(57)【要約】【課題】漏れ蒸気と主流蒸気との合流時において発生する混合損失を低減することができ、効率の高い軸流タービン段落を提供する。【解決手段】軸流タービン段落１１は、庇部１ａを有するとともに外方に位置する静翼外輪１と、内方に位置する静翼内輪２と、静翼外輪１と静翼内輪２とに固設された静翼３と、回転軸４に取り付けられるとともに庇部１ａに覆われた動翼５とを有している。また、動翼先端部５ａにシュラウド６が取り付けられ、複数のフィン７は、静翼外輪１とシュラウド６との間において静翼外輪１の庇部１ａに固設されている。シュラウド６と複数のフィン７との間に漏れ蒸気１４の流路１８が形成され、この漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側の静翼外輪１の庇部１ａに、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９が取り付けられている。【選択図】図１
2011106474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流蒸気の下流側に庇部を有するとともに外方に位置する静翼外輪と、
この静翼外輪の内方に位置する静翼内輪と、
これら静翼外輪と静翼内輪とに固設された静翼と、
回転軸に取り付けられるとともに前記静翼外輪の庇部に覆われ、主流蒸気により回転する動翼と、
この動翼の先端部に取り付けられたシュラウドと、
前記静翼外輪と前記シュラウドとの間において前記静翼外輪の庇部に固設され、それぞれが前記回転軸に向かって設けられた複数のフィンとを備え、
前記シュラウドと複数のフィンとの間で漏れ蒸気の流路を形成するとともに、この漏れ蒸気の流路出口側のシュラウドに、漏れ蒸気を案内して、漏れ蒸気の方向を前記動翼を流出した主流蒸気の方向に一致させる案内板が取り付けられていることを特徴とする軸流タービン段落。
【請求項２】
シュラウドと複数のフィンとの間の漏れ蒸気の流路出口部分において、シュラウド外面が漏れ蒸気の流路出口側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン段落。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軸流タービン段落を複数段落組み合わせて含むことを特徴とする軸流タービン。
【請求項４】
隣接して設置された第１軸流タービン段落と第２軸流タービン段落とを含む軸流タービンにおいて、
第１軸流タービン段落と第２軸流タービン段落とはそれぞれ、
主流蒸気の下流側に庇部を有するとともに外方に位置する静翼外輪と、
この静翼外輪の内方に位置する静翼内輪と、
これら静翼外輪と静翼内輪とに固設された静翼と、
回転軸に取り付けられるとともに前記静翼外輪の庇部に覆われ、主流蒸気により回転する動翼と、
この動翼の先端部に取り付けられたシュラウドと、
前記静翼外輪と前記シュラウドとの間において前記静翼外輪の庇部に固設され、それぞれが前記回転軸に向かって設けられた複数のフィンとを備え、
前記第１軸流タービン段落のシュラウドと第１軸流タービン段落の複数のフィンとの間で漏れ蒸気の流路を形成するとともに、この漏れ蒸気の流路出口側の第１軸流タービン段落のシュラウドに、漏れ蒸気を案内して、漏れ蒸気の方向を前記動翼を流出した主流蒸気の方向に一致させる案内板が取り付けられ、第２軸流タービン段落の静翼外輪の入口側内径ＤＯが第１軸流タービン段落の案内板の出口側内径ＧＩより大きくなっ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、軸流タービン段落および軸流タービンに係り、とりわけ、タービン効率を向上させることができる軸流タービン段落および軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電プラントに用いられる軸流タービンは、環境問題や省エネルギーの観点により、材料資源の低減や製造時におけるエネルギーの省力化等、環境負荷を低減することが求められている。
【０００３】
まず、従来より用いられている一般の軸流タービン、例えば蒸気タービンについて図１６を用いて説明する。
一般に蒸気タービン等の軸流タービンは、図１６に示すように、静翼外輪１および静翼内輪２間に円周方向に列状に配列された複数枚の静翼３と、回転軸４に固設され静翼３に隣接して配置された動翼５とからタービン段落１１を形成している。そして、このタービン段落１１は、静翼外輪１の側面から蒸気流の下流側に突出して設けた庇部１ａと動翼５先端部５ａに設けたシュラウド６との間から蒸気の漏洩を防ぐためにシュラウド６の外周部に複数の突起６ａを、庇部１ａの内周面にフィン７をそれぞれ設け、また、静翼内輪２と回転軸４との間隙を通る漏洩蒸気を減少させるために、静翼内輪２の内周面にラビリンスフィン８をそれぞれ設けている。
【０００４】
図１６において、軸流タービン段落１１のタービン通路部１２における作動流体である蒸気は、図１６の左方向から静翼３間に進入し、その後膨張して増速される。静翼３間において増速された蒸気は、動翼５にて向きを転換し、動翼５を介して回転軸４に回転力を与える。この回転軸４への回転力により、発電機ロータ（図示せず）を回転させて発電を行なう。
【０００５】
次に、図１７を用いてタービン通路部１２等において発生する損失を簡単に説明する。
まず、タービン通路部１２に発生する損失は、大きく分けて、
（１）静翼３または動翼５の翼形状に起因する翼型損失、
（２）静翼３または動翼５の内外端壁部分に発生する二次損失、
（３）各フィン７とシュラウド６との間に形成される間隙から蒸気が漏洩して（以下、この蒸気を漏れ蒸気という）有効な仕事が減ぜられるために生ずるバイパス損失、および
（４）タービン通路部１２を流れる主流蒸気１３と漏れ蒸気１４とが混合することにより発生する混合損失、が存在する。
【０００６】
また、上述したバイパス損失と混合損失とを併せて漏洩損失ともいう。この漏洩損失は、動翼先端部５ａ近傍において発生するチップ漏洩損失と、静翼内輪２に植設されたラビリンスフィン８と回転軸４との間隙８ａから蒸気が漏洩するために発生するラビリンス漏洩損失とに分類される。
【０００７】
このうち、動翼先端部５ａ近傍における漏洩損失を低減させる対策としては、従来、例えば特許文献１に示されるようなタービンのシール構造が知られている。すなわち、この構造は、タービン動翼の外周を囲むケーシングにラビリンスフィンを軸方向に複数列配置し、また、シュラウド外面に凹凸を設けることにより、漏れ蒸気の通路部の抵抗を大きくして漏れ流量を減じ、これによりバイパス損失を低減させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１４８３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１７に示すように、動翼先端部５ａに設けられたシュラウド６と各フィン７との間には、動翼５の回転時においてシュラウド６と各フィン７とが接触しないようにするため、それぞれ一定の幅ＣＬからなるクリアランス部１５が設けられている。したがって、主流蒸気１３のうち一部の蒸気がこの各クリアランス部１５を通過して漏洩する（漏れ蒸気１４）。このような漏れ蒸気１４は、動翼５に対して有効な仕事をしないため損失（バイパス損失）となる。
【００１０】
また、漏れ蒸気１４は、動翼先端部５ａ付近を通過した後、動翼５間を通過した主流蒸気１３と合流して、隣接する軸流タービン段落１１’へ向けて流出する。この漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に混合損失が発生する。このような混合損失が発生するメカニズムは、ASME Journal of Turbomachinery, Vo1.115 1993の”Loss Mechanisms in Turbomachines ”のAPPENDIX5にモデル化して示されている。このような混合損失は、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合時における運動量変化に基づいて生じる。したがって、主流蒸気１３と漏れ蒸気１４との間において流れの向きが大きく相違したり、速度が大きく相違したりすると、混合損失が大きくなる。このように、動翼先端部５ａ付近における漏れ蒸気１４は、蒸気自体が動翼５に流入せず有効な仕事をしないために発生するバイパス損失の発生原因となり、また、漏れ蒸気１４が主流蒸気１３と合流する際に発生する混合損失の発生原因となって軸流タービン１０の性能低下を招いている。
【００１１】
一方、従来は、上述したように漏れ蒸気１４自体の量を小さくすることに主眼がおかれ、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合による混合損失を低減させることに着目した技術は存在しない。
【００１２】
次に、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３の混合部における流れを、図１８および図１９を用いて更に詳細に説明する。ここで、図１８は、従来の軸流タービン段落１１の子午面断面図である。また図１９は、従来の軸流タービン段落１１の軸方向断面図（図１８におけるＺ方向矢視図）である。
【００１３】
図１８に漏れ蒸気１４の流れを示す。漏れ蒸気１４はシュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５で縮流され、下流側の隣接するフィン７方向へ流出する。この流出した漏れ蒸気１４は、２つの互いに隣接するフィン７間の拡大通路部１６で膨張され、下流側のクリアランス部１５へ流入する。次に、下流側のクリアランス部１５へ流入した漏れ蒸気１４は、このクリアランス部１５で縮流され更に下流側へ流出する。このような作用を繰り返し、最後に漏れ蒸気１４は空間部分１７において動翼５間から流出した主流蒸気１３と合流する。
【００１４】
図１９において、実線は漏れ蒸気１４の流れの相対速度ベクトルを示し、破線は動翼５、５間を通過する主流蒸気１３の相対速度ベクトルを示す。漏れ蒸気１４は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５において軸流方向（図１９参照）に向けられる。次に、クリアランス部１５を通過した漏れ蒸気１４は、下流側のフィン７またはシュラウド６の突起６ａの面にぶつかり、これにより、隣接するフィン７、７間に形成された空間で拡散する。この拡散した漏れ蒸気１４は、回転するシュラウド６外面端より剥離されるため、漏れ蒸気１４の相対速度ベクトルはシュラウド６の回転方向（図１９参照）とは逆の向きとなる。
【００１５】
その後、漏れ蒸気１４の流れは、フィン７に近づくに従って軸流方向へ向きが変化する。次に、シュラウド出口６ｂ近傍において、漏れ蒸気１４の流れはクリアランス部１５でジェット流となってシュラウド６外面を流れる。この際、漏れ蒸気１４は、粘性力により相対的に動翼５の向きと同方向へ移動して軸流方向へ流される。その後、漏れ蒸気１４は、シュラウド出口６ｂ端において次段落の静翼３近傍の空間部分１７に放出され、動翼５、５間から流出する主流蒸気１３と混合し、これにより急激に流れ方向が変化する。
【００１６】
一方、動翼５、５間の出口における主流蒸気１３の流れ角と、主流蒸気１３と漏れ蒸気１４との混合後における蒸気１９の流れ角とは相違する。すなわち、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３は混合時の運動量変化により、自身の持つエネルギーが散逸され、これにより損失が発生する。
【００１７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、漏れ蒸気と主流蒸気との合流時において発生する混合損失を低減することができ、これにより、軸流タービン段落の性能低下を防ぎ、効率の高い軸流タービン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】
【００１８】
本発明は、主流蒸気の下流側に庇部を有するとともに外方に位置する静翼外輪と、この静翼外輪の内方に位置する静翼内輪と、これら静翼外輪と静翼内輪とに固設された静翼と、回転軸に取り付けられるとともに前記静翼外輪の庇部に覆われ、主流蒸気により回転する動翼と、この動翼の先端部に取り付けられたシュラウドと、前記静翼外輪と前記シュラウドとの間において前記静翼外輪の庇部に固設され、それぞれが前記回転軸に向かって設けられた複数のフィンとを備え、前記シュラウドと複数のフィンとの間で漏れ蒸気の流路を形成するとともに、この漏れ蒸気の流路出口側の静翼外輪の庇部に、漏れ蒸気を案内して、漏れ蒸気の方向を前記動翼を流出した主流蒸気の方向に一致させる案内板が取り付けられていることを特徴とする軸流タービン段落である。
【００１９】
本発明は、主流蒸気の下流側に庇部を有するとともに外方に位置する静翼外輪と、この静翼外輪の内方に位置する静翼内輪と、これら静翼外輪と静翼内輪とに固設された静翼と、回転軸に取り付けられるとともに前記静翼外輪の庇部に覆われ、主流蒸気により回転する動翼と、この動翼の先端部に取り付けられたシュラウドと、前記静翼外輪と前記シュラウドとの間において前記静翼外輪の庇部に固設され、それぞれが前記回転軸に向かって設けられた複数のフィンとを備え、前記シュラウドと複数のフィンとの間で漏れ蒸気の流路を形成するとともに、この漏れ蒸気の流路出口側のシュラウドに、漏れ蒸気を案内して、漏れ蒸気の方向を前記動翼を流出した主流蒸気の方向に一致させる案内板が取り付けられていることを特徴とする軸流タービン段落である。
【００２０】
本発明は、シュラウドと複数のフィンとの間の漏れ蒸気の流路出口部分において、シュラウド外面が漏れ蒸気の流路出口側に向かって傾斜していることを特徴とする軸流タービン段落である。
【００２１】
本発明は、軸流タービン段落を複数段落組み合わせて含むことを特徴とする軸流タービンである。
【００２２】
本発明は、隣接して設置された第１軸流タービン段落と第２軸流タービン段落とを含む軸流タービンにおいて、第１軸流タービン段落と第２軸流タービン段落とはそれぞれ、主流蒸気の下流側に庇部を有するとともに外方に位置する静翼外輪と、この静翼外輪の内方に位置する静翼内輪と、これら静翼外輪と静翼内輪とに固設された静翼と、回転軸に取り付けられるとともに前記静翼外輪の庇部に覆われ、主流蒸気により回転する動翼と、この動翼の先端部に取り付けられたシュラウドと、前記静翼外輪と前記シュラウドとの間において前記静翼外輪の庇部に固設され、それぞれが前記回転軸に向かって設けられた複数のフィンとを備え、前記第１軸流タービン段落のシュラウドと第１軸流タービン段落の複数のフィンとの間で漏れ蒸気の流路を形成するとともに、この漏れ蒸気の流路出口側の第１軸流タービン段落の静翼外輪の庇部に、漏れ蒸気を案内して、漏れ蒸気の方向を前記動翼を流出した主流蒸気の方向に一致させる案内板が取り付けられ、前記第２軸流タービン段落の静翼外輪の入口側内径ＤＯが第１軸流タービン段落の案内板の出口側内径ＧＩより大きくなっていることを特徴とする軸流タービンである。
【００２３】
本発明は、隣接して設置された第１軸流タービン段落と第２軸流タービン段落とを含む軸流タービンにおいて、第１軸流タービン段落と第２軸流タービン段落とはそれぞれ、主流蒸気の下流側に庇部を有するとともに外方に位置する静翼外輪と、この静翼外輪の内方に位置する静翼内輪と、これら静翼外輪と静翼内輪とに固設された静翼と、回転軸に取り付けられるとともに前記静翼外輪の庇部に覆われ、主流蒸気により回転する動翼と、この動翼の先端部に取り付けられたシュラウドと、前記静翼外輪と前記シュラウドとの間において前記静翼外輪の庇部に固設され、それぞれが前記回転軸に向かって設けられた複数のフィンとを備え、前記第１軸流タービン段落のシュラウドと第１軸流タービン段落の複数のフィンとの間で漏れ蒸気の流路を形成するとともに、この漏れ蒸気の流路出口側の第１軸流タービン段落のシュラウドに、漏れ蒸気を案内して、漏れ蒸気の方向を前記動翼を流出した主流蒸気の方向に一致させる案内板が取り付けられ、第２軸流タービン段落の静翼外輪の入口側内径ＤＯが第１軸流タービン段落の案内板の出口側内径ＧＩより大きくなっていることを特徴とする軸流タービンである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、漏れ蒸気と主流蒸気との合流時において発生する混合損失を低減することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、軸流タービン段落の性能低下を防ぐことができ、軸流タービンの効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による軸流タービン段落の第１の実施の形態を示す子午面断面図。
【図２】本発明による軸流タービン段落の第１の実施の形態を示す軸方向断面図。
【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図。
【図４】本発明による軸流タービン段落の第１の実施の形態を示す斜視図。
【図５】本発明による軸流タービン段落の第２の実施の形態を示す子午面断面図。
【図６】本発明による軸流タービン段落の第２の実施の形態を示す軸方向断面図。
【図７】図５のＸ−Ｘ線断面図。
【図８】本発明による軸流タービン段落の第３の実施の形態を示す子午面断面図。
【図９】本発明による軸流タービン段落の第３の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１０】本発明による軸流タービン段落の第４の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１１】本発明による軸流タービン段落の第４の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１２】本発明による軸流タービン段落の第５の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１３】本発明による軸流タービン段落の第５の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１４】本発明による軸流タービン段落の第６の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１５】本発明による軸流タービン段落の第６の実施の形態を示す子午面断面図。
【図１６】従来の軸流タービン段落を示す子午面断面図。
【図１７】従来の軸流タービン段落を示す子午面断面図。
【図１８】従来の軸流タービン段落を示す子午面断面図。
【図１９】従来の軸流タービン段落を示す軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
ここで、図１は、本発明の第１の実施の形態を示す子午面断面図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態を示す軸方向断面図である。また、図３は、図１のＸ−Ｘ線断面図であり、図４は、本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【００２８】
まず、図１乃至図４により、本実施の形態による軸流タービンの概略について説明する。
図１に示すように、軸流タービン１０は、静翼外輪１および静翼内輪２間に円周方向に列状に配列された複数枚の静翼３と、回転軸４に固設され静翼３に隣接して配置された動翼５とからタービン段落１１を形成している。そして、このタービン段落１１は、静翼外輪１の側面から蒸気流の下流側に突出して設けた庇部１ａと動翼５先端部５ａに設けたシュラウド６との間から蒸気の漏洩を防ぐためにシュラウド６の外周部に複数の突起６ａを、庇部１ａの内周面にフィン７をそれぞれ設け、また、静翼内輪２と回転軸４との間隙を通る漏洩蒸気を減少させるために、静翼内輪２の内周面にラビリンスフィン８をそれぞれ設けている。
【００２９】
また、シュラウド６と複数のフィン７との間に漏れ蒸気１４の流路１８が形成されている。さらに、この漏れ蒸気１４の流路１８出口１８ａ側の静翼外輪１の庇部１ａに、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向（図１のＹ方向）外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に相対的に一致させる複数の案内板９が取り付けられている。図２に示すように、これら複数の案内板９は、それぞれが動翼５より流出する主流蒸気１３の相対角度方向を向いて設けられている。また、図４に示すように、複数の案内板９は、それぞれが静翼外輪１の庇部１ａの端部内周面に、所定間隔を空けて設けられている。
【００３０】
ところで、図１および図３に示すように、各案内板９内側端部とシュラウド６外面との間には、一定幅ＬＨからなる間隔が設けられており、この幅（ＬＨ）は、各フィン７内側端部とシュラウド６外面との間に形成されるクリアランス部１５の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている（ＬＨ≧ＣＬ）。
【００３１】
この各フィン７内側端部とシュラウド６外面との間の幅（ＣＬ）は、軸流タービン１０を構成する部材、静翼外輪１、ロータ（図示せず）、および動翼５等の熱変形、遠心力による伸び、ならびにロータおよび動翼５からなる軸系特性による危険速度域での振動を考慮して決定される。これにより、軸流タービン１０の運転中に静止部側のフィン７と回転部側のシュラウド６とが接触しないようになっている。
【００３２】
一方、各案内板９内側端部とシュラウド６外面との間の幅ＬＨを、フィン７内側端部とシュラウド６外面との間の幅ＣＬよりも小さく設定した場合（ＬＨ＜ＣＬ）、静止部（案内板９）と回転部（シュラウド６）とが接触して軸流タービン１０の信頼性を損なうおそれがある。このため、上述したように、各案内板９内側端部とシュラウド６外面との間の幅ＬＨは、フィン７内側端部とシュラウド６外面との間の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている。
【００３３】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１に示すように、左方向から軸流タービン段落１１に進入した主流蒸気１３は、各静翼３間を通過した後、動翼５を回転させる。その後各動翼５間を通過した主流蒸気１３は、次の軸流タービン段落１１’の各静翼３’間に進入する。このようにして、主流蒸気１３は、動翼５を介して回転軸４を回転させ、これにより発電機ロータ（図示せず）を回転させて発電を行なう。
【００３４】
この間、上述したように各静翼３間を通過した主流蒸気１３のうち一部は、漏れ蒸気１４となって、シュラウド６と複数のフィン７との間に形成された流路１８を経由して流路出口１８ａ側に流出する。この際、この漏れ蒸気１４は、流路出口１８ａ側の静翼外輪１の庇部１ａに取り付けられた案内板９により、半径方向（図１のＹ方向）外方からみて主流蒸気１３の方向に誘導される。その後、漏れ蒸気１４は、各動翼５間を通過した主流蒸気１３と合流する。
【００３５】
次に、上述した漏れ蒸気１４の挙動と案内板９の役割とを図２を用いて詳細に説明する。図２において、漏れ蒸気１４の流線（相対速度ベクトル）を実線で示し、各動翼間５から流出する主流蒸気１３の流線（相対速度ベクトル）を破線で示す。また、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流後における蒸気１９の流線（相対速度ベクトル）を太実線で示す。併せて、図１９に示す従来例における流線と比較しながら説明する。
【００３６】
動翼５入口から最下流に設けられたフィン７近傍までの漏れ蒸気１４の流れは、図１９に示す場合と同様となる。すなわち、図２において、漏れ蒸気１４は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されたクリアランス部１５にて軸流方向に向けられ、クリアランス部１５を通過する。その後、漏れ蒸気１４は下流側のフィン７またはシュラウド６の突起６ａの面に当たるためにフィン７、７間の空間部分で拡散する。この拡散した漏れ蒸気１４は、回転するシュラウド６外面端より剥離され、漏れ蒸気１４の相対速度ベクトルはシュラウド６の回転方向とは逆の向きとなる。
【００３７】
その後、漏れ蒸気１４の流れの向きは、フィン７に近づくに従って軸流方向が変化する。次に、流路出口１８ａ近傍において、漏れ蒸気１４の流れはクリアランス部１５でジェット流となってシュラウド６外面を流れる。この際、漏れ蒸気１４は、粘性力により相対的に動翼５の向きと同方向へ移動するために軸流方向へ流される。
【００３８】
ところで、本実施の形態において、図１９に示す従来技術の場合と異なり、静翼外輪１の庇部１ａに案内板９が取り付けられている。このため、漏れ蒸気１４は案内板９間に流入し、その後漏れ蒸気１４は、案内板９に導かれて動翼５からの主流蒸気１３と同じ方向へ流出する。この流出した漏れ蒸気１４の方向は、動翼５内から流出した主流蒸気１３と同じ方向を向いている。これにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合後における蒸気１９の流れ角度α１は、主流蒸気１３が動翼５出口から流出する流出角度α２と同等の角度となる。このようにして、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合により生じる混合損失が低減され、軸流タービン段落１１を高効率化することができる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９が静翼外輪１の庇部１ａに取り付けられていることにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に発生する混合損失を低減することができる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、軸流タービン段落１１の性能低下を防ぐことができ、軸流タービン１０の効率を高めることができる。
【００４１】
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について図５乃至図７を参照して説明する。
ここで、図５は、本発明の第２の実施の形態を示す子午面断面図であり、図６は、本発明の第２の実施の形態を示す軸方向断面図であり、図７は、図５のＸ−Ｘ線断面図である。図５乃至図７に示す第２の実施の形態は、案内板の取り付け位置が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図５乃至図７において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
【００４２】
まず、図５および図７により本実施の形態による軸流タービンの概略について説明する。
図５に示すように、軸流タービン段落１１のシュラウド６と複数のフィン７との間に、漏れ蒸気１４の流路１８が形成されている。さらに、この漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側のシュラウド６に、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向（図１のＹ方向）外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に相対的に一致させる複数の案内板９が取り付けられている。また、図６に示すように、これら複数の案内板９は、それぞれが動翼５より流出する主流蒸気１３の相対角度方向を向いて設けられている。これら各案内板９は、それぞれがシュラウド６の端部外周面に、所定間隔を空けて設けられている。
【００４３】
ところで、図５および図７に示すように、各案内板９のシュラウド６外面からの高さは、一定値ＭＨとなっており、この高さ（ＭＨ）は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている（ＭＨ≧ＣＬ）。
【００４４】
各案内板９は、後述するように、流路出口１８ａから軸流方向へ流出する漏れ蒸気１４のジェット流れの方向を、動翼５間からの主流蒸気１３の方向と同じ向きにすることを目的として取り付けられている。このため、各案内板９の高さ（ＭＨ）は、ジェット流れである漏れ蒸気１４が、下流側でクリアランス部１５の幅ＣＬより高く膨張することを考慮し、上述のように各案内板９のシュラウド６外面からの高さ（ＭＨ）は、クリアランス部１５の間隙ＣＬと同等または大きく設定されている。
【００４５】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図５に示すように、各静翼３間を通過した主流蒸気１３のうち一部は、漏れ蒸気１４となって、シュラウド６と複数のフィン７との間に形成された流路１８を経由して流路出口１８ａ側に流出する。この際、この漏れ蒸気１４は、流路出口１８ａ側のシュラウド６に取り付けられた案内板９により、半径方向（図５のＹ方向）外方からみて主流蒸気１３の方向に誘導される。その後、漏れ蒸気１４は、各動翼５間を通過した主流蒸気１３と合流する。
【００４６】
次に、上述した漏れ蒸気１４の挙動と案内板９の役割とを図６を用いて詳細に説明する。図６において、漏れ蒸気１４の流線（相対速度ベクトル）を実線で示し、各動翼５間から流出する主流蒸気１３の流線（相対速度ベクトル）を破線で示す。また、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流後における蒸気１９の流線（相対速度ベクトル）を太実線で示す。併せて、図１９に示す従来例における流線と比較しながら説明する。
【００４７】
動翼５入口より最下流のフィン７部までにおける漏れ蒸気１４の流れは、図１９や図２に示す場合と同様となる。すなわち、図６において、漏れ蒸気１４は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されたクリアランス部１５にて軸流方向に向けられ、クリアランス部１５を通過する。その後、漏れ蒸気１４は下流側のフィン７またはシュラウド６の突起６ａの面に当たるためにフィン７、７間の空間部分で拡散する。この拡散した漏れ蒸気１４は、回転するシュラウド６外面端より剥離され、漏れ蒸気１４の相対速度ベクトルはシュラウド６の回転方向とは逆の向きとなる。
【００４８】
その後、漏れ蒸気１４の流れの向きは、フィン７に近づくに従って軸流方向へ変化する。次に、流路出口１８ａ近傍において、漏れ蒸気１４の流れはクリアランス部１５でジェット流となってシュラウド６外面を流れる。この際、漏れ蒸気１４は、粘性力により相対的に動翼５の向きと同じ方向へ移動するために軸流方向へ流される。
【００４９】
ところで、本実施の形態において、図１９に示す従来技術の場合と異なり、シュラウド６に案内板９が取り付けられている。このため、漏れ蒸気１４は案内板９間に流入し、その後漏れ蒸気１４は、案内板９に導かれて動翼５からの主流蒸気１３と同じ方向へ流出する。この流出した漏れ蒸気１４の方向は、動翼５内から流出した主流蒸気１３と同じ方向を向いている。これにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合後における蒸気１９の流れ角度α１は、主流蒸気１３が動翼５出口から流出する流出角度α２と同等の角度となる。このようにして、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合により生じる混合損失が低減され、軸流タービン段落１１を高効率化することができる。
【００５０】
このように、本実施の形態によれば、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９がシュラウド６に取り付けられていることにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に発生する混合損失を低減することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、軸流タービン段落１１の性能低下を防ぐことができ、軸流タービン１０の効率を高めることができる。
【００５２】
第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について図８および図９を参照して説明する。
ここで、図８および図９は、本発明の第３の実施の形態を示す子午面断面図である。図８および図９に示す第３の実施の形態は、漏れ蒸気の流路出口部分１８ａにおいて、シュラウド外面が漏れ蒸気の流路出口１８ａ側に向かって傾斜している点が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図８および図９において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
まず、図８により本実施の形態による軸流タービン段落の概略について説明する。図８に示すように、軸流タービン段落１１のシュラウド６と複数のフィン７との間に、漏れ蒸気１４の流路１８が形成されている。このシュラウド６と複数のフィン７との間の漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ部分において、シュラウド６外面が、漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側に向かって傾斜している。
【００５４】
また、この漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側の静翼外輪１の庇部１ａに、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向（図１のＹ方向）外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に相対的に一致させる複数の案内板９が取り付けられている。これら各案内板９は、それぞれが動翼５より流出する主流蒸気１３の相対角度方向を向いて設けられ、各案内板９は、それぞれが静翼外輪１の庇部１ａの端部内周面に、所定間隔を空けて設けられている。また、各案内板９の内側の面は、漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側に向かって傾斜している。
【００５５】
ところで、図８に示すように、各案内板９内側端部とシュラウド６外面との間には、一定幅ＬＨからなる間隔が設けられており、この幅（ＬＨ）は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている（ＬＨ≧ＣＬ）。
【００５６】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図９において、漏れ蒸気１４は、半径方向に角度を持ったシュラウド６外面を流れて主流蒸気１３と混合する。この際、主流蒸気１３の半径方向の角度と漏れ蒸気１４の半径方向の角度との相違が小さくなっており、これにより、混合損失の発生を低減できるとともに軸流タービン段落１１を高効率化することができる。
【００５７】
このように、本実施の形態によれば、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９が静翼外輪１の庇部１ａに取り付けられ、かつシュラウド６外面が、漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側に向かって傾斜していることにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に発生する混合損失を低減することができる。
【００５８】
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について図１０および図１１を参照して説明する。
ここで、図１０および図１１は、本発明の第４の実施の形態を示す子午面断面図である。図１０および図１１に示す第４の実施の形態は、漏れ蒸気の流路出口部分１８ａにおいて、シュラウド外面が漏れ蒸気の流路出口１８ａ側に向かって傾斜している点が異なるものであり、他の構成は上述した第２の実施の形態と略同一である。図１０および図１１において、図５および図６に示す第２の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
まず、図１０により本実施の形態による軸流タービン段落の概略について説明する。
図１０に示すように、軸流タービン段落１１のシュラウド６と複数のフィン７との間に、漏れ蒸気１４の流路１８が形成されている。このシュラウド６と複数のフィン７との間の漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ部分において、シュラウド６外面が、漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側に向かって傾斜している。
【００６０】
また、この漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側のシュラウド６に、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向（図１のＹ方向）外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に相対的に一致させる複数の案内板９が取り付けられている。これら各案内板９は、それぞれが動翼５より流出する主流蒸気１３の相対角度方向を向いて設けられ、各案内板９は、それぞれがシュラウド６の端部外周面に、所定間隔を空けて設けられている。また、各案内板９の内側面は、漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側に向かって傾斜している。
【００６１】
ところで、図１０に示すように、各案内板９のシュラウド６外面からの高さは、一定値ＭＨとなっており、この高さ（ＭＨ）は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている（ＭＨ≧ＣＬ）。各案内板９は、流路出口１８ａから軸流方向へ流出する漏れ蒸気１４のジェット流れの方向を、動翼５間からの主流蒸気１３の方向と同じ向きにすることを目的として取り付けられている。このため、各案内板９の高さ（ＭＨ）は、ジェット流れである漏れ蒸気１４が、下流側でクリアランス部１５の幅ＣＬより膨張することを考慮し、上述のように各案内板９のシュラウド６外面からの高さ（ＭＨ）をクリアランス部１５の間隙ＣＬと同等または大きく設定されている。
【００６２】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１１において、漏れ蒸気１４は、半径方向に角度を持ったシュラウド６外面を流れて主流蒸気１３と混合する。この際、主流蒸気１３の半径方向の角度と漏れ蒸気１４の半径方向の角度との相違が小さくなっており、これにより、混合損失の発生を低減できるとともに軸流タービン段落１１を高効率化することができる。
【００６３】
このように、本実施の形態によれば、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９がシュラウド６に取り付けられ、かつシュラウド６外面が、漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側に向かって傾斜していることにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に発生する混合損失を低減することができる。
【００６４】
第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について図１２および図１３を参照して説明する。
ここで、図１２および図１３は、本発明の第５の実施の形態を示す子午面断面図である。図１２および図１３に示す第５の実施の形態は、第２軸流タービン段落の静翼外輪の入口側内径ＤＯが、第１軸流タービン段落の案内板の出口側内径ＧＩより大きくなっている点が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図１２および図１３において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
まず、図１２により本実施の形態による軸流タービン段落の概略について説明する。
図１２に示すように、軸流タービン１０は、回転軸４と、各々が回転軸４に固着された動翼５を含む第１軸流タービン段落２１および第２軸流タービン段落２２とを含んでいる。これら第１軸流タービン段落２１および第２軸流タービン段落２２は、それぞれ庇部１ａを有するとともに外方に位置する静翼外輪１、１’と、内方に位置する静翼内輪２、２’と、静翼外輪１、１’と静翼内輪２、２’に固着された静翼３、３’と、回転軸４に固着され主流蒸気１３により回転する動翼５とを含んでいる。このうち動翼５は、上述のように回転軸４に取り付けられるとともにそれぞれ庇部１ａに覆われている。また、動翼５の先端部５ａには、静翼外輪１の庇部１ａ側に突出する複数の突起６ａを有するシュラウド６が取り付けられている。さらに、それぞれが回転軸４に向かって設けられた複数のフィン７は、静翼外輪１とシュラウド６との間において静翼外輪１の庇部１ａに固設されている。
【００６６】
また、第１軸流タービン段落２１のシュラウド６と第１軸流タービン段落２１の複数のフィン７との間に漏れ蒸気１４の流路１８が形成されている。さらに、この漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側の第１軸流タービン段落２１の静翼外輪１の庇部１ａに、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に相対的に一致させる複数の案内板９が取り付けられている。これら複数の案内板９は、それぞれが動翼５より流出する主流蒸気１３の相対角度方向を向いて設けられている。また、各案内板９は、それぞれ静翼外輪１の庇部１ａの端部内周面に、所定間隔を空けて設けられている。
【００６７】
さらに本実施の形態において、第２軸流タービン段落２２の静翼外輪１’の入口側内径ＤＯが、第１軸流タービン段落２１の案内板９の出口側内径ＧＩより大きくなっている。
【００６８】
ところで、図１２に示すように、各案内板９内側端部とシュラウド６外面との間には、一定幅ＬＨからなる間隔が設けられており、この幅（ＬＨ）は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている（ＬＨ≧ＣＬ）。
【００６９】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１３において、第１軸流タービン段落２１の流路１８を経由して、流路出口１８ａから流出した漏れ蒸気１４は、第２軸流タービン段落２２の静翼３’方向へ向かう。本実施の形態において、第２軸流タービン段落２２の静翼外輪１’の入口側内径ＤＯは、第１軸流タービン段落２１の案内板９の出口側内径ＧＩよりも大きく設定されている。したがって、第２軸流タービン段落２２の静翼３’方向へ向かう漏れ蒸気１４が各動翼５間からの主流蒸気１３と混合する際、漏れ蒸気１４の半径方向への運動量の変化を小さくすることができる。これにより漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合により生じる混合損失が更に低減され、軸流タービン段落１１を高効率化することができる。
【００７０】
このように、本実施の形態によれば、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９が静翼外輪１の庇部１ａに取り付けられ、かつ第２軸流タービン段落２２の静翼外輪１’の入口側内径ＤＯが、第１軸流タービン段落２１の案内板９の出口側内径ＧＩよりも大きく設定されていることにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に発生する混合損失を低減することができる。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、軸流タービン段落１１の性能低下を防ぐことができ、軸流タービン１０の効率を高めることができる。
【００７２】
第６の実施の形態
次に、本発明の第６の実施の形態について図１４および図１５を参照して説明する。
ここで、図１４および図１５は、本発明の第６の実施の形態を示す子午面断面図である。図１４および図１５に示す第６の実施の形態は、案内板の取り付け位置が異なるものであり、他の構成は上述した第５の実施の形態と略同一である。図１４および図１５において、図１２および図１３に示す第５の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
【００７３】
まず、図１４により本実施の形態による軸流タービンの概略について説明する。
図１２に示すように、第１軸流タービン段落２１のシュラウド６と第１軸流タービン段落２１の複数のフィン７との間に漏れ蒸気１４の流路１８が形成されている。また、この漏れ蒸気１４の流路出口１８ａ側の第１軸流タービン段落２１のシュラウド６に、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に相対的に一致させる複数の案内板９が取り付けられている。これら複数の案内板９は、それぞれが動翼５より流出する主流蒸気１３の相対角度方向を向いて設けられている。また、各案内板９は、それぞれシュラウド６の端部内周面に、所定間隔を空けて設けられている。
【００７４】
さらに、本実施の形態において、第２軸流タービン段落２２の静翼外輪１’の入口側内径ＤＯが、第１軸流タービン段落２１の案内板９の出口側内径ＧＩより大きくなっている。
【００７５】
ところで、図１４に示すように、各案内板９のシュラウド６外面からの高さは、一定値ＭＨとなっており、この高さ（ＭＨ）は、シュラウド６外面とフィン７内側端部との間に形成されるクリアランス部１５の幅ＣＬと同等またはそれよりも大きく設定されている（ＭＨ≧ＣＬ）。
【００７６】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１５において、第１軸流タービン段落２１の流路１８を経由して、流路出口１８ａから流出した漏れ蒸気１４は、第２軸流タービン段落２２の静翼３’方向へ向かう。本実施の形態において、第２軸流タービン段落２２の静翼外輪１’の入口側内径ＤＯは、第１軸流タービン段落２１の案内板９の出口側内径ＧＩよりも大きく設定されている。したがって、第２軸流タービン段落２２の静翼３’方向へ向かう漏れ蒸気１４が各動翼５間からの主流蒸気１３と混合する際、漏れ蒸気１４の半径方向への運動量の変化を小さくすることができる。これにより漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との混合により生じる混合損失が更に低減され、軸流タービン段落１１を高効率化することができる。
【００７７】
このように、本実施の形態によれば、漏れ蒸気１４を案内して、半径方向外方からみて漏れ蒸気１４の方向を主流蒸気１３の方向に一致させる案内板９がシュラウド６に取り付けられ、かつ第２軸流タービン段落２２の静翼外輪１’の入口側内径ＤＯが、第１軸流タービン段落２１の案内板９の出口側内径ＧＩよりも大きく設定されていることにより、漏れ蒸気１４と主流蒸気１３との合流時に発生する混合損失を低減することができる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、軸流タービン段落１１の性能低下を防ぐことができ、軸流タービン１０の効率を高めることができる。
【００７９】
また、上述した第１の実施の形態乃至第６の実施の形態に示すタービン段落１１、第１タービン段落２１、および第２タービン段落２２のうち複数段落を軸方向に組合せても良く、これにより軸流タービン１０の高効率化を図ることもできる。
【００８０】
なお、上述した第１の実施の形態乃至第６の実施の形態では、シュラウド６の外周部に環状の突起６ａを設けたが、この環状の突起６ａは必ずしも必要ではない。
【符号の説明】
【００８１】
１、１’  静翼外輪
１ａ      庇部
２、２’  静翼内輪
３、３’  静翼
４        回転軸
５        動翼
５ａ      動翼先端部
６        シュラウド
６ａ      突起
７        フィン
８        ラビリンスフィン
９        案内板
１０      軸流タービン
１１      軸流タービン段落
１２      タービン通路部
１３      主流蒸気
１４      漏れ蒸気
１５      クリアランス部
１６      拡大通路部
１７      空間部分
１８      流路
１８ａ    流路出口
２１      第１軸流タービン段落
２２      第２軸流タービン段落
【図１】
2011106474.tif 000003
【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】
2011106474.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2011106474.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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