(57)【要約】【課題】蒸気タービンにおいて，蒸気通路部の外周側壁面近傍で生ずる蒸気流れの剥離を抑制することにより、圧力損失が低減することのできる蒸気タービンを提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態では、静翼の上流側の外周側壁面に，タービンの軸方向の下流に向かって流体を噴出する噴出口を設けた蒸気タービンを提供することにより上記目的を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気の流れに順次拡大する蒸気通路部を構成する外周側壁面および内周側壁面間に静翼を
周方向に配列するとともに，前記静翼の下流に動翼を備えた蒸気タービンにおいて，前記
静翼の上流側の前記外周側壁面に，前記タービンの下流に向かって流体を噴出する噴出口
が，周方向に少なくとも１つ形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記噴出口が前記外周壁面に対して３０°から４５°の範囲で流体が噴出されることを特
徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記噴出口から噴出される蒸気の流速は、前記タービンの主流の流速と同じか大きいこと
を特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記噴出口の出口の形状が，2つの楕円を組み合わせた形状からなり，前記楕円のなかで
，楕円の長径を短径で割った値が大きい方の前記楕円を前記蒸気タービンの下流側に用い
，値が小さい方の前記楕円を前記蒸気タービンの上流側に用いることを特徴とする請求項
１記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記外周側壁面のうち、前記静翼よりも上流側であって、前記蒸気通路部を構成する部分
に噴出口が設けられたことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの蒸気通路部の外周壁面近傍に生じる流れの剥離を抑制する蒸気
タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所などに設置される蒸気タービンの低圧部においては，蒸気の大幅な膨張を得る
ために，蒸気通路は下流側にいくほど径方向に拡大する構造となっている。このような蒸
気通路における流れは，下流ほど圧力が高くなる逆圧力こう配が形成されており，このよ
うな流れ場では蒸気通路の壁面から流れが剥離することがある。
【０００３】
この剥離が生じる要因として，動翼の先端と外周側壁面との間から流出する漏れ流れの影
響が挙げられる。この漏れ流れは，動翼の有効部を通過した流れに比べて流速が速い。漏
れ流れが蒸気通路部の壁面近傍において急に減速することと，流路断面積が拡大すること
により，剥離の発生を促す。このような剥離の発生は，蒸気タービンにおけるエネルギー
損失を増加させる要因の一つである。そこで，外周側壁面で生じる剥離を抑制し，損失を
低減させることが必要である。
【０００４】
ここで，蒸気タービンにおける従来例に関して，図５〜図７を用いて具体的に説明する。
図５〜図７蒸気タービンの一例で，蒸気タービン２０１，２０２，２０３の鉛直方向の子
午断面の一部を表す。図５，図６は最終段のタービン段落およびその１段上流のタービン
の断面で，図５は外周側壁面が直線のもの，図６は曲線になっている場合の例を表す。図
７は最終段のタービン段落の断面で，外周側壁面に流体を吸い込む構造を設けたものを表
す。
【０００５】
図５に示すように外周側壁面２１３ａ，２１３ｂ，内周側壁面２１４ａ〜２１４ｄとの間
には蒸気通路部２３１ａが形成される。静翼２１１ａは外周側壁面２１３ａ，内周側壁面
２１４ａとの間に支持され，静翼２１１ｂは外周側壁面２１３ｂ，内周側壁面２１４ｃと
の間に支持されている。静翼２１１ａ，２１１ｂの直下流側にはタービンロータ（図示せ
ず）に植設された動翼２１２ａ，２１２ｂが配置されている。同様に図６では外周壁面２
１３ａ，２１３ｃ，内周側壁面２１４ａ〜２１４ｄとの間には蒸気通路部２３１ｂが形成
され，静翼２１１ａ，２１１ｂは外周面側壁面２１３ａ，２１３ｃ，内周側壁面２１４ａ
，２１４ｃとの間に支持されている。
【０００６】
図５に示す蒸気タービン２０１では，外周側壁面２１３ｂは下流側に向かって直線的に拡
大している。このような，通路２３１ａにおいては，流路の急拡大により，外周側壁面２
１３ｂ近傍において，静翼２１１ｂの入口の直上流側で流れの剥離２２１ｃを生じ，逆流
域２２２ａが発生する。その結果，損失が増加する。
【０００７】
そこで，このような流れの剥離を抑制するために，図６に示すように，外周側壁面２１３
ｃの一部を，緩やかなＳ字状に湾曲した形状の構成にすることがある。つまり動翼の先端
と外周側壁面との間の直後は、外周側壁面の径方向の広がり角を緩やかとし、その後、径
方向の広がり角度を一度急角度で増加させ，その下流側において緩やかに増加するように
形成されている。しかし，このような構成を備えても，流れの剥離２２１ｅが生じる位置
が下流側に移動するだけで，流れの剥離２２１ｅや逆流域２２２ｂが発生する
また，剥離を抑制するために，図７に示すように外周側壁面２１３ｄに穴２１５および穴
２１５に通じた流路２１６を設け，穴２１５から吸引される流れ２２１ｆを発生させ，流
路２１６を通じて動翼２１２ｂのチップ部分に噴出される構成にすることで，剥離を抑制
することがある（特許文献１参照）。しかし，外周壁面２１３ｄ近傍で剥離が発生しない
ようにするためには，強い吸引力が必要になってくる。
【０００８】
また、特許文献２には，周方向に隣り合う静翼同士を連結するシュラウド表面に、ガスの
噴出孔を設ける構造が提案されているが、これにより水滴による動翼の浸食防止や効率の
低下回避にはつながるが、ガスが静翼の水滴にあたるよう、ガスの噴出方向が静翼の長手
方向、すなわち半径方向であるため、蒸気通路壁面からの蒸気流れの剥離からみると、む
しろ助長してしまうことになり、蒸気流れの抑制には効果がない。
【０００９】
さらに、特許文献３には，最終段のタービン段落において，ダイヤフラム外輪と内輪との
間に構成される環状流路において、ダイヤフラム外輪との間に間隔をあけ，かつダイヤフ
ラム外輪に沿って、静翼に環状導風板を取り付けることにより、蒸気流れの剥離の抑制構
造が提案されているが、剥離抑制のために、環状導風板と外輪の壁面とのクリアランスの
調整や、環状導風板を静翼に取り付けるための特別な加工が必要などの課題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−９９４３８号公報
【特許文献２】特開２０１４−７７３９７号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４８０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように，蒸気通路部における流れの剥離の発生を抑制するために，蒸気通路部の形
状を変えるとか，外周側壁面から流れを吸引するなどの対策を施しても，流れの剥離の発
生を抑制することは困難であった。また，近年の蒸気タービンにおける長翼化の傾向から
，蒸気通路部のタービンロータの軸方向に対する径方向の拡大は，さらに増加する傾向に
ある。そのため，従来の蒸気タービンでは，蒸気通路部の外周側壁面近傍で生じる流れの
剥離の発生を抑制することが困難であり，損失が増加するといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
蒸気タービンにおいて，蒸気通路部の外周側壁面近傍で剥離が生じ，その結果，損失が増
加するといった課題があった。そこで，剥離を抑制するために，静翼の上流側の外周側壁
面に，タービンの軸方向の下流に向かって流体を噴出する噴出口を設けた蒸気タービンを
提供することにより上記目的を達成する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１４】
図１に本発明第１の実施形態に関わる構成概略図の断面図，図２に本発明第１の実施形態
に関わる流れの概略図の断面図を示す。図３に本発明第２，第３の実施形態に関わる構成
概略図の断面図の噴出口付近の拡大図，図４に本発明第４の実施形態に関わる構成概略図
の断面図および噴出口の形状の概略図を示す。ここで，図１〜図４は最終段のタービン段
落の断面を示している。
【００１５】
図１は蒸気タービンの一例で，最終段のタービン段落の断面を表す。蒸気タービン１０１
では，外周側壁面１１３，内周側壁面１１４ａ，１１４ｂとの間に蒸気通路１３１が形成
される。静翼１１１は外周側壁面１１３，内周側壁面１１４ａとの間に支持されている。
静翼１１１の直下流側にはタービンロータ（図示せず）に植設された動翼１１２が配置さ
れている。蒸気タービン１０１に対して，外周側壁面１１３のうち、静翼１１１よりも上
流側であって、通路部を構成する壁面１１３ａに噴出口１１を設ける。噴出口１１には流
路１２を通じて，静翼１１１、動翼１１２を構成する段落よりも上流の段落から供給され
た流体が噴出される。したがって噴出される流体は、剥離される流体に比べて高圧となる
ため、その圧力差で、剥離流れに向かって噴出する。
【００１６】
蒸気の流れを具体的に表したのが図２であり、上流の段落からの主流１５１が、静翼１１
１、動翼１１２を通過して流れ１５２となる。外周側壁面１１３近傍で剥離していた流れ
に対して，噴出口１１から流れ１５３が、上記した圧力差により噴出することで，運動量
が供給され，流れ１５４のように，外周側壁面１１３に再付着し，逆流域も解消される。
その結果，流れの剥離による損失の増加を防ぐことができる。
【００１７】
図３に本発明第２および第３の実施形態に関わる噴出口付近の拡大図を示す。図３に示す
ように，外周側壁面１１３に対して，噴出の角度１３が大きすぎると噴出口１１からの流
れの方向が径方向側になる結果、剥離流れを助長してしまい好ましくない。また、噴出の
角度１３が小さすぎても剥離流れ全体に運動量を供給できないため、同様に好ましくない
。このような知見により、噴出口からの流れが３０°から４５°の範囲になるように，外
周側壁面１１３に噴出口１１を設ける。このように，噴出角度１３を３０°から４５°の
範囲にすることで，剥離した流れに対して，軸方向および径方向にバランスよく運動量を
供給できるようになるため，より効果的に流れの外周側壁面への再付着を促すことができ
るようになる。
【００１８】
さらに、噴出口から噴出する流れ１５５の流速は、主流１５１の流速の１．０倍から１．
５倍の範囲になるようにする。主流の流速よりも遅い流れを噴出口から噴出すると，流れ
を減速され，流れの剥離を助長する方向に作用するため，逆流領域を増大させ，損失が増
加してしまうといった問題が起こる。このように，噴出の角度を３０°から４５°の範囲
にすることや，流速を主流の１．０倍から１．５倍の範囲にすることで，逆流領域を増大
させることなく，より効果的に剥離を外周側壁面に再付着させることができるようになる
ため，逆流領域が解消され，流れの剥離による損失の増加を，より効果的に防ぐことがで
きるようになる。
【００１９】
図４に本発明第４の実施形態に関わる構成概略図の断面図および噴出口の形状の概略図を
示す。図４（ａ）のＡの方向からみた噴出口の形状を図４（ｂ）に示す。ここで，図中左
側が上流，右側が下流を表している。また噴出口１４ａから１４ｃは、いずれも同形状で
あり、外周壁面に沿って複数設けられていることを表している。噴出口の形状は、１４ｃ
を使って示すように、二つの楕円１５および１６を組み合わせた形である。具体的には，
二つの楕円のうち，楕円の長径を短径で割った値が小さい方の楕円１５の半分１５ａ（ブ
ラントな楕円、鈍頭部）を上流側に用い，大きい方の楕円１６の半分１６ａ（細長い楕円
、鋭頭部）を下流側に用いた形状を噴出口に用いる。
【００２０】
このように上流側でブラントな楕円，下流側で細長い楕円の組み合わせにすることで，上
流側がブラントになっているため，タービン軸方向に安定して一様な流れを噴出すること
ができ，少ない抵抗で流れを噴出できるとともに，下流側に細い楕円を用いることで，タ
ービン軸方向に広い範囲で，流れを噴出することができるようになる。その結果，より効
果的に剥離した流れの再付着を促すことができるようになるため，流れの剥離による損失
の増加を，より効果的に防ぐことができるようになる。
【００２１】
噴出口および噴出する流れは，上記第１〜第４の実施例を組み合わせてもよい。
【００２２】
このように，静翼の上流側に噴出口を設けて，外周側壁面近傍の剥離した流れに，流れを
噴出して運動量を供給することで，再付着を促し，剥離から再付着までの距離を短くする
ことができる。その結果，剥離による損失が低減され，タービンの効率向上を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に関わる構成概略図
【図２】本発明の第１の実施形態に関わる流れの概略図
【図３】本発明の第２，３の実施形態に関わる構成概略図
【図４】本発明の第４の実施形態に関わる構成概略図
【図５】本発明実施前の形態に関わる構成概略図１（断面図）
【図６】本発明実施前の形態に関わる構成概略図２（断面図）
【図７】本発明実施前の形態に関わる構成概略図３（断面図）
【符号の説明】
【００２４】
Ａ：視点
１１：噴出口
１２：噴出口流路
１３：噴出口角度
１４ａ〜１４ｃ：噴出口形状
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ：楕円
１０１，２０１，２０２，２０３：蒸気タービン
１１１，２１１ａ，２１１ｂ：静翼
１１２，２１２ａ，２１２ｂ：動翼
１１３，２１３ａ〜２１３ｃ：外周側壁面
１１４ａ，１１４ｂ，２１４ａ〜２１４ｄ：内周側壁面
１３１，２３１ａ〜２３１ｃ：蒸気通路部
１５１：主流
１５２，２２１ｄ，２２１ｉ：静翼，動翼を通過する流れ
１５３，１５５，１５６：噴出口からの流れ
１５４：再付着する流れ
２１５：穴
２１６：流路
２２１ａ：静翼に流入する流れ
２２１ｂ：チップ部分漏れ流れ
２２１ｃ，２２１ｅ：流れの剥離
２２２ａ，２２２ｂ：逆流域
２２１ｆ：吸引流れ
２２１ｇ：流路を通過する流れ
２２１ｈ：チップ部分に噴出する流れ
【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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