(57)【要約】【課題】軸流タービンにおいて、動翼周速が大きい場合でも、動翼の相対流入速度を抑制し、動翼流入部で生じる衝撃波の発生を抑制して、大きな出力を得る、すなわちタービン効率を向上させることができる。【解決手段】外周側ダイアフラム５に固定された静翼３と、タービンロータ１に固定された動翼２とからなり、作動流体流路４中に設けられるタービン段落を有する軸流タービンであって、作動流体流路４と連通し、タービン半径方向に対しタービンロータ回転方向に傾斜する通気孔１２を、静翼と動翼との間に、かつタービン周方向に離間して複数有する外周側ダイアフラム５と、外周側ダイアフラム５の外周側に環状に形成され、通気孔１２、及び動翼の作動流体流れ方向下流側の作動流体流路４と連通するバイパス流路１５とを有することを特徴とする軸流タービン。【選択図】  図１
2011069308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側ダイアフラムに固定された静翼と、タービンロータに固定された動翼とで構成され、作動流体流路中に設けられるタービン段落を備える軸流タービンであって、
前記静翼から吐出した作動流体の一部を、前記外周側ダイアフラムの外周側に、かつタービン半径方向に対し前記タービンロータ回転方向に傾斜する方向に誘引し、前記動翼の作動流体流れ方向下流側に流下させる作動流体誘引手段を備えることを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
請求項１記載の軸流タービンであって、
前記作動流体誘引手段は、
前記作動流体流路と連通し、タービン半径方向に対し前記タービンロータ回転方向に傾
斜する通気孔を、前記静翼と前記動翼との間に、かつタービン周方向に離間して複数有す
る前記外周側ダイアフラムと、
前記外周側ダイアフラムの外周側に環状に形成され、前記通気孔と接続し、前記動翼の作動流体流れ方向下流側の前記作動流体流路と連通するバイパス流路とで構成されることを特徴とする軸流タービン。
【請求項３】
外周側ダイアフラムに固定された静翼と、タービンロータに固定された動翼とで構成され、作動流体流路中に設けられるタービン段落を備える軸流タービンであって、
前記作動流体流路と連通し、タービン半径方向に対し前記タービンロータ回転方向に傾
斜する通気孔を、前記静翼と前記動翼との間に、かつタービン周方向に離間して複数有す
る前記外周側ダイアフラムと、
前記外周側ダイアフラムの外周に環状に形成され、前記通気孔と接続し、前記動翼の作動流体流れ方向下流側の前記作動流体流路と連通するバイパス流路とを備えることを特徴とする軸流タービン。
【請求項４】
請求項２又は３記載の軸流タービンであって、
前記作動流体流路を流下する作動流体は蒸気であり、
前記通気孔は、前記静翼の後縁部下流から、前記静翼の作動流体出口方向に沿って、前記動翼入口に向かって延伸していることを特徴とする軸流タービン。
【請求項５】
請求項２又は３記載の軸流タービンであって、
前記通気孔は、タービン軸方向に離間して複数設けられた円筒状の孔で構成されていることを特徴とする軸流タービン。
【請求項６】
請求項２又は３記載の軸流タービンであって、
前記バイパス流路は、前記バイパス流路の外周側に設けられた排気流路と連通していることを特徴とする軸流タービン。
【請求項７】
請求項２又は３記載の軸流タービンであって、
前記タービン段落は、中間段落であり、
前記バイパス流路は、前記外周側ダイアフラムと前記外周側ダイアフラムを固定するタービンケーシングとの間に形成された環状の抽気室であることを特徴とする軸流タービン。
【請求項８】
請求項２又は３記載の軸流タービンであって、
前記タービン段落は、最終段落であり、
前記バイパス流路は、外周側ダイアフラムと、排気室を構成する外周側流路壁との間に形成されており、前記排気室入口部の前記作動流体流路と連通していることを特徴とする軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外周側ダイアフラムおよび内周側ダイアフラムに固定された静翼と、タービン中心軸周りに回転するタービンロータに固定された動翼とからなるタービン段落を作動流体流路内に複数備え、高圧の作動流体が流路内低圧部に向かって膨張する時に生じる運動エネルギーを、静翼と動翼から構成されるタービン段落により回転力に変える機能を持つ軸流タービンが開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたような多段落を有する軸流タービンでは、段落当たりの出力を増加させるために、単位時間当たりに流れる作動流体の質量である流量を増加させたい要求がある。流量を増加させ、段落当たりの出力を増加させることによって、段落数を変えずに発電量を増加させることが可能となる。
【０００４】
ここで、流量を増加させるためには、作動流体が流れる部分のタービン回転軸方向からみた面積である環帯面積を大きくすることが有効である。軸流タービンの場合には、環帯面積は、翼長と、翼の外周端直径と内周端直径とを足して２で割った平均直径との積に円周率をかけたものとなるため、環帯面積の増加のために、翼長と平均直径を大きくすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７９０１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、翼長や平均直径を大きくすると、動翼の回転速度である周速も大きくなる。動翼の周速は半径位置が一番大きい外周端、すなわち動翼先端部で最も大きくなる。動翼周速がある限界速度、例えばその場所での音速の２倍近く、もしくは２倍を超えるようになると、動翼に流入してくる作動流体の流れの動翼に対する相対速度（以下、動翼相対流入速度と記載する）が超音速となる。動翼相対流入速度が超音速となると、動翼上流側で不連続な圧力上昇を伴う衝撃波が発生する。衝撃波が発生すると、衝撃波そのものによるエントロピー上昇に加え、衝撃波が翼面の境界層と干渉して、その不連続な圧力上昇により境界層厚さが増加し、さらにははく離を生じさせることなどによるエントロピー上昇が生じる。この衝撃波によるエントロピー上昇により、タービン段落の環帯面積を増加させ、作動流体の流量を増加させたにも関わらず、増加流量分に相当する回転力すなわち出力が増えないことがある。そのため、限界周速を越えて環帯面積を大きくすることにより、段落当たりの出力増加を実現するためには、動翼流入部で生じる衝撃波を無くす、もしくは弱くすることが重要であり、そのためには、動翼相対流入速度を小さくする必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、衝撃波の発生を抑制し、タービン段落効率を向上させることができる軸流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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、外周側ダイアフラムに固定された静翼と、タービンロータに固定された動翼とで構成され、作動流体流路中に設けられるタービン段落を備える軸流タービンにおいて、静翼から吐出した作動流体の一部を、外周側ダイアフラムの外周側に、かつタービン半径方向に対し前記タービンロータ回転方向に傾斜する方向に誘引して、動翼の作動流体流れ方向下流側に流下させる作動流体誘引手段を設ける。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸流タービンにおいて、衝撃波の発生を抑制し、タービン段落効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンのタービン段落部の要部構造を表す断面図である。
【図２】図１に図示したＡ−Ａ断面をタービン軸方向上流側からみた断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンの外周側ダイアフラムの流路側壁面をタービン半径方向から見た説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンにおける作動流体の流れを模式的に表す説明図である。
【図５】動翼の周速が大きい場合の、静翼流出速度，動翼周速，動翼の相対流入速度の関係を模式的に表す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンの、動翼相対流入速度の増加を抑制する効果を模式的に表す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わる軸流タービンのタービン段落部の要部構造を表す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わる軸流タービン中間段落の要部構造を表す断面図である。
【図９】図８に図示したＢ−Ｂ断面をタービン軸方向上流側からみた断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る蒸気タービンの外周側ダイアフラムの流路側面をタービン半径方向から見た説明図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る軸流タービンの外周側ダイアフラムの流路側面をタービン半径方向から見た説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付してある。
【実施例１】
【００１２】
本発明の第１の実施の形態として、本発明を軸流タービンの最終段落に適用した例を以下説明する。
【００１３】
始めに図１乃至図３を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンの基本構造について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンのタービン段落部の要部構造を表す子午面断面図である。図２は、図１に示したＡ−Ａ断面をタービン軸方向上流側からみた断面図である。図３は、図１の外周側ダイアフラム５の流路側壁面５ａをタービン半径方向から見た図である。
【００１４】
図１に示すように、軸流タービンのタービン段落は、作動流体１９が流れる作動流体流路４中の作動流体流れ方向上流側（以下単に上流側と記載する）の高圧部Ｐ０と作動流体流れ方向下流側（以下単に下流側と記載する）の低圧部Ｐ１との間に設けられている。図示しないタービンケーシングのタービン半径方向内周側（以下、単に内周側と記載する）に固定部材１４を介して外周側ダイアフラム５が設けられており、その内周側に内周側ダイアフラム６が設けられている。また内周側ダイアフラム６の内周側には、タービン中心軸１８周りに回転するタービンロータ１が設けられている。タービン段落は、外周側ダイアフラム５と内周側ダイアフラム６との間にタービン周方向に複数枚固定された静翼３と、タービンロータ１に、静翼３の下流側に対向するように周方向に複数枚設けられた動翼２とからなる。多段落型の軸流タービンの場合には、このタービン段落がタービン軸方向に複数回繰り返して設けられている。なお、高圧部Ｐ０の作動流体入口に最も近い段落を初段落といい、低圧部Ｐ１の作動流体出口に最も近い段落を最終段落という。
【００１５】
動翼２の外周側の先端には、シュラウド１０が設けられている。シュラウド１０と対向する外周側ダイアフラム５の内周面には、動翼部を通らずに漏れる作動流体を低減するためのシール構造１１が設けられている。また、図１に示すように、軸流タービン最終段落の出口側には、外周側流路壁７と内周側流路壁８により形成される、円環状のディフューザ流路を構成する排気室９が設けられている。
【００１６】
外周側ダイアフラム５の静翼３出口と動翼２入口との間には、外周側ダイアフラム５の外周側壁面５ｂから内周側壁面（流路側壁面５ａ）へ貫通し、作動流体流路４と連通する通気孔１２が設けられている。さらに外周側ダイアフラム５の外周側には、通気孔１２と、動翼２の下流側の、最終段落出口付近の作動流体流路４とに連通するバイパス流路１５が設けられている。このバイパス流路１５は、環状流路１６とスリット１７とで構成される。
【００１７】
環状流路１６は、内周側壁面を外周側ダイアフラム５の外周側壁面５ｂで構成され、外周側壁面を外周側流路壁７で構成されている。図２に示すように、環状流路１６は、外周側ダイアフラム５と外周側流路壁７との間にタービン周方向に延伸して形成される円環状の流路である。
【００１８】
スリット１７は、外周側ダイアフラム５と外周側流路壁７との間にタービン周方向（以下、単に周方向と記載する）に延伸して設けられており、図１に示すように、動翼２下流側の排気室９入口部付近に開口する流路である。
【００１９】
本実施の形態では、通気孔１２，環状流路１６、及びスリット１７が連通しており、静翼３から吐出した作動流体１９の一部を動翼２をバイパスして、動翼下流側の作動流体流路４に導く流路を構成している。
【００２０】
図２及び図３を用いて、通気孔１２の構造について詳細に説明する。図２に示すように、通気孔１２は、外周側ダイアフラム５の内周側から外周側に向かって、タービン半径方向に対してタービンロータ１の回転方向２０（以下、単に回転方向と記載する）の方向に傾斜して形成されている。この傾斜角度は、もっとも極端な例としては、図２に示すように回転方向の接線方向とする。なお、図２では代表として通気孔１２を３箇所図示しているが、実際には、通気孔１２は、一定の間隔で離間して、周方向全周に亘って複数設けられている。
【００２１】
図３に、図１の外周側ダイアフラム５の流路側壁面５ａをタービン半径方向から見た図を示す。なお、矢印２０はタービンロータ１の回転方向を表す。図３に示すように通気孔１２は、周方向に離間して複数設けられる。また、通気孔１２は、静翼の出口方向２１に沿って、タービン軸方向２２に対して回転方向２０に傾斜しつつ、静翼３の後縁位置から下流側に向かって延伸して設けられる。通気孔１２の幅は、静翼の後縁厚みに翼の背側と腹側に付着する作動流体の液膜厚さを足した長さの数倍とする。また、作動流体２３の通気流量を調整するための通気孔１２の流路面積調整は、タービン軸方向長さの調整で行う。なお、本実施例において通気孔１２の周方向配置位置は、静翼後縁部に限定する必要はない。
【００２２】
通気孔１２は、外周側ダイアフラム５自体を穿通することによって形成しても良いが、外周側ダイアフラムに形成した周方向に延伸するリング状のスリットに、外周側ダイアフラム５の内周側から外周側に向かってロータ回転方向に傾いた仕切り板を挿入することによって形成しても良い。
【００２３】
次に、図２，図４乃至図６を用いて本実施の形態の作用，効果について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンにおける作動流体の流れを模式的に表す図である。図５は、動翼の周速が大きい場合の、静翼流出速度Ｖ，動翼周速Ｕ、および動翼相対流入速度Ｗの関係を模式的に表す図である。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る軸流タービンの、動翼相対流入速度Ｗの増加を抑制する効果を模式的に表す図である。
【００２４】
図４に示したように、環状流路１６は排気室９と圧力損失が小さい広いスリット１７を介して連通しているため、環状流路１６内の圧力Ｐ１６は排気室９の圧力Ｐ１と等しいと考えることができる。したがって、図２に示すように静・動翼間の外周側１３の圧力Ｐ１３に対し、環状流路１６内の圧力Ｐ１６は小さいため、圧力差Ｐ１３−Ｐ１６に誘起されて、図２及び図４に示すように、通気孔１２には、外周側ダイアフラムの内周側から外周側に向かう作動流体の吸い込み流２４が誘起される。また図４に示すように、通気孔１２を介して作動流体流路４から環状流路１６に誘引された作動流体の流れ２５は、スリット１７を通って、小さな流速で排気室９へ流れる。
【００２５】
図２に示すように、作動流体流路４内の静・動翼間外周側の静圧Ｐ１３と、排気室９と連通している環状流路１６の圧力Ｐ１６との圧力差Ｐ１３−Ｐ１６によって、静翼外周部１３から吐出した作動流体が通気孔１２を介して環状流路１６に誘引される際、吸い込み流２４が誘起されるが、通気孔１２がタービンロータ１の回転方向に傾斜しているため、静・動翼間の外周側１３に回転方向２０と同じ方向の旋回速度を誘起される。
【００２６】
図５は、静・動翼間の一般的な速度三角形の模式図である。高圧Ｐ０の作動流体２６は、周方向に隣接する静翼３ａ，３ｂ間を通過することによって加速し、転向され速度Ｖ（静翼流出速度Ｖ）の流れとなる。この静翼流出速度Ｖの流れを動翼２と一緒に回転する相対座標系で見ると、動翼２は回転方向２０に周速Ｕで回転しているため、図５に示すようにベクトルＶとベクトルＵの合成により、動翼相対流入速度は速度Ｗの流れとなる。このベクトルＶ，ベクトルＵとベクトルＷから構成される三角形を速度三角形と呼ぶ。図５に示した速度三角形から明らかなように、動翼周速Ｕが大きくなると動翼に流入する相対流速Ｗは大きくなる。動翼相対流入速度Ｗを小さくするためには、静翼流出速度Ｖを大きくする必要がある。しかし、段落入口の作動流体の状態量が固定されているとき、静翼流出速度Ｖを大きくするには、静・動翼間での静圧Ｐ１３を小さくして、圧力比Ｐ１３／Ｐ０を小さくする必要があるが、静圧Ｐ１３は静翼出口の旋回速度場によって外周側ほど大きくなり、翼長が長くなるほど、旋回速度場の影響が強くなり、Ｐ１３を小さくすることは難しくなる。すなわち静翼流出速度Ｖを大きくすることは難しくなる。
【００２７】
一方、本実施の形態では、図６に示すように、動翼の回転方向２０は、静翼の流出速度Ｖの回転方向２０の接線方向成分ＶＴ１と同じ向きであるため、静翼の流出速度Ｖ１を大きくする効果をもつ。即ち、通気孔１２を介してバイパス流路１５へ、回転方向２０の吸い込み流２４を誘起させることで、静翼流出速度Ｖ１の回転方向成分であるＶＴ１はＶＴ２に加速される。ＶＴ１からＶＴ２へ加速されることにより、静翼流出速度Ｖ自体が大きくなる効果が得られるので、周速Ｕが同じにもかかわらず、動翼に流入する相対速度Ｗ１をＷ２に減速させることができる。このため、吸い込み流２４が無く動翼相対流入速度Ｗ１が超音速となる場合に、本実施の形態の構成を適用すれば、吸い込み流２４により、動翼相対流入速度Ｗ２を音速以下とすることができ、動翼入口の衝撃波の発生を抑制して、それに伴う損失の増加を回避し、出力を増大させ、タービン段落効率を向上させることができる。また、本実施の形態は、タービン段落の長翼化を図り、限界周速を越えて環帯面積が増加した場合に特に有効であり、出力増加を実現でき、タービン段落の効率を向上できる。
【００２８】
なお、図３に示すように、通気孔１２にタービン軸方向に幅を持たせることで、静翼を出た流れは、吸い込み流２４により動翼入口に向かって徐々にロータ回転方向２０に加速され、流れ２３のような流れ方向になり、動翼相対流入速度を減少させることが可能となる。
【００２９】
本実施の形態は、排気室を下流段の入口部と読み替えれば、最終段落に限らず、中間段落においても適用できる。例として中間段落の抽気段落に本発明を適用した例を後述する実施例３に示す。
【００３０】
また、本実施の形態の効果は、蒸気，空気などの作動流体によらず有効である。
【実施例２】
【００３１】
次に図７を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３２】
本実施の形態の基本構成は、第１の実施の形態と同一であり、以下第１の実施の形態と異なる構成要素について図７を用いて説明する。
【００３３】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係わる軸流タービン最終段落の要部構造を表す断面図であり、図１と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施の形態では、環状流路１６を構成する外周側流路壁７に、環状流路１６と外周側流路壁７の外周側に形成された排気室（図示せず）とを連通する排気流路２７が設けられている。外周側流路壁７の外周側に形成された排気室は、外周側流路壁７及び内周側流路壁８が形成する排気室内のディフューザ流路を通過し、静圧回復した作動流体が流れる流路であり、静翼出口よりも圧力が低い。よって、通気孔１２を通して環状流路１６に吸い込まれた作動流体２４は、スリットもしくは穴状の排気流路２７を通過し、段落の外周側の空間に誘引され、排出される。よって、本実施の形態の構成によれば、第１の実施の形態に係る段落下流側に排出する構造と比べ、外周側流路壁７に穴２７を設ける必要はあるものの、環状流路１６から排出される作動流体流れと、動翼２を出てくる作動流体流れとの干渉を抑制することができ、エネルギー損失を生じさせる可能性を低下させることができる。
【００３４】
従って、本実施の形態の構成を適用することにより、第１の実施の形態と同様に、動翼相対流入速度を抑制することができ、動翼入口の衝撃波の発生を抑制し、それに伴う損失の増加を回避し、出力を増大させ、タービン段落効率を向上させることができる。また、本実施の形態を適用することにより、第１の実施の形態と比較してバイパス流路１５から排出される作動流体流れと、動翼２を出てくる作動流体流れとの干渉を抑制することができ、エネルギー損失が生じる可能性を低下させることができる。
【００３５】
また、本実施の形態の効果は、蒸気，空気などの作動流体によらず有効である。
【実施例３】
【００３６】
次に図８及び図９を用いて本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明を軸流タービンの中間段落に適用した例であり、特に抽気段落に適用した例である。図８は、本発明の第３の実施の形態に係る軸流タービン中間段落部の要部構造を表す子午面断面図である。図９は、図８に示したＢ−Ｂ断面をタービン軸方向上流側からみた断面図である。
【００３７】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係わる軸流タービン中間段落の要部構造を表す断面図である。本実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付し説明を省略する。図８に示すように、タービンケーシング２９と、タービンケーシング２９にタービン軸方向に複数固定された外周側ダイアフラム５との間に、タービン周方向に円環状に形成された抽気室３０が形成されている。抽気室３０には図示しない抽気配管が周方向に複数接続されており、動翼２の外周端付近を通過した作動流体主流１９の一部は、外周側ダイアフラム間に形成された周方向に延伸するスリット３１を介して抽気室３０に導かれ、抽気配管を介してタービンケーシング外へ抽気される。
【００３８】
本実施の形態では、抽気室３０より上流側の、抽気室３０を構成する外周側ダイアフラム５の静翼３出口と動翼２入口との間に、作動流体流路４と抽気室３０とに連通する通気孔１２が設けられており、動翼２の下流側の作動流体流路４と連通する排気室３０によって、バイパス流路１５が構成される。
【００３９】
図９に示すように、本実施の形態では、通気孔１２は、抽気室３０と連通しており、第１の実施の形態と同様に、外周側ダイアフラム５の内周側から外周側に向かって、タービン半径方向に対してタービンロータ１の回転方向２０に傾斜して形成されている。なお、本実施の形態においても、実際には、通気孔１２は、一定の間隔で離間して、周方向全周に亘って複数設けられている。
【００４０】
なお、図８の外周側ダイアフラム５の流路側面５ａをタービン半径方向から見た構成は、基本的に第１の実施の形態と同一であり説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態の作用効果について説明する。抽気室３０は、動翼２下流側の作動流体流路４とスリット３１を介して連通しており、抽気室内圧Ｐ３０は、動翼２下流側の作動流体流路４と等しいと考えることができる。そのため、作動流体流路４内の静・動翼間外周側の静圧Ｐ１３と抽気室内圧Ｐ３０の圧力差によって、外周側ダイアフラム５の内周側から外周側に向かう作動流体の吸い込み流３２が誘起される。図８に示すように、通気孔１２を通過した作動流体流れ３２は、抽気室に抽気された抽気流３３と共にタービンケーシング外へ抽気される。
【００４２】
よって、本実施の形態の構成によれば、第１の実施の形態と同様に、中間段落においても、動翼相対流入速度を抑制することができ、動翼入口の衝撃波の発生を抑制し、それに伴う損失の増加を回避し、出力を増大させ、タービン段落効率を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施の形態の効果は、蒸気，空気などの作動流体によらず有効である。
【実施例４】
【００４４】
次に本発明の第４の実施形態として、本発明を蒸気タービンの低圧タービン最終段落に適用した例について図面を用いて説明する。
【００４５】
本実施の形態の基本構造は前述した第１の実施の形態と同一であり、同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる構成について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係る軸流タービンの外周側ダイアフラムの流路側面をタービン半径方向から見た図である。
【００４６】
本実施の形態が、前述した第１の実施の形態と異なる点は、まず、作動流体３６が蒸気であることである。出口側に気相の蒸気を液相の水に変換することにより低圧部を生じさせる蒸気タービンにおいては、最終段落等の出口に近いタービン段落の蒸気は、湿り蒸気とよばれる気液二相流状態となっている。液相の大部分は小さな水滴として、気相である蒸気とほぼ同じ速度で流れていて回転力を生み出すことに寄与しているが、液相の一部は、翼面や側壁面上で液膜となり、その液膜が再び蒸気中に大きな液滴として放出される。この再放出された粗大液滴は、回転する動翼に当たってエロ−ジョンを発生させる可能性がある。このエロージョンは周速が大きいほど大きくなるために、環帯面積を大きくした場合、動翼周速が大きくなるため、より深刻な問題となる可能性がある。また、エロ−ジョンは、動翼の形状を変えることで性能を低下させるだけでなく、回転体の振動によりその損傷が進展し破断に至る起点となる可能性もある。また、壁面から再放出された粗大液滴が動翼に当たることは、動翼の回転に対してはブレーキとして作用することを意味するため、得られる回転力が小さくなる。また、壁面から再放出された粗大水滴は、主流の蒸気に対して速度が遅いため、主流蒸気と一緒に流れると、主流の運動エネルギーを奪うため、このことによっても得られる回転力は小さくなる。すなわち、粗大水滴は、信頼性とタービン効率の両方を低下させる原因となる。
【００４７】
しかし、本実施の形態では、図１０に示すように、通気孔１２は、静翼の出口方向３４に沿って、タービン軸方向に対して傾斜しつつ、静翼３の後縁位置から下流側に向かって設けられているため、静翼外周側ダイアフラム５の流路側面５ａ上を流れてくる液膜を、蒸気の吸い込む流３５と共に通気孔１２を介して作動流体流路の外部に吸い出すことができる。液膜や粗大水滴は、静翼出口部で周方向に均一に分布するのではなく、静翼翼面に付着しているために、大部分が静翼の後縁部集中しているため、本実施の形態の通気孔１２であれば効率よく粗大水滴を除去でき、動翼２に衝突する粗大水滴を低減することができる。よって、粗大水滴に起因する信頼性とタービン効率の低下を抑制できる。
【００４８】
本実施の形態では、第１の実施形態と基本構造は同一であり、吸い込み流により、動翼相対流入速度を抑制することができ、動翼入口の衝撃波の発生を抑制し、それに伴う損失の増加を回避し、出力を増大させ、タービン段落効率を向上させることができる。また、本実施の形態では、作動流体である蒸気が保持する粗大水滴に起因する信頼性とタービン効率の低下を抑制できる。
【００４９】
なお、本実施の形態は、排気室を下流段の入口部と読み替えれば、最終段落に限らず、中間段落においても適用できる。
【実施例５】
【００５０】
次に図１１を用いて、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００５１】
本実施の形態の基本構成は、第１の実施の形態と同一であり、以下第１の実施の形態と異なる構成要素について図１１を用いて説明する。
【００５２】
図１１は、図１の外周側ダイアフラム５の流路側面５ａをタービン半径方向から見た図である。図１と同一の構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。本実施の形態では、通気孔１２は、穴状に開口しており、静翼の後縁部から、静翼の作動流体出口方向に沿ってタービン軸方向にも離間して複数設けられている。開口部を穴状とし、円筒状の通気孔とすることで、第１の実施の形態と比較して通気孔１２を容易に製作することができる。
【００５３】
従って、本実施の形態の構成を適用することにより、第１の実施の形態と同様に、動翼相対流入速度を抑制することができ、動翼入口の衝撃波の発生を抑制し、それに伴う損失の増加を回避し、出力を増大させ、タービン段落効率を向上させることができる。また、本実施の形態を適用することにより、第１の実施の形態と比較して通気孔１２を容易に製作することができ、製作コストを低減できる。
【００５４】
なお、本実施の形態の通気孔は、前述した第２乃至４の実施の形態にも適用することができる。
【００５５】
以上、各実施の形態で説明したように、本発明は、静翼外周側ダイアフラムの静・動翼間部に、段落出口と連通する、内周側から外周側に向かってタービン半径方向に対し回転方向に傾いた通気孔を設けることにより、周速が大きい段落においても動翼の超音速流入による衝撃波損失の発生を抑え、タービン段落効率を向上させることができる。
【００５６】
この本発明の動翼相対流入速度を低減し、衝撃波損失を低減する効果は、蒸気，空気などの作動流体によらず有効である。
【符号の説明】
【００５７】
１  タービンロータ
２  動翼
３  静翼
５  外周側ダイアフラム
６  内周側ダイアフラム
７  外周側流路壁
９  排気室
１２  通気孔
１５  バイパス流路
１６  環状流路
１７  スリット
２９  タービンケーシング
３０  抽気室
【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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