(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに用いられ蒸気が供給されるノズルボックスであって、
タービンロータの周方向に配列される複数のノズル翼と、
前記周方向に延在するとともに前記複数のノズル翼を保持するノズル翼保持部を含む単一のノズルフレームと、
を備え、
前記ノズル翼保持部は、前記複数のノズル翼の各々を保持するノズル翼保持空間を画定する内側保持面および外側保持面を含み、
前記内側保持面は、第１内側保持面と、前記第１内側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ、前記第１内側保持面よりも径方向外側に位置する第２内側保持面と、前記第１内側保持面と前記第２内側保持面とを接続する第１内側段差形成面と、を有し、
前記外側保持面は、第１外側保持面と、前記第１外側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ、前記第１外側保持面よりも径方向内側に位置する第２外側保持面と、前記第１外側保持面と前記第２外側保持面とを接続する第１外側段差形成面と、を有し、
前記ノズル翼の各々は、
前記第１内側段差形成面と当接する第１内側当接面を有する内側スペーサ部と、前記第１外側段差形成面と当接する第１外側当接面を有する外側スペーサ部と、前記内側スペーサ部と前記外側スペーサ部との間に形成された単一の翼部と、を有し、
以下の条件（ａ）と条件（ｂ）の少なくとも一方を満たすことを特徴とするノズルボックス。
（ａ）前記外側保持面は、前記第２外側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ、前記第２外側保持面よりも径方向内側に位置する第３外側保持面と、前記第２外側保持面と前記第３外側保持面とを接続する第２外側段差形成面と、を有するとともに、前記ノズル翼の各々は、前記第２外側段差形成面と当接する第２外側当接面を有する。
（ｂ）前記内側保持面は、前記第２内側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ、前記第２内側保持面よりも径方向外側に位置する第３内側保持面と、前記第２内側保持面と前記第３内側保持面とを接続する第２内側段差形成面と、を有するとともに、前記ノズル翼の各々は、前記第２内側段差形成面と当接する第２内側当接面を有する。
【請求項２】
少なくとも前記条件（ａ）を満たすように構成され、
前記ノズル翼保持部は、前記外側保持面を形成する第１外側ノズル翼保持部と、前記外側保持面を形成し、且つ、前記第１外側ノズル翼保持部よりも前記蒸気流れ方向の下流側に形成される第２外側ノズル翼保持部と、を含み、
前記第１外側ノズル翼保持部は、前記内側保持面を形成する部分と一体に構成され、
前記第２外側ノズル翼保持部は、前記第１外側ノズル翼保持部とは別体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のノズルボックス。
【請求項３】
前記第１外側ノズル翼保持部は、前記外側保持面の内、前記第１外側保持面及び前記第２外側保持面を形成し、
前記第２外側ノズル翼保持部は、前記外側保持面の内、前記第３外側保持面を形成するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のノズルボックス。
【請求項４】
少なくとも前記条件（ｂ）を満たすように構成され、
前記ノズル翼保持部は、前記内側保持面を形成する第１内側ノズル翼保持部と、前記内側保持面を形成し、且つ、前記第１内側ノズル翼保持部よりも前記蒸気流れ方向の下流側に形成される第２内側ノズル翼保持部と、を含み、
前記第１内側ノズル翼保持部は、前記外側保持面を形成する部分と一体に構成され、
前記第２内側ノズル翼保持部は、前記第１内側ノズル翼保持部とは別体に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のノズルボックス。
【請求項５】
前記第１内側ノズル翼保持部は、前記内側保持面の内、前記第１内側保持面及び前記第２内側保持面を形成し、
前記第２内側ノズル翼保持部は、前記内側保持面の内、前記第３内側保持面を形成するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のノズルボックス。
【請求項６】
前記内側保持面および前記外側保持面と共に、前記ノズル翼保持空間を画定する保持底面を備え、
前記ノズル翼保持空間における前記タービンロータの軸方向に沿った長さをＬとしたとき、前記第２外側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以上であり、且つ、前記第１外側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のノズルボックス。
【請求項７】
前記第１外側段差形成面と前記第２外側段差形成面との離れ距離が、１／４・Ｌ以上であることを特徴とする請求項６に記載のノズルボックス。
【請求項８】
前記ノズル翼保持部は、前記内側保持面および前記外側保持面を接続する保持底面を含み、
前記ノズル翼保持空間における前記タービンロータの軸方向に沿った長さをＬとしたとき、前記第２内側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以上であり、且つ、前記第１内側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のノズルボックス。
【請求項９】
前記第１内側段差形成面と前記第２内側段差形成面との離れ距離が、１／４・Ｌ以上であることを特徴とする請求項８に記載のノズルボックス。
【請求項１０】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のノズルボックスと、
前記ノズル翼を通過した蒸気によって回転するよう構成されたタービンロータと、
を備えることを特徴とする蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はノズルボックス及びこれを備える蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンにおける蒸気入口部にはノズルボックスが設けられている。タービン内に導入された高温高圧の蒸気は、ノズルボックスからタービンロータの動翼へ噴出されて、タービンロータに回転力が付与される。
【０００３】
特許文献１及び２には、蒸気タービンにおけるノズルボックスの構成例が開示されている。
近年の蒸気タービンの大型化及び高出力化の傾向によって、ノズル翼間を通る蒸気流によってノズル翼に生ずる応力は増加する傾向にある。従って、ノズル翼の損傷を抑制するため、ノズル翼に生ずる応力を抑制する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−７７１２５号公報
【特許文献２】特許第５０１９６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
後述するように、複数のノズル翼は段差面を有し、この段差面がノズルボックス本体に形成された段差面に支持される。
蒸気流によってノズル翼に生じる応力を低減するため、上記段差面の面積を大きくすると、段差面に生じる応力は低減するが、段差面の中心点が翼部から離れるため、蒸気流によってノズル翼に生じる曲げモーメントがかえって増加するという問題がある。
【０００６】
特許文献１に開示された構成では、翼部の各々はボルトでノズルボックス本体に固定されるため、段差面に加わる荷重をボルトによって支持できるが、各翼部はノズルボックスにボルトで固定されるために、ノズル翼とノズルボックス本体との熱膨張差による熱変形差によってノズル翼に発生する応力が増大するおそれがある。また、各翼部をボルトで固定する必要があるため、組立工数が増加するという問題がある。
特許文献２には、蒸気によってノズル翼に生じる応力を低減する手段は開示されていない。
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、蒸気流によってノズルボックスのノズル翼に生ずる応力を低減し、ノズル翼の損傷を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るノズルボックスは、
蒸気タービンに用いられ蒸気が供給されるノズルボックスであって、
タービンロータの周方向に配列される複数のノズル翼と、
前記周方向に延在するとともに前記複数のノズル翼を保持するノズル翼保持部を含むノズルフレームと、
を備え、
前記ノズル翼保持部は、前記複数のノズル翼の各々を保持するノズル翼保持空間を画定する内側保持面および外側保持面を含み、
前記内側保持面は、第１内側保持面と、前記第１内側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ前記第１内側保持面よりも径方向外側に位置する第２内側保持面と、前記第１内側保持面と前記第２内側保持面とを接続する第１内側段差形成面と、を有し、
前記外側保持面は、第１外側保持面と、前記第１外側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ前記第１外側保持面よりも径方向内側に位置する第２外側保持面と、前記第１外側保持面と前記第２外側保持面とを接続する第１外側段差形成面と、を有し、
前記ノズル翼の各々は、
前記第１内側段差形成面と当接する第１内側当接面と、前記第１外側段差形成面と当接する第１外側当接面と、を有し、
以下の条件（ａ）と条件（ｂ）の少なくとも一方を満たすことを特徴とするノズルボックス。
（ａ）前記外側保持面は、前記第２外側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ、前記第２外側保持面よりも径方向内側に位置する第３外側保持面と、前記第２外側保持面と前記第３外側保持面とを接続する第２外側段差形成面と、を有するとともに、前記ノズル翼の各々は、前記第２外側段差形成面と当接する第２外側当接面を有する。
（ｂ）前記内側保持面は、前記第２内側保持面よりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、且つ、前記第２内側保持面よりも径方向外側に位置する第３内側保持面と、前記第２内側保持面と前記第３内側保持面とを接続する第２内側段差形成面と、を有するとともに、前記ノズル翼の各々は、前記第２内側段差形成面と当接する第２内側当接面を有する。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、上記外側保持面又は上記内側保持面の少なくとも一方が第１段差形成面及び第２段差形成面を有するため、ノズル翼に加わる荷重を第１段差形成面及び第２段差形成面に分散して受けることで、第１段差形成面に応力集中が発生するのを抑制できる。
また、第２段差形成面は第１段差形成面よりノズル翼の先端側領域に近い位置に配置されるので、第２段差形成面の中心点をノズル翼先端側領域の荷重付加点に接近させることができ、これによって、第２段差形成面に加わる曲げモーメントを低減できる。そのため、第１内側段差形成面に加わる曲げモーメントを含めた総曲げモーメントを低減できる。
以上から、ノズル翼に生じる応力を低減でき、ノズル翼の損傷を抑制できる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、前記（１）の構成において、
前記ノズル翼保持部は、前記外側保持面を形成する第１外側ノズル翼保持部と、前記外側保持面を形成し、且つ、前記第１外側ノズル翼保持部よりも前記蒸気流れ方向の下流側に形成される第２外側ノズル翼保持部と、を含み、
前記第１外側ノズル翼保持部は、前記内側保持面を形成する部分と一体に構成され、
前記第２外側ノズル翼保持部は、前記第１外側ノズル翼保持部とは別体に構成されている。
上記（２）の構成によれば、上記第２外側ノズル翼保持部を上記第１外側ノズル翼保持部と別体に構成することで、外側保持面の加工が容易になり、第２外側段差形成面及び第３外側保持面の形成が容易になる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、前記（２）の構成において、
前記第１外側ノズル翼保持部は、前記外側保持面の内、前記第１外側保持面及び前記第２外側保持面を形成し、
前記第２外側ノズル翼保持部は、前記外側保持面の内、前記第３外側保持面を形成するように構成される。
上記（３）の構成によれば、第２外側ノズル翼保持部が第３外側保持面及び第２外側段差形成面を形成するので、第２外側段差形成面の形成が一層容易になる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記ノズル翼保持部は、前記内側保持面を形成する第１内側ノズル翼保持部と、前記内側保持面を形成し、且つ、前記第１内側ノズル翼保持部よりも前記蒸気流れ方向の下流側に形成される第２内側ノズル翼保持部と、を含み、
前記第１内側ノズル翼保持部は、前記外側保持面を形成する部分と一体に構成され、
前記第２内側ノズル翼保持部は、前記第１内側ノズル翼保持部とは別体に構成されている。
上記（４）の構成によれば、上記第２内側ノズル翼保持部を上記第１内側ノズル翼保持部と別体に構成することで、内側保持面の加工が容易になり、上記第２内側段差形成面の形成が容易になる。
【００１３】
（５）幾つかの実施形態では、前記（４）の構成において、
前記第１内側ノズル翼保持部は、前記内側保持面の内、前記第１内側保持面及び前記第２内側保持面を形成し、
前記第２内側ノズル翼保持部は、前記外側保持面の内、前記第３内側保持面を形成するように構成される。
上記（５）の構成によれば、第２内側ノズル翼保持部が第３内側保持面及び第２内側段差形成面を形成するので、第２内側段差形成面の形成が一層容易になる。
【００１４】
（６）幾つかの実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記内側保持面および前記外側保持面と共に、前記ノズル翼保持空間を画定する保持底面を備え、
前記ノズル翼保持空間における前記タービンロータの軸方向に沿った長さをＬとしたとき、前記第２外側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以上であり、且つ、前記第１外側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以下である。
上記（６）の構成によれば、上記第２外側段差形成面と上記保持底面との離れ距離を１／２・Ｌ以上とすることで、上記第２外側段差形成面をノズル翼先端側領域に近い位置に配置できる。これによって、第２外側段差形成面の中心点をノズル翼先端側領域の荷重付加点に接近させることができるため、第２外側段差形成面に加わる曲げモーメントを低減できる。そのため、第１内側段差形成面に加わる曲げモーメントを含めた総曲げモーメントを低減できる。
また、上記第１外側段差形成面と保持底面との離れ距離を１／２・Ｌ以下とすることで、第２外側段差形成面と第１外側段差形成面との離れ距離を確保でき、これら段差形成面及び第２外側保持面の形成が容易になる。
なお、ノズル翼保持部の製造容易さ及び第３外側保持面の形成の容易さの観点から、第２外側段差形成面と外側保持面の蒸気流れ下流端との離れ距離を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００１５】
（７）幾つかの実施形態では、前記（６）の構成において、
前記第１外側段差形成面と前記第２外側段差形成面との離れ距離が、１／４・Ｌ以上である。
上記（７）の構成によれば、第１外側段差形成面と第２外側段差形成面との離れ距離を十分に保持でき、これによって、これら外側段差形成面及び第２外側保持面の形成が容易になる。
なお、ノズルボックス内の蒸気流路の形成を確保するために、第１外側段差形成面と保持底面との離れ距離を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００１６】
（８）幾つかの実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記ノズル翼保持部は、前記内側保持面および前記外側保持面を接続する保持底面を含み、
前記ノズル翼保持空間における前記タービンロータの軸方向に沿った長さをＬとしたとき、前記第２内側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以上であり、かつ、前記第１内側段差形成面と前記保持底面との離れ距離が１／２・Ｌ以下である。
上記（８）の構成によれば、上記第２内側段差形成面と保持底面との離れ距離を１／２・Ｌ以上とすることで、第２内側段差形成面をノズル翼先端側領域に近い位置に配置できる。これによって、第２内側段差形成面の中心点をノズル翼先端側領域の荷重付加点に接近させることができるため、第２内側段差形成面に加わる曲げモーメントを低減できる。そのため、第１内側段差形成面に加わる曲げモーメントを含めた総曲げモーメントを低減できる。
また、上記第１内側段差形成面と保持底面との離れ距離を１／２・Ｌ以下とすることで、第２内側段差形成面と第１内側段差形成面との離れ距離を確保でき、これら段差形成面及び第２内側保持面の形成が容易になる。
なお、ノズル翼保持部の製造容易さ及び第３内側保持面の形成の容易さの観点から、第２内側段差形成面と内側保持面の蒸気流れ下流端との離れ距離を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００１７】
（９）幾つかの実施形態では、前記（８）の構成において、
前記第１内側段差形成面と前記第２内側段差形成面との離れ距離が、１／４・Ｌ以上である。
上記（９）の構成によれば、第１内側段差形成面と第２内側段差形成面との離れ距離を十分に保持でき、これによって、これら内側段差形成面及び第２内側保持面の形成が容易になる。
なお、ノズルボックス内の蒸気流路の形成を確保するために、第１内側段差形成面と保持底面との離れ距離を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００１８】
（１０）本発明の幾つかの実施形態に係る蒸気タービンは、
前記（１）〜（９）の何れかの構成を有するノズルボックスと、
前記ノズル翼を通過した蒸気によって回転するよう構成されたタービンロータと、
を備える。
上記（１０）の構成によれば、ノズル翼に加わる荷重を第１段差形成面及び第２段差形成面に分散して受けることで、ノズル翼の一部に応力集中が発生するのを抑制できる。
また、第２段差形成面はノズル翼先端側領域の近くに配置できるため、第２段差形成面の中心点をノズル翼の荷重付加点に接近させることができる。これによって、第２段差形成面に加わる曲げモーメントを低減でき、第１段差形成面に加わる曲げモーメントを含めた総曲げモーメントを低減できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、蒸気流によってノズルボックス内のノズル翼に加わる荷重を低減し、ノズル翼の損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係る蒸気タービンの蒸気入口部を示す概略断面図である。
【図２】一実施形態に係る蒸気タービンの蒸気入口部を示す斜視図である。
【図３】一実施形態に係るノズルボックスの断面図である。
【図４】一実施形態に係るノズルボックスの断面図である。
【図５】一実施形態に係るノズルボックスの断面図である。
【図６】一実施形態に係るノズルボックスの断面図である。
【図７】一実施形態に係るノズルボックスの断面図である。
【図８】（Ａ）は比較例のノズル翼の一例を示し、（Ｂ）は一実施形態に係るノズル翼構成体を示す斜視図である。
【図９】（Ａ）は比較例のノズル翼への荷重付加態様を示し、（Ｂ）は一実施形態に係るノズル翼への荷重付加態様を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、一つの構成要素を「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。
【００２２】
図１は、一実施形態に係る蒸気タービン１０の要部断面を示す概略図であり、図２は、一実施形態に係る蒸気タービンの蒸気入口部を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、蒸気タービン１０は、ノズルボックス１２と、ノズルボックス１２から供給される蒸気によって回転するように構成されたタービンロータ１６と、を備える。ノズルボックス１２は、タービンケーシング（不図示）の蒸気入口管１８の内部に形成された蒸気流路２０に設けられる。蒸気通路２０を通った蒸気Ｓは、タービンロータ１６の周方向に配列される複数のノズル翼３２間に形成されるノズル流路２１を通過し、タービンロータ１６に設けられた動翼２２に衝突することで、タービンロータ１６を回転させる。なお、図１中、Ｒｃはタービンロータ１６の回転軸線を示し、矢印ａ方向はロータ軸方向を示し、矢印ｂ方向はロータ径方向を示す。
【００２３】
図１及び図２に示すように、ノズルボックス１２は、上述した複数のノズル翼３２と、タービンロータ１６の周方向に延在するノズルフレーム２４を備える。ノズルフレーム２４は、周方向に延在するとともに複数のノズル翼３２を保持するノズル翼保持部２６を含む。ノズル翼保持部２６は、複数のノズル翼３２の各々を保持するノズル翼保持空間Ｓｎを画定する内側保持面２８および外側保持面３０を有する。
また、図示した実施形態では、ノズル翼３２の各々は、翼部３８と、ロータ径方向において翼部３８の内側に設けられた内側スペーサ部４０であって、隣接するノズル翼３２の内側スペーサ部４０に当接する内側スペーサ部４０と、ロータ径方向において翼部３８の外側に設けられた外側スペーサ部４２であって、隣接するノズル翼３２の外側スペーサ部４２に当接する外側スペーサ部４２と、を含む。
【００２４】
図３〜図７は、本発明の幾つかの実施形態に係るノズルボックス１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を示す。
図３〜図７において、ノズル翼保持部２６の内側保持面２８は、第１内側保持面２８ａと、第１内側保持面２８ａよりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、かつ第１内側保持面２８ａよりもロータ径方向外側に位置する第２内側保持面２８ｂと、第１内側保持面２８ａと第２内側保持面２８ｂとを接続する第１内側段差形成面２８ｄと、を有する。
ノズル翼保持部２６の外側保持面３０は、第１外側保持面３０ａと、第１外側保持面３０ａよりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、かつ第１外側保持面３０ａよりも径方向内側に位置する第２外側保持面３０ｂと、第１外側保持面３０ａと第２外側保持面３０ｂとを接続する第１外側段差形成面３０ｄと、を有する。
【００２５】
各ノズル翼３２は、第１内側段差形成面２８ｄと当接する第１内側当接面３４ｄと、第１外側段差形成面３０ｄと当接する第１外側当接面３６ｄ、とを有する。
【００２６】
ノズルボックス１２（１２ａ〜１２ｅ）は、以下の条件（ａ）又は条件（ｂ）の少なくとも一方を満たす。
（ａ）外側保持面３０は、第２外側保持面３０ｂよりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、かつ第２外側保持面３０ｂよりも径方向内側に位置する第３外側保持面３０ｃと、第２外側保持面３０ｂと第３外側保持面３０ｃとを接続する第２外側段差形成面３０ｅと、を有する。各ノズル翼３２は、第２外側段差形成面３０ｅと当接する第２外側当接面３６ｅを有する。
（ｂ）内側保持面２８は、第２内側保持面２８ｂよりも蒸気流れ方向の下流側に形成され、かつ第２内側保持面２８ｂよりも径方向外側に位置する第３内側保持面２８ｃと、第２内側保持面２８ｂと第３内側保持面２８ｃとを接続する第２内側段差形成面２８ｅと、を有する。各ノズル翼３２は、第２内側段差形成面２８ｅと当接する第２内側当接面３４ｅを有する。
【００２７】
図示した実施形態では、ノズル翼３２は、図３〜図７及び図８（Ｂ）に示すように、翼部３８と、翼部３８の両側に一体に形成されたスペーサ部４０及び４２とで構成される。スペーサ部４０及び４２の存在によって各ノズル翼３２の翼部３８の間に蒸気流路２１が形成される。
内側スペーサ部４０は、第１内側保持面２８ａ、第２内側保持面２８ｂ及び第３内側保持面２８ｃに夫々当接する内側当接面３４ａ、３４ｂ及び３４ｃを有する。外側スペーサ部４２は、第１外側保持面３０ａ、第２外側保持面３０ｂ及び第３外側保持面３０ｃに夫々当接する外側当接面３６ａ、３６ｂ及び３６ｃを有する。
【００２８】
図９（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るノズル翼３２の荷重付加態様を説明するための説明図である。
図９（Ｂ）に示すように、ノズル翼保持部２６の内側保持面２８及び外側保持面３０の少なくとも一方が第１段差形成面２８ｄ又は３０ｄ及び第２段差形成面２８ｅ又は３０ｅを有するため、ノズル翼３２に加わる荷重は、第１段差形成面２８ｄ又は３０ｄ及び第２段差形成面２８ｅ又は３０ｅで分散して受けることができる。即ち、翼部３８の根元側領域に加わる荷重Ｆ１を第１段差形成面２８ｄ又は３０ｄで受け、翼部３８の先端側領域に加わる荷重Ｆ２を第２段差形成面２８ｅ又は３０ｅで受けることができる。これによって、ノズル翼３２一部に応力集中が発生するのを抑制できる。
また、第１段差形成面２８ｄ又は３０ｄの中心点Ｐ１及び第２段差形成面２８ｅ又は３０ｅの中心点Ｐ２は、夫々翼部３８の根元側領域及び先端側領域で、蒸気流の荷重付加点Ｐｆの近くに位置する。そのため、中心点Ｐ１及び中心点Ｐ２を中心としてノズル翼３２に加わる曲げモーメントＭ１及びＭ２を低減できる。
以上から、蒸気Ｓの流れによってノズル翼３２に生じる応力を低減し、ノズル翼３２の損傷を抑制できる。
【００２９】
図８（Ａ）はノズルボックスに設けられる比較例のノズル翼０１０を示す。ノズル翼０１０は、翼部０１２と、翼部０１２のタービンロータの径方向内側及び外側に翼部０１２と一体に形成されたスペーサ部０１４及び０１６とで構成される。
蒸気タービンの蒸気入口部には、タービンロータを囲むようにロータ周方向のノズルボックス１２が設けられる。複数のノズル翼０１０は、ノズルボックス１２に画定されたノズル翼保持空間Ｓｎに配置される。スペーサ部０１４及び０１６によって各翼部０１２の間に蒸気Ｓの流路が形成され、蒸気Ｓは翼部０１２の間を矢印方向へ流れ、翼部０１２は蒸気流から荷重を受ける。
【００３０】
スペーサ部０１４及び０１６は夫々段差形成面０１４ａ及び０１６ａを有し、これらの段差形成面は、夫々ノズルボックス本体の内側及び外側に形成された段差形成面（不図示）に当接し、翼部０１２は段差形成面０１４ａ及び０１６ａで支持される。
蒸気流によってノズル翼０１０に生じる応力を低減するため、段差形成面０１４ａ及び０１６ａの面積を大きくすると、応力は低減するが、段差形成面０１４ａ及び０１６ａの中心点が翼部０１２から離れるため、ノズル翼構成体０１０に加わる曲げモーメントがかえって増加するという問題がある。
【００３１】
図９（Ａ）は、図８（Ａ）に示す比較例のノズル翼０１０の荷重付加態様を説明するための説明図である。
図９（Ａ）において、段差形成面０１４ａ又は０１６ａの中心点Ｐ０と翼部３８に加わる荷重Ｆ０の荷重付加点Ｐｆとの距離は、翼根元領域から翼先端側領域に亘って平均して離れているため、中心点Ｐ０を中心としてノズル翼構成体０１０に加わる曲げモーメントＭ０は大きくなり、Ｍ０＞Ｍ１＋Ｍ２となる。
【００３２】
また、図８（Ａ）に示すように、ノズル翼０１０が蒸気流から受ける荷重を低減するため、段差形成面０１６ａの面積を０１６ａ’となるように大きくすると、単位面積当たりの付加荷重（応力）は低減するが、段差形成面０１６ａの中心点Ｐ０はＰ０’に移動し、中心点Ｐ０’は荷重付加点Ｆｆから離れる。そのため、中心点Ｐ０’を中心としてノズル翼構成体０１０に加わる曲げモーメントはかえって増加するという問題がある。
【００３３】
例示的な実施形態では、図６に示すように、ノズル翼保持部２６は、外側保持面３０を形成する第１外側ノズル翼保持部４４と、外側保持面３０を形成し、かつ第１外側ノズル翼保持部４４よりも蒸気流れ方向下流側に形成される第２外側ノズル翼保持部４６とで構成される。
第１外側ノズル翼保持部４４は内側保持面２８を形成する部分と一体に構成され、第２外側ノズル翼保持部４６は第１外側ノズル翼保持部４４と別体に構成される。
このように、第１外側ノズル翼保持部４４と第２外側ノズル翼保持部４６とを別体に構成することで、外側保持面３０の加工が容易になると共に、第２外側段差形成面３０ｅ及び第３外側保持面３０ｃの形成が容易になる。
【００３４】
図示した実施形態では、図６に示すように、第１外側ノズル翼保持部４４は、外側保持面３０の内、第１外側保持面３０ａ及び第２外側保持面３０ｂを形成し、第２外側ノズル翼保持部４６は、外側保持面３０の内、第３外側保持面３０ｃを形成するように構成される。
このように、第３外側保持面３０ｃ及び第２外側段差形成面３０ｅを第２外側ノズル翼保持部４６で構成することで、第３外側保持面３０ｃ及び第２外側段差形成面３０ｅの形成が一層容易になる。
なお、必ずしも第１外側ノズル翼保持部４４と第２外側ノズル翼保持部４６との分離境界を第２外側段差形成面３０ｅとする必要はなく、他の領域と境界としてもよい。
【００３５】
例示的な実施形態では、図７に示すように、ノズル翼保持部２６は、内側保持面２８を形成する第１内側ノズル翼保持部４８と、内側保持面２８を形成し、かつ第１内側ノズル翼保持部４８よりも蒸気流れ方向下流側に形成される第２内側ノズル翼保持部５０とで構成される。
第１内側ノズル翼保持部４８は外側保持面３０を形成する部分と一体に構成され、第２内側ノズル翼保持部５０は第１内側ノズル翼保持部４８と別体に構成される。
これによって、内側保持面２８の加工が容易になると共に、第２内側段差形成面２８ｅ及び第３内側保持面２８ｃの形成が容易になる。
【００３６】
図示した実施形態では、第１内側ノズル翼保持部４８は、内側保持面２８の内、第１内側保持面２８ａ及び第２内側保持面２８ｂを形成し、第２内側ノズル翼保持部５０は、内側保持面２８の内、第３内側保持面２８ｃを形成するように構成される。
このように、第３内側保持面２８ｃ及び第２内側段差形成面２８ｅを第２内側ノズル翼保持部５０で構成することで、第３内側保持面２８ｃ及び第２内側段差形成面２８ｅの形成が一層容易になる。
なお、必ずしも第１内側ノズル翼保持部４８と第２内側ノズル翼保持部５０との分離境界を第２内側段差形成面２８ｅとする必要はなく、他の領域と境界としてもよい。
【００３７】
例示的な実施形態では、図３から図７に示すように、ノズルフレーム２４は、内側保持面２８及び外側保持面３０と共に、ノズル翼保持空間Ｓｎを画定する保持底面５２を備える。
例示的な実施形態では、図３，図５及び図６に示すように、ノズル翼保持空間Ｓｎにおけるロータ軸方向（矢印ａ方向）に沿った長さをＬとしたとき、第２外側段差形成面３０ｅと保持底面５２との離れ距離（図中、Ｌ１＋Ｌ２）が１／２・Ｌ以上となるように構成される。
これによって、第２外側段差形成面３０ｅは翼部３８の先端側領域に近接して配置でき、第２外側段差形成面３０ｅの中心点Ｐ２を翼部３８の先端側領域に接近させることができる。そのため、第２外側段差形成面３０ｅに加わる曲げモーメントＭ２を低減できる。
また、第１外側段差形成面３０ｄと保持底面５２との離れ距離（図中Ｌ１）が１／２・Ｌ以下とするように構成される。
これによって、第２外側段差形成面３０ｅと第１外側段差形成面３０ｄとの離れ距離（図中Ｌ２）を確保でき、これら外側段差形成面及び第３外側保持面３０ｃの形成が容易になる。
なお、ノズル翼保持部２６の製造容易さ及び第３外側保持面３０ｃの形成の容易さの観点から、第２外側段差形成面３０ｅと外側保持面３０の蒸気流れ下流端との離れ距離（図中Ｌ３）を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００３８】
例示的な実施形態では、図３，図５及び図６に示すように、第２外側段差形成面３０ｅと保持底面５２との離れ距離（Ｌ１＋Ｌ２）が１／２・Ｌ以上であり、かつ第１外側段差形成面３０ｄと保持底面５２との離れ距離Ｌ１が１／２・Ｌ以下であり、かつ第１外側段差形成面３０ｄと第２外側段差形成面３０ｅとの離れ距離Ｌ２が、１／４・Ｌ以上となるように構成される。
これによって、第２外側段差形成面３０ｅに加わる曲げモーメントＭ２を低減できると共に、第１外側段差形成面３０ｄと第２外側段差形成面３０ｅとの離れ距離Ｌ２を十分に保持でき、これによって、第２外側保持面３０ｂの形成が容易になる。
なお、ノズルボックス１２内の蒸気流路の形成を確保するために、第１外側段差形成面３０ｄと保持底面５２との離れ距離Ｌ１を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００３９】
例示的な実施形態では、図４、図５及び図７に示すように、第２内側段差形成面２８ｅと保持底面５２との離れ距離（図中、Ｌ１＋Ｌ２）が１／２・Ｌ以上となるように構成される。
これによって、第２内側段差形成面２８ｅの中心点を翼部３８の先端側領域の荷重付加点に接近させることができるため、第２内側段差形成面２８ｅに加わる曲げモーメントを低減できる。そのため、第１内側段差形成面２８ｄに加わる曲げモーメントを含めた総曲げモーメントを低減できる。
また、第１内側段差形成面２８ｄと保持底面５２との離れ距離Ｌ１を１／２・Ｌ以下とするように構成される。これによって、第２内側段差形成面２８ｅと第１内側段差形成面２８ｄとの離れ距離Ｌ２を確保でき、これら段差形成面及び第２内側保持面２８ｂの形成が容易になる。
なお、ノズル翼保持部２６の製造容易さ及び第３内側保持面２８ｃの形成の容易さの観点から、第２内側段差形成面２８ｅと内側保持面２８の蒸気流れ下流端との離れ距離Ｌ３を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【００４０】
例示的な実施形態では、図４、図５及び図７に示すように、第２内側段差形成面２８ｅと保持底面５２との離れ距離（図中、Ｌ１＋Ｌ２）が１／２・Ｌ以上であり、かつ第１内側段差形成面２８ｄと保持底面５２との離れ距離Ｌ１が１／２・Ｌ以下であり、かつ第１内側段差形成面２８ｄと第２内側段差形成面２８ｅとの離れ距離Ｌ２が、１／４・Ｌ以上となるように構成される。
これによって、第２内側段差形成面２８ｅに加わる曲げモーメントＭ２を低減できると共に、第１内側段差形成面２８ｄと第２内側段差形成面２８ｅとの離れ距離Ｌ２を十分に保持でき、そのため、第２内側保持面２８ｂの形成が容易になる。
なお、ノズルボックス１２内の蒸気流路の形成を確保するために、第１内側段差形成面２８ｄと保持底面５２との離れ距離Ｌ１を１／６・Ｌ以上とすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、蒸気タービンの蒸気入口部に設けられるノズルボックスにおいて、蒸気流によってノズルボックス内のノズル翼に加わる荷重を低減し、ノズル翼の損傷を抑制できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０        蒸気タービン
１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）    ノズルボックス
１６        タービンロータ
１８        蒸気入口管
２０、２１    蒸気流路
２２        動翼
２４        ノズルフレーム
２６        ノズル翼保持部
２８        内側保持面
２８ａ    第１内側保持面
２８ｂ    第２内側保持面
２８ｃ    第３内側保持面
２８ｄ    第１内側段差形成面
２８ｅ    第２内側段差形成面
３０        外側保持面
３０ａ    第１外側保持面
３０ｂ    第２外側保持面
３０ｃ    第３外側保持面
３０ｄ    第１外側段差形成面
３０ｅ    第２外側段差形成面
３２、０１０    ノズル翼構成体
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ    内側当接面
３４ｄ      第１内側当接面
３４ｅ      第２内側当接面
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ    外側当接面
３６ｄ      第１外側当接面
３６ｅ      第２外側当接面
３８        翼部
４０、０１４ａ    内側スペーサ部
４２、０１６ａ、０１６ａ’    外側スペーサ部
４４        第１外側ノズル翼保持部
４６        第２外側ノズル翼保持部
４８        第１内側ノズル翼保持部
５０        第２内側ノズル翼保持部
５２        保持底面
Ｆ０、Ｆ１、Ｆ２    荷重
Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２    曲げモーメント
Ｐ０、Ｐ０’、Ｐ１、Ｐ２    中心点
Ｐｆ        荷重付加点
Ｒｃ        回転軸線
Ｓ          蒸気
【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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