ流れ）ＦＬを形成する。このリーク流ＦＬの大部分は、静翼シュラウド７１に設けられた静翼側フィン７２によって阻止される。しかしながら、静翼側フィン７２と静翼収容凹部８の底面８３Ａ，８３Ｂとの間にはクリアランスが形成されていることから、リーク流ＦＬの一部の成分が、クリアランスを通じて下流側の、静翼シュラウド７１の下流側端面７１ａとプラットフォーム４３の上流側端面４３ａとの間の空間Ｖｃに流れ込む。
【００５１】
空間Ｖｃ内に流れ込んだリーク流ＦＬは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａに沿って径方向Ｄｒ外側に流通した後、突出部４５Ａのガイド面４５ｆに衝突する。ガイド面４５ｆに衝突したリーク流ＦＬは、ガイド面４５ｆに沿って向きを変え、中心軸方向Ｄａの下流側から上流側に向かいつつ、漸次径方向Ｄｒ内側に案内される。これにより、リーク流ＦＬは、空間Ｖｃ内で渦Ｔを形成する。
【００５２】
さらに、この渦Ｔの一部の成分は、渦Ｔから逸脱して、中心軸方向Ｄａの上流側に流れ、突出部４５Ａに対向して形成されたシュラウド凹部７５Ａに流れ込む。リーク流ＦＬは、シュラウド凹部７５Ａに流れ込むと、内側周壁面７５ａ側で中心軸方向Ｄａ上流側に向かった後、上流壁面７５ｃ、外側周壁面７５ｂに当たることで径方向Ｄｒ外側から中心軸方向Ｄａ下流側に向きを変え、中心軸方向Ｄａ下流側に流出する。
シュラウド凹部７５Ａから中心軸方向Ｄａ下流側に流出したリーク流ＦＬは、空間Ｖｃから径方向Ｄｒ外側に流れ出て主流ＦＭに合流し、中心軸方向Ｄａ下流側に流れていく。
【００５３】
上述したような蒸気タービン１００及び動翼４によれば、プラットフォーム４３から中心軸方向Ｄａ上流側に向かって突出する突出部４５Ａが、径方向Ｄｒ内側を向く側にガイド面４５ｆを有している。このガイド面４５ｆは、基端部４５ｓから先端部４５ｔにわたって径方向Ｄｒ内側に湾曲している。これにより、静翼シュラウド７１と動翼４のプラットフォーム４３と間隙を通じ、径方向Ｄｒ内側から外側に向かって流れるリーク流ＦＬは、ガイド面４５ｆに当たることによって、渦Ｔを生成する。渦Ｔが生成されることで、径方向Ｄｒ内側から外側に向かうリーク流ＦＬの流れが散逸される。これにより、静翼シュラウド７１と動翼４のプラットフォーム４３の間隙から径方向Ｄｒ外側に流れ出るリーク流ＦＬの勢いが弱まる。その結果、ケーシング２の内側で、中心軸方向Ｄａに沿って静翼本体７０と動翼本体４０とを交互に経る蒸気の主流ＦＭに、リーク流ＦＬが合流するときの混合損失が低減される。
【００５４】
また、静翼シュラウド７１に、突出部４５Ａに対して中心軸方向Ｄａで対向する位置に、シュラウド凹部７５Ａが形成されている。このような構成によれば、リーク流ＦＬの一部は、突出部４５Ａに対向するシュラウド凹部７５Ａに流れ込む。リーク流ＦＬは、シュラウド凹部７５Ａに流れ込むことで、その勢いがさらに弱まる。その結果、蒸気の主流ＦＭにリーク流ＦＬが合流するときの混合損失がさらに低減される。
このようにして、蒸気の主流ＦＭにリーク流ＦＬが合流するときの混合損失がさらに低減されることで、蒸気タービン１００の性能向上を図ることが可能となる。
【００５５】
また、蒸気の熱によって、回転軸１及び動翼４が、静翼７よりも中心軸方向Ｄａに大きく熱伸びした場合、突出部４５Ａの少なくとも一部がシュラウド凹部７５Ａ内に挿入可能となっている。これによって、突出部４５Ａと静翼シュラウド７１とが干渉することを抑制できる。
さらに、突出部４５Ａにおけるプラットフォーム４３からの突出寸法Ｌ１は、シュラウド凹部７５Ａにおける中心軸方向Ｄａに沿った窪み寸法Ｌ２以下であるので、例え、突出部４５Ａの全てがシュラウド凹部７５Ａ内に挿入される程、動翼４と静翼７とが相対変位しても、突出部４５Ａとシュラウド凹部７５Ａとが干渉することを抑制できる。
【００５６】
（第二実施形態）
次に、本発明にかかる軸流回転機械、動翼部材の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と突出部４５Ｂの構成のみが異なるので、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は、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
図３に示すように、この実施形態における蒸気タービン１００は、突出部４５Ｂと、シュラウド凹部７５Ｂと、をさらに備える。
【００５８】
突出部４５Ｂは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａの径方向Ｄｒ中間部に形成されている。突出部４５Ｂは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａから中心軸方向Ｄａ上流側に向かって突出するよう形成されている。
この実施形態において、突出部４５Ｂは、径方向Ｄｒ内側を向く側にガイド面４５ｆを有している。ガイド面４５ｆは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａの基端部４５ｓから中心軸方向Ｄａ上流側の先端部４５ｔに向かって、径方向Ｄｒ内側に一定の曲率で漸次湾曲して形成されている。
【００５９】
また、この実施形態において、突出部４５Ｂは、径方向Ｄｒ外側を向く側に、中心軸方向Ｄａ上流側から下流側に向かって径方向Ｄｒ外側に漸次傾斜又は湾曲している外周側ガイド面４５ｇを有している。
【００６０】
シュラウド凹部７５Ｂは、静翼シュラウド７１の下流側端面７１ａに形成されている。シュラウド凹部７５Ｂは、この下流側端面７１ａにおいて、突出部４５Ｂに対して中心軸方向Ｄａで対向する位置に、中心軸方向Ｄａ上流側に向かって窪むように形成されている。
【００６１】
この実施形態において、シュラウド凹部７５Ｂは、径方向Ｄｒ内側の内側周壁面７５ａは、中心軸Ａｃと平行に形成されている。シュラウド凹部７５Ｂにおいて、中心軸方向Ｄａ上流側の上流壁面７５ｄは、中心軸方向Ｄａに直交して形成されている。シュラウド凹部７５Ｂは、径方向Ｄｒ外側に位置する外側周壁面７５ｆが、中心軸方向Ｄａ上流側から下流側に向かって漸次径方向Ｄｒ外側に湾曲している。この外側周壁面７５ｆは、突出部４５Ｂの外周側ガイド面４５ｇと略同じ曲率半径で形成するのが好ましい。
【００６２】
シュラウド凹部７５Ｂは、回転軸１及び動翼４が、静翼７に対して中心軸方向Ｄａに相対的に変位したとき、突出部４５Ｂの少なくとも一部が、シュラウド凹部７５Ｂ内に挿入可能となっている。さらに、突出部４５Ｂにおけるプラットフォーム４３からの中心軸方向Ｄａに沿った突出寸法Ｌ１は、シュラウド凹部７５Ｂにおける中心軸方向Ｄａに沿った窪み寸法Ｌ２以下となっている。これにより、回転軸１及び動翼４が、静翼７に対して中心軸方向Ｄａに相対的に変位したとき、突出部４５Ｂの全体が、シュラウド凹部７５Ｂ内に挿入可能となっている。
【００６３】
このような構成において、上流側から流れてきた蒸気は、静翼７と動翼４とを交互に経て、下流側に向かって流れることで、主流ＦＭを形成する。
一方で、上流側から流れてきた蒸気のうち、主流ＦＭを除く成分は、上記の静翼収容凹部８内に向かって流れることで、リーク流ＦＬを形成する。リーク流ＦＬの一部の成分が、静翼シュラウド７１の下流側端面７１ａとプラットフォーム４３の上流側端面４３ａとの間の空間Ｖｃに流れ込む。
【００６４】
空間Ｖｃ内に流れ込んだリーク流ＦＬは、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａに沿って径方向Ｄｒ外側に流通した後、突出部４５Ｂのガイド面４５ｆに衝突する。ガイド面４５ｆに衝突したリーク流ＦＬは、ガイド面４５ｆに沿って向きを変え、中心軸方向Ｄａの下流側から上流側に向かいつつ、漸次径方向Ｄｒ内側に案内される。これにより、リーク流ＦＬは、空間Ｖｃ内で渦Ｔを形成する。
【００６５】
さらに、この渦Ｔの一部の成分は、渦Ｔから逸脱して、中心軸方向Ｄａの上流側に流れ、突出部４５Ｂに対向して形成されたシュラウド凹部７５Ｂに流れ込む。リーク流ＦＬは、シュラウド凹部７５Ｂに流れ込むと、内側周壁面７５ａ側で中心軸方向Ｄａ上流側に向かった後、上流壁面７５ｄ、外側周壁面７５ｆに当たることで径方向Ｄｒ外側から中心軸方向Ｄａ下流側に向きを変え、中心軸方向Ｄａ下流側に流出する。
シュラウド凹部７５Ｂから中心軸方向Ｄａ下流側に流出したリーク流ＦＬは、突出部４５Ｂの外周側ガイド面４５ｇに沿って中心軸方向Ｄａ下流側に向かって径方向Ｄｒ外側に案内され、空間Ｖｃから径方向Ｄｒ外側に流れ出て主流ＦＭに合流する。
【００６６】
上述したような蒸気タービン１００及び動翼４によれば、上記第一実施形態と同様、リーク流ＦＬがガイド面４５ｆに当たることによって渦Ｔが生成され、径方向Ｄｒ内側から外側に向かうリーク流ＦＬの流れが散逸される。これにより、静翼シュラウド７１と動翼４のプラットフォーム４３の間隙から径方向Ｄｒ外側に流れ出るリーク流ＦＬの勢いが弱まる。また、リーク流ＦＬは、シュラウド凹部７５Ｂに流れ込むことで、その勢いがさらに弱まる。
このようにして、ケーシング２の内側で中心軸方向Ｄａに沿って静翼本体７０と動翼本体４０とを交互に経る蒸気の主流ＦＭに、リーク流ＦＬが合流するときの混合損失が低減される。その結果、蒸気タービン１００の性能向上を図ることが可能となる。
【００６７】
また、シュラウド凹部７５Ｂの外側周壁面７５ｆと、突出部４５Ｂの外周側ガイド面４５ｇが、それぞれ、中心軸方向Ｄａ上流側から下流側に向かって径方向Ｄｒ外側に湾曲している。これにより、リーク流ＦＬは、シュラウド凹部７５Ｂの外側周壁面７５ｆ、突出部４５Ｂの外周側ガイド面４５ｇに沿って、中心軸方向Ｄａ上流側から下流側に向かって径方向Ｄｒ外側に漸次案内される。これによってリーク流ＦＬが蒸気の主流ＦＭに交差する角度が直角よりも小さくなる。その結果、蒸気の主流ＦＭにリーク流ＦＬが合流するときの混合損失がさらに低減される。
【００６８】
（第二実施形態の変形例）
図４は、本発明の第二実施形態の変形例に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
この図４に示すように、突出部４５Ｂの外周側ガイド面４５ｇ全体がプラットフォーム４３の径方向Ｄｒの外側を向く面４３ｄよりも径方向Ｄｒの内側に位置していてもよい。
【００６９】
（第三実施形態）
次に、本発明にかかる軸流回転機械、動翼部材の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一、第二実施形態と内周側突出部７８、プラットフォーム凹部４８を備える構成のみが異なるので、第一、第二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。
【００７０】
図５は、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大図である。
図５に示すように、この実施形態における蒸気タービン１００は、上記第２実施形態で示した突出部４５Ｂと、プラットフォーム凹部４８とに加えて、内周側突出部７８と、プラットフォーム凹部４８、をさらに備える。
【００７１】
内周側突出部７８は、突出部４５Ｂよりも径方向Ｄｒ内側に形成されている。内周側突出部７８は、静翼シュラウド７１の下流側端面７１ａから中心軸方向Ｄａ下流側に突出している。
この実施形態において、内周側突出部７８は、径方向Ｄｒ内側を向く側にガイド面７８ｆを有している。ガイド面７８ｆは、静翼シュラウド７１の下流側端面７１ａから中心軸方向Ｄａ下流側に向かって径方向Ｄｒ内側に一定の曲率で漸次湾曲して形成されている。また、この実施形態において、内周側突出部７８は、径方向Ｄｒ外側を向く側に、中心軸方向Ｄａ下流側から上流側に向かって径方向Ｄｒ外側に湾曲している外周側ガイド面７８ｇを有している。
【００７２】
また、プラットフォーム凹部４８は、プラットフォーム４３において、内周側突出部７８に対して中心軸方向Ｄａで対向する位置に形成されている。プラットフォーム凹部４８は、プラットフォーム４３の上流側端面４３ａに対し、中心軸方向Ｄａ下流側に向かって窪むように形成されている。
【００７３】
この実施形態において、プラットフォーム凹部４８は、径方向Ｄｒ内側の内周壁面４８ａは、中心軸Ａｃと平行に形成されている。プラットフォーム凹部４８は、径方向Ｄｒ外側に位置する外側周壁面４８ｆが、中心軸方向Ｄａ下流側から上流側に向かって径方向Ｄｒ外側に湾曲している。この外側周壁面４８ｆは内周側突出部７８の外周側ガイド面７８ｇと略同じ曲率半径で形成するのが好ましい。
【００７４】
プラットフォーム凹部４８は、回転軸１及び動翼４が、静翼７に対して中心軸方向Ｄａに相対的に変位したとき、内周側突出部７８の少なくとも一部が、プラットフォーム凹部４８内に挿入可能となっている。さらに、内周側突出部７８は、回転軸１及び動翼４が、静翼７に対して中心軸方向Ｄａに相対的に変位したとき、その全体が、プラットフォーム凹部４８内に挿入可能となっている。
【００７５】
このような構成において、空間Ｖｃ内に流れ込んだリーク流ＦＬは、径方向Ｄｒ外側に流通した後、内周側突出部７８のガイド面７８ｆに衝突して向きを変え、渦Ｔ２を形成する。
【００７６】
さらに、この渦Ｔ２の一部の成分は、渦Ｔ２から逸脱して、中心軸方向Ｄａの下流側で内周側突出部７８に対向するプラットフォーム凹部４８に流れ込む。リーク流ＦＬは、プラットフォーム凹部４８に流れ込むと、内周壁面４８ａ側で中心軸方向Ｄａ下流側に向かった後、外側周壁面４８ｆに当たることで径方向Ｄｒ外側から中心軸方向Ｄａ上流側へと順次向きを変え、中心軸方向Ｄａ上流側に流出する。
プラットフォーム凹部４８から中心軸方向Ｄａ上流側に流出したリーク流ＦＬは、上記第二実施形態と同様、突出部４５Ｂ、シュラウド凹部７５Ｂを順次経て、空間Ｖｃから径方向Ｄｒ外側に流れ出て主流ＦＭに合流する。
【００７７】
上述したような蒸気タービン１００及び動翼４によれば、リーク流ＦＬは、突出部４５Ｂよりも径方向Ｄｒ内側で、内周側突出部７８に当たり、プラットフォーム凹部４８に流れ込む。これにより、径方向Ｄｒ内側から外側に向かうリーク流ＦＬの流れが、さらに散逸される。
このように、空間Ｖｃにおいて、径方向Ｄｒ内側から外側に向かって、内周側突出部７８及びプラットフォーム凹部４８、突出部４５Ｂ及びシュラウド凹部７５Ｂが、複数段に設けられることで、蒸気の主流ＦＭにリーク流ＦＬが合流するときの混合損失が、より一層低減される。その結果、蒸気タービン１００の性能向上を図ることが可能となる。
【００７８】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。即ち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、ガイド面４５ｆ，７８ｆ、外周側ガイド面４５ｇ，７８ｇ、外側周壁面４８ｆ，７５ｆを湾曲面としたが、これらは平面状の傾斜面とすることも可能である。
【００７９】
また、上記各実施形態およびその変形例では、軸流回転機械として蒸気タービン１００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１００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。
【００８０】
また、蒸気タービン１００における動翼段３、及び静翼段６の数や、フィンの数等は上記実施形態によっては限定されず、設計や仕様に応じて適宜決定されてよい。
【００８１】
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】
【００８２】
１  回転軸
１Ｓ  外周面
２  ケーシング
２Ｓ  内周面
３  動翼段
４  動翼（動翼部材）
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
８  静翼収容凹部
１０  吸気口
１１  排気口
２０  動翼収容凹部
４０  動翼本体
４１  動翼シュラウド
４２  動翼側フィン
４３  プラットフォーム
４３ａ  上流側端面
４３ｄ  面
４５Ａ、４５Ｂ  突出部
４５ｆ  ガイド面
４５ｇ  外周側ガイド面
４５ｈ  外側面
４８  プラットフォーム凹部
４８ａ  内周壁面
４８ｆ  外側周壁面
７０  静翼本体
７１  静翼シュラウド
７１ａ  下流側端面
７２  静翼側フィン
７５Ａ、７５Ｂ  シュラウド凹部
７５ａ  内側周壁面
７５ｂ  外側周壁面
７５ｃ、７５ｄ  上流壁面
７５ｆ  外側周壁面
７８  内周側突出部
７８ｆ  ガイド面
７８ｇ  外周側ガイド面
８３Ａ、８３Ｂ  底面
１００  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
ＦＬ  リーク流
ＦＭ  主流
Ｔ、Ｔ２  渦
Ｖｃ  空間
【図１】
2018132028.tif 000003
【図２】
2018132028.tif 000004
【図３】
2018132028.tif 000005
【図４】
2018132028.tif 000006
【図５】
2018132028.tif 000007