(57)【要約】【課題】過飽和損失を低減してタービン効率の向上を図ることができる蒸気タービンを提供する。【解決手段】実施形態の蒸気タービン１０は、静翼２５および動翼２１の翼列で構成される複数のタービン段落が配列され、蒸気が流れる環状の蒸気通路２６を備える。段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落において、静翼２５間におけるスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に位置する、蒸気通路２６の内壁面に、この内壁面に沿って流れる蒸気を吸い込む吸い込み口２７、２８を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼および動翼の翼列で構成される複数のタービン段落が配列され、蒸気が流れる環状の蒸気通路を備えた蒸気タービンであって、
段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となる前記タービン段落において、
前記静翼間におけるスロート部または当該スロート部の下流側に位置する、前記蒸気通路の内壁面に、当該内壁面に沿って流れる蒸気を吸い込む吸い込み口を備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記吸い込み口から蒸気を吸い込まない場合に前記静翼間の前記内壁面近傍を流れる蒸気の過冷却度が最大値となる位置よりも上流側に、前記吸い込み孔が備えられて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３】
前記静翼が中空部を有し、
前記静翼間におけるスロート部または当該スロート部の下流側に位置する前記静翼の背側に、前記中空部に連通し、前記静翼の背側に沿って流れる蒸気を吸い込む第２の吸い込み口を備えることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記吸い込み口から蒸気を吸い込まない場合に前記静翼間の前記内壁面近傍を流れる蒸気の過冷却度が最大値となる位置よりも上流側に、前記第２の吸い込み孔が備えられていることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記内壁面が、前記静翼を外周側から支持するダイアフラム外輪の内面、および前記静翼を内周側から支持するダイアフラム内輪の外面の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記吸い込み口が復水器に連通していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記第２の吸い込み口が復水器に連通していることを特徴とする請求項３または４記載の蒸気タービン。
【請求項８】
前記静翼間の前記蒸気通路が、前記スロート部まで絞られ、前記スロート部の下流で拡大し、
前記静翼の後縁よりも下流側の前記内壁面に、前記吸い込み口から吸い込んだ蒸気を前記蒸気通路内に噴出する噴出口を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力タービン、地熱タービンまたは火力タービンのタービン低圧部において、タービンを駆動する蒸気は、高真空まで膨張する。そのため、この蒸気は、最終段のタービン段落付近で、飽和蒸気線を越えて水滴を含む湿り蒸気となる。この水滴が発生する過程および発生した水滴によって、蒸気タービンの信頼性および性能が低下する。なお、飽和蒸気線を越えても、直ちに水滴が発生しない現象があり、これを過飽和と呼ぶ。
【０００３】
信頼性の低下に関しては、水滴が高速で回転する動翼に衝突して発生する動翼のエロージョンが挙げられる。性能の低下に関しては、水滴の発生および成長過程、水滴の挙動に起因する湿り損失が挙げられる。
【０００４】
湿り損失は、水滴の発生および成長過程で起こる、過飽和損失または凝縮損失、水滴が運動することによって起こる、加速損失、制動損失、捕捉損失またはポンプ損失に分類することができる。ここで、過飽和損失は、蒸気の膨張速度が速い場合に起こる損失であり、過飽和状態の蒸気から急激に水滴核が発生して飽和状態に戻る過程で発生する損失である。過飽和状態から飽和状態に戻る際には、凝縮衝撃（復水衝撃）の発生を伴う。
【０００５】
これらの湿り損失を低減するための従来技術としては、水分を除去して水滴の運動に起因する損失を低減する方法と過飽和損失を低減する方法が提案されている。
【０００６】
水分を除去する方法としては、例えば、動翼の遠心力によって外周壁面に飛ばされた水滴を効果的に分離して除去するドレンキャッチャを備える方法が検討されている。また、水分を除去する方法としては、例えば、静翼内部を中空とし、静翼翼面と壁面に形成される水膜を吸引して粗大水滴の発生を抑制するスリットやドレンセパレータを備える方法が検討されている。
【０００７】
一方、過飽和損失を低減する方法としては、例えば、所定の翼高さ位置における静翼の翼弦長を変えることによって圧力の変化割合を小さくする方法が検討されている。また、過飽和損失を低減する方法としては、例えば、微粒子を含む流体を蒸気通路部に噴射する方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−９２１１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の、水分を分離して除去する湿り損失を低減する方法においては、湿り損失の中の制動損失や加速損失の低減に効果を発揮するものの、水滴が発生する際に生じる過飽和損失を抑制する効果はない。また、従来の過飽和損失を低減する方法においては、空気力学や構造設計の観点から翼弦長が制限されたり、噴射された微粒子の回収にコストがかかるなどの欠点を有している。そのため、従来、過飽和損失を低減する有効な手段がなかった。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、過飽和損失を低減してタービン効率の向上を図ることができる蒸気タービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の蒸気タービンは、静翼および動翼の翼列で構成される複数のタービン段落が配列され、蒸気が流れる環状の蒸気通路を備える。そして、蒸気タービンは、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となる前記タービン段落において、前記静翼間におけるスロート部または当該スロート部の下流側に位置する、前記蒸気通路の内壁面に、当該内壁面に沿って流れる蒸気を吸い込む吸い込み口を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蒸気タービンの膨張線図の概要を示した図である。
【図２】蒸気の過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を示した図である。
【図３】蒸気の過冷却度と過飽和損失の関係を示した図である。
【図４】第１の実施の形態の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面を示した図である。
【図５】第１の実施の形態の蒸気タービンにおける最終段のタービン段落の上半側の鉛直方向の子午断面を示した図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面を示した図である。
【図７】他の形状の吸い込み口を備えた第１の実施の形態の蒸気タービンにおける、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示した図である。
【図８】第１の実施の形態の蒸気タービンにおける、蒸気の過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を示した図である。
【図９】第１の実施の形態の蒸気タービンの膨張線図の概要を示した図である。
【図１０】第２の実施の形態の蒸気タービンにおける最終段のタービン段落の上半側の鉛直方向の子午断面を示した図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面を示した図である。
【図１２】第３の実施の形態の蒸気タービンにおける最終段のタービン段落の上半側の鉛直方向の子午断面を示した図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ断面を示した図である。
【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面を参照して説明する。
【００１４】
まず、蒸気タービン（低圧蒸気タービン）の膨張過程について説明する。ここでは、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落を想定している。
【００１５】
図１は、蒸気タービンの膨張線図の概要を示した図である。図１において横軸は、エントロピｓであり、縦軸はエンタルピｈである。なお、図１には、過飽和損失が発生する場合と過飽和損失が発生しない場合の膨張線図が示されている。
【００１６】
図１に示すように、過飽和損失が発生しない場合、蒸気のエンタルピが低下して飽和蒸気線ＳＬに達すると、水滴が発生する。そして、蒸気は、水滴と混合した状態でタービン段落の段落出口に到達する。
【００１７】
一方、過飽和損失が発生する場合、蒸気のエンタルピが、飽和蒸気線ＳＬ以下になっても水滴は発生せず、ウィルソン線ＷＬに達すると、水滴が発生する。この際、急激に水滴が発生するため、凝縮衝撃が発生する。そして、蒸気のエントロピが増加した後、再び蒸気のエンタルピが低下する。そして、蒸気は、エンタルピが低下し、水滴と混合した状態でタービン段落の段落出口に到達する。
【００１８】
図１に示すように、過飽和損失が発生する場合は、過飽和損失が発生しない場合に比べて、熱落差が小さくなる。そのため、熱落差の減少分（Δｈ）が損失となり、効率が低下する。なお、蒸気のエンタルピが、飽和蒸気線ＳＬ以下になってもウィルソン線ＷＬに達するまで蒸気中に水滴が発生しない理由は、水滴核の発生および成長の速度よりも蒸気流速が速いからである。
【００１９】
次に、蒸気の過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を図２を参照して説明する。
【００２０】
図２は、蒸気の過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を示した図である。図２において、横軸は軸方向位置である。この軸方向とは、タービンロータ軸方向、すなわち蒸気の主流が流れる方向である。縦軸は、過冷却度を意味する。
【００２１】
なお、図２には、流れ場において、一流線を形成する蒸気流れにおける過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を示しているが、他の流線を形成する蒸気流れにおいても同様の傾向を示す。
【００２２】
ここで、過冷却度は、過飽和状態における、飽和温度と蒸気温度との温度差（飽和温度−蒸気温度）として定義される。例えば、飽和状態の場合、飽和温度と蒸気温度は等しいため、過冷却度は「０」となる。一方、過飽和状態の場合、蒸気温度は飽和温度を下回るため、「０」よりも大きな値の過冷却度となる。
【００２３】
過飽和損失が発生する場合、エンタルピが飽和蒸気線ＳＬを下回った蒸気の過冷却度は、「０」よりも大きな値となる。その過冷却度は、エンタルピが前述したウィルソン線ＷＬに近づくに伴って増加する。そして、過冷却度は、蒸気のエンタルピがウィルソン線ＷＬに到達したときに最大値となる。図２に示すように、過冷却度が最大値となると凝縮衝撃を発生する。そして、過冷却度は、凝縮衝撃の発生後低下して「０」となる（飽和状態に戻る）。
【００２４】
次に、蒸気の過冷却度と過飽和損失の関係を図３を参照して説明する。
【００２５】
図３は、蒸気の過冷却度と過飽和損失の関係を示した図である。図３に示すように、過飽和損失は、過冷却度が増加するに伴って、増加する。
【００２６】
上記したような蒸気タービンの膨張過程における特性を考慮して、本発明の実施の形態の蒸気タービンにおいては、過冷却度が上記した最大値よりも低い値で凝縮衝撃を発生させることに着目した。そして、これを実現する、以下に示す実施の形態の構成を備えることで、過飽和損失の低減が図られている。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図４は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の鉛直方向の子午断面を示した図である。なお、以下説明する蒸気タービンは、低圧蒸気タービンである。この低圧蒸気タービンとしては、例えば、火力発電設備に備えられる低圧タービンが挙げられる。また、低圧蒸気タービンとしては、原子力発電設備に備えられ、高圧タービンからの排気を例えば湿分分離加熱器などによって再熱した蒸気が導入される蒸気タービン（低圧タービン）などが挙げられる。
【００２８】
図４に示すように、蒸気タービン１０は、ケーシング２０を備える。このケーシング２０内には、動翼２１が植設されたタービンロータ２２が貫設されている。タービンロータ２２には、ロータディスク２２ａが形成され、このロータディスク２２ａに、複数の動翼２１が周方向に植設されている。複数の動翼２１を周方向に備えた動翼翼列は、タービンロータ２２の軸方向に複数段構成されている。なお、タービンロータ２２は、図示しないロータ軸受によって回転可能に支持されている。
【００２９】
ケーシング２０の内周には、ダイアフラム外輪２３が設置され、このダイアフラム外輪２３の内側には、ダイアフラム内輪２４が設置されている。また、ダイアフラム外輪２３とダイアフラム内輪２４との間には、周方向に複数の静翼２５が配置され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ２２の軸方向に動翼翼列と交互に複数段備えられている。そして、静翼翼列と、その直下流側に位置する動翼翼列とで一つのタービン段落を構成している。
【００３０】
複数のタービン段落が配置されることで、主蒸気ＳＴが流れる環状の蒸気通路２６が形成されている。なお、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａやダイアフラム内輪２４の外面２４ａは、静翼２５間における蒸気通路２６の内壁面としても機能している。
【００３１】
また、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となる、例えば、最終段のタービン段落において、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａおよびダイアフラム内輪２４の外面２４ａに、蒸気を吸い込む吸い込み口２７、２８が形成されている。なお、吸い込み口２７、２８については、後に詳しく説明する。
【００３２】
タービンロータ２２とケーシング２０との間には、蒸気の外部への漏洩を防止するために、グランドシール部２９が設けられている。また、タービンロータ２２とダイアフラム内輪２４との間には、この間を蒸気が下流側へ通過するのを防止するために、シール部３０が設けられている。
【００３３】
また、蒸気タービン１０には、クロスオーバ管３１からの蒸気を蒸気タービン１０の内部に蒸気を導入するための蒸気入口管（図示しない）がケーシング２０を貫通して設けられている。最終段のタービン段落の下流側には、タービン段落において膨張仕事をした蒸気を排気するための排気通路（図示しない）が設けられている。この排気通路は、復水器（図示しない）に連通されている。
【００３４】
次に、吸い込み口２７、２８を備えるタービン段落の構成について説明する。
【００３５】
図５は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０における最終段のタービン段落の上半側の鉛直方向の子午断面を示した図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面を示した図である。なお、図６では、ダイアフラム外輪２３に形成された吸い込み口２７を示しているが、ダイアフラム内輪２４に形成された吸い込み口２８も同様の構成である。
【００３６】
また、ここでは、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落の一例を最終段として示しているが、このタービン段落に限られるものではない。すなわち、吸い込み口２７、２８は、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落に備えられる。
【００３７】
図５および図６に示すように、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａに、吸い込み口２７が形成され、ダイアフラム内輪２４の外面２４ａに、吸い込み口２８が形成されている。吸い込み口２７、２８は、周方向に備えられた静翼２５間のスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に位置する。具体的には、吸い込み口２７は、周方向に備えられた静翼２５間で、かつダイアフラム外輪２３の内面２３ａ上におけるスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に位置する。また、吸い込み口２８は、周方向に備えられた静翼２５間で、かつダイアフラム内輪２４の外面２４ａ上におけるスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に位置する。吸い込み口２７、２８が位置するスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側の蒸気通路２６では、蒸気の流速が音速以上となる。
【００３８】
この吸い込み口２７、２８は、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａまたはダイアフラム内輪２４の外面２４ａに沿って音速以上の速度で流れる蒸気の一部を吸い込む。そして、吸い込み口２７、２８から蒸気の一部を吸い込むことで、図５に示すように膨張波Ｗ１が発生する。この膨張波Ｗ１は、蒸気の凝縮衝撃を誘発する。このように吸い込み口２７、２８が位置する流れ場の蒸気の流速が音速以上であることが、膨張波Ｗ１を発生させる条件となる。そのため、吸い込み口２７、２８は、例えば、スロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側の近傍に位置することがより好ましい。
【００３９】
膨張波Ｗ１は、図５に示す断面において、例えば、吸い込み口２７、２８から、半径方向、かつ下流側に広がる。具体的には、膨張波Ｗ１は、図５に示す断面において、例えば、吸い込み口２７から、半径方向内側、かつ下流側に広がる。また、膨張波Ｗ１は、図５に示す断面において、例えば、吸い込み口２８から、半径方向外側、かつ下流側に広がる。なお、膨張波Ｗ１は、周方向にも広がる。
【００４０】
また、吸い込み口２７は、吸い込み口２７から蒸気を吸い込まない場合に静翼２５間のダイアフラム外輪２３の内面２３ａの近傍を流れる蒸気の過冷却度が最大値となる位置よりも上流側に位置する。吸い込み口２８は、吸い込み口２８から蒸気を吸い込まない場合に静翼２５間のダイアフラム内輪２４の外面２４ａの近傍を流れる蒸気の過冷却度が最大値となる位置よりも上流側に位置する。ここで、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合の過冷却度の最大値を、以下において第１の最大値と称する。
【００４１】
なお、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合には、吸い込み口２７、２８を備えない場合も含む。また、換言すると、吸い込み口２７から蒸気を吸い込まない場合とは、膨張波Ｗ１が発生しない場合である。
【００４２】
図５および図６には、蒸気の過冷却度が第１の最大値となる位置を破線Ｘで示している。破線Ｘは、例えば、各流線を形成する蒸気流れにおける過冷却度が第１の最大値となる位置を半径方向に結んだ線である。
【００４３】
また、図５および図６には、本実施の形態における、蒸気の過冷却度が最大値となる位置を実線Ｙで示している。すなわち、実線Ｙは、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込んだ場合に蒸気の過冷却度が最大値となる位置を示している。この実線Ｙは、例えば、各流線を形成する蒸気流れにおける過冷却度が最大値となる位置を半径方向に結んだ線である。なお、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込んだ場合とは、膨張波Ｗ１が発生する場合である。ここで、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込んだ場合の過冷却度の最大値を、以下において第２の最大値と称する。
【００４４】
蒸気の過冷却度が最大値（第１の最大値、第２の最大値）となる位置は、凝縮衝撃が発生する位置に相当する。そのため、図５および図６に示すように、凝縮衝撃が発生する第２の最大値となる位置（実線Ｙ）は、凝縮衝撃が発生する第１の最大値となる位置（破線Ｘ）よりも上流側にある。
【００４５】
ここで、前述した、静翼２５間のダイアフラム外輪２３の内面２３ａの近傍について説明する。なお、静翼２５間のダイアフラム内輪２４の外面２４ａの近傍の定義は、このダイアフラム外輪２３の内面の近傍の定義と同様であるため、その説明を省略する。
【００４６】
蒸気の過冷却度が最大値となる位置において凝縮衝撃が発生するという関係は、例えば、主蒸気が流れる主流域で成立する。静翼２５間の蒸気通路２６において、主流域とは、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａおよびダイアフラム内輪２４の外面２４ａに沿って形成される速度境界層を除く、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａとダイアフラム内輪２４の外面２４ａとの間の蒸気通路２６をいう。
【００４７】
そこで、ここでは、静翼２５間のダイアフラム外輪２３の内面２３ａの近傍を、内面２３ａに沿って形成される速度境界層と主流域との境と定義する。そのため、吸い込み口２７は、内面２３ａに沿って形成される速度境界層と主流域との境を流れる蒸気における過冷却度が第１の最大値となる軸方向位置よりも上流側に位置する。なお、吸い込み口２８は、ダイアフラム内輪２４の外面２４ａに沿って形成される速度境界層と主流域との境を流れる蒸気における過冷却度が第１の最大値となる位置よりも上流側に位置する。
【００４８】
ここで、吸い込み口２７、２８は、例えば、図６に示すように複数の円孔で構成される。なお、円孔は、少なくとも１つ備えられていればよい。吸い込み口２７、２８は、例えば、等間隔に配置される。
【００４９】
なお、吸い込み口２７、２８は、円孔形状に限られるものではない。図７は、他の形状の吸い込み口２７を備えた第１の実施の形態の蒸気タービン１０における、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示した図である。図７に示すように、吸い込み口２７をスリット形状としてもよい。この場合、スリットの長手方向が、例えば、蒸気の流れ方向に対して垂直な方向となるように、スリットが形成される。なお、吸い込み口２８についてもスリット形状としてもよい。
【００５０】
図５に示すように、ダイアフラム外輪２３には、吸い込み口２７に連通する空間部４０が形成されている。また、ダイアフラム内輪２４には、吸い込み口２８に連通する空間部４１が形成されている。これらの空間部４０、４１は、例えば、周方向に亘って延設されている。空間部４０、４１は、吸い込み口２７、２８よりも低圧に設定され、吸い込み口２７、２８から蒸気を空間部４０、４１内に吸い込み可能な状態となっている。ここで、空間部４０、４１は、例えば、吸い込み口２７、２８や空間部４０、４１よりも圧力が低い復水器（図示しない）に連通するように構成される。
【００５１】
次に、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の動作について、図４、図５、図８および図９を参照して説明する。
【００５２】
図８は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０における、蒸気の過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を示した図である。図８には、比較のため、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合（比較例）における、蒸気の過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係も破線で示している。なお、図８において、本実施の形態における流れ場と、比較例における流れ場は、同じ半径方向位置における流れ場である。図９は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の膨張線図の概要を示した図である。
【００５３】
なお、ここでは、主に、吸い込み口２７、２８が備えられたタービン段落の動作について説明する。
【００５４】
図４に示すように、クロスオーバ管３１から蒸気タービン１０内に導入された蒸気は、各タービン段落を通過し、タービンロータ２２を回転させる。段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となる最終段のタービン段落に流入した主蒸気ＳＴは、図５に示すように、周方向に複数配置された静翼２５間の環状の蒸気通路２６を流れる。そして、静翼２５間を通過した蒸気は、動翼２１間の蒸気通路２６を通り、排気通路（図示しない）を通り、復水器（図示しない）に導かれる。
【００５５】
ここで、最終段のタービン段落の静翼２５間を蒸気が流れる際、蒸気の速度は、静翼２５間のスロート部Ｓにおいて音速以上となる。そして、吸い込み口２７から、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａに沿って音速以上の速度で流れる蒸気の一部を吸い込む。また、吸い込み口２８から、ダイアフラム内輪２４の外面２４ａに沿って音速以上の速度で流れる蒸気の一部を吸い込む。これによって、図５に示すように膨張波Ｗ１が発生する。なお、吸い込み口２７、２８から吸い込まれた蒸気は、空間部４０、４１を介して、例えば、復水器（図示しない）に導かれる。
【００５６】
膨張波Ｗ１の上流側では、膨張波Ｗ１の発生によって圧力および温度が低下する。この膨張波Ｗ１によって蒸気の凝縮衝撃が誘発される。これによって、図８に示すように、本実施の形態における凝縮衝撃が発生する軸方向位置は、比較例における凝縮衝撃が発生する軸方向位置よりも上流側となる。なお、図８には、流れ場における、一流線を形成する蒸気流れにおける過冷却度と凝縮衝撃の発生位置の関係を示しているが、他の流線を形成する蒸気流れにおいても同様の傾向を示す。
【００５７】
また、凝縮衝撃が発生する際、過冷却度は、本実施の形態（第２最大値）の方が比較例（第１最大値）よりも低い。前述したように、過飽和損失は過冷却度に比例するため、過冷却度が低ければ過飽和損失も低くなる（図３参照）。
【００５８】
ここで、図９を参照して膨張線図を考えると、本実施の形態における蒸気のウィルソン線ＷＬ１は、前述した図１におけるウィルソン線ＷＬよりも飽和蒸気線ＳＬに近づく。さらに、本実施の形態においては、凝縮衝撃が発生する過冷却度が低いため、エンタルピが低下してウィルソン線ＷＬ１に達した後のエントロピの増加が抑制される。なお、図９において、本実施の形態は、過飽和損失が発生する場合に相当するが、比較のため、過飽和損失が発生しない場合も示している。
【００５９】
そのため、熱落差の減少分（Δｈ１）は、前述した図１における熱落差の減少分（Δｈ）よりも小さくなる。これによって、本実施の形態の蒸気タービン１０においては、過飽和損失が低減され、タービン効率の向上を図ることができる。
【００６０】
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン１０によれば、静翼２５間のスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に備えられた吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込むことで、膨張波Ｗ１を発生させることができる。これによって、凝縮衝撃が発生する軸方向位置を、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合に凝縮衝撃が発生する軸方向位置よりも上流側とすることができる。そのため、過冷却度が低い状態で過飽和蒸気から飽和蒸気に戻すことができるため、過飽和損失を低減することができる。そして、タービン効率の向上を図ることができる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施の形態の蒸気タービン１１における最終段のタービン段落の上半側の鉛直方向の子午断面を示した図である。図１１は、図１０のＢ−Ｂ断面を示した図である。なお、図１１では、ダイアフラム外輪２３に形成された吸い込み口２７を示しているが、ダイアフラム内輪２４に形成された吸い込み口２８も同様の構成である。また、第１の実施の形態の蒸気タービン１０と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００６２】
第２の実施の形態の蒸気タービン１１において、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落の静翼２５の構造以外は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と同じである。そのため、ここでは、この静翼２５の構造について主に説明する。なお、第１の実施の形態と同様に、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落を最終段として説明する。
【００６３】
図１０および図１１に示すように、最終段のタービン段落を構成する静翼５０は、内部に中空部５１を有する中空構造の静翼である。静翼５０の背側５０ａには、翼高さ方向に吸い込み口６０が形成されている。この吸い込み口６０は、静翼５０の中空部５１に連通している。なお、この吸い込み口６０は、第２の吸い込み口として機能する。
【００６４】
ここで、ダイアフラム外輪２３には、周方向に形成された空間部４０と静翼５０の中空部５１とを連通させるための連通孔５５が形成されている。また、ダイアフラム内輪２４には、周方向に形成された空間部４１と静翼５０の中空部５１とを連通させるための連通孔５６が形成されている。
【００６５】
吸い込み口６０は、前述した吸い込み口２７、２８と同じ範囲に形成される。すなわち、吸い込み口６０は、周方向に備えられた静翼２５間のスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に位置する。具体的には、吸い込み口６０は、周方向に備えられた静翼２５間で、かつ吸い込み口６０が形成される翼高さ位置におけるスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に位置する。また、吸い込み口６０は、蒸気の過冷却度が第１の最大値となる位置よりも上流側に位置する。
【００６６】
吸い込み口６０から静翼５０の背側５０ａの表面に沿って流れる音速以上の蒸気の一部を吸い込むことで、図１０に示すように膨張波Ｗ２が発生する。この膨張波Ｗ２は、図１０に示す断面において、例えば、吸い込み口６０から、半径方向、かつ下流側に広がる。なお、膨張波Ｗ２は、周方向にも広がる。ここでは、吸い込み口２７、２８に加えて、吸い込み口６０をさらに備えることで、翼高さ方向に亘って均一に膨張波を発生させることができる。
【００６７】
膨張波Ｗ２は、前述した膨張波Ｗ１と同様に、蒸気の凝縮衝撃を誘発する。図１０および図１１には、図５および図６と同様に、蒸気の過冷却度が第１の最大値となる位置を破線Ｘで、蒸気の過冷却度が第２の最大値となる位置を実線Ｙで示している。蒸気の過冷却度が最大値となる位置は、凝縮衝撃が発生する位置に相当することから、膨張波Ｗ１、Ｗ２を発生させることで、例えば、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合に蒸気の凝縮衝撃が発生する位置よりも上流側で凝縮衝撃を発生させることができる。
【００６８】
ここで、吸い込み口６０は、例えば、図１０に示すように複数の円孔で構成される。なお、円孔は、少なくとも１つ備えられていればよい。吸い込み口６０は、例えば、翼高さ方向に等間隔に配置される。なお、吸い込み口６０は、円孔形状に限られるものではない。例えば、吸い込み口６０をスリット形状としてもよい。この場合、スリットの長手方向は、例えば、翼高さ方向または翼高さ方向に垂直な方向であってもよい。
【００６９】
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン１１によれば、静翼２５間のスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に備えられた吸い込み口２７、２８に加えて、静翼２５に吸い込み口６０を備え、これらの吸い込み口２７、２８、６０から蒸気を吸い込むことで、静翼５０間の蒸気通路に膨張波を均一に発生させることができる。これによって、凝縮衝撃が発生する軸方向位置を、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合に凝縮衝撃が発生する軸方向位置よりも上流側とすることができる。そのため、過冷却度が低い状態で過飽和蒸気から飽和蒸気に戻すことができるため、過飽和損失を低減することができる。そして、タービン効率の向上を図ることができる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
図１２は、第３の実施の形態の蒸気タービン１２における最終段のタービン段落の上半側の鉛直方向の子午断面を示した図である。図１３は、図１２のＣ−Ｃ断面を示した図である。なお、図１３では、ダイアフラム外輪２３に形成された吸い込み口２７および噴出口７０を示しているが、ダイアフラム内輪２４に形成された吸い込み口２８および噴出口７２も同様の構成である。また、第１の実施の形態の蒸気タービン１０と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００７１】
第３の実施の形態の蒸気タービン１２では、吸い込み口２７、２８から吸い込まれた蒸気を蒸気通路２６内に噴出する構成を備えた以外は、基本的に第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と同じである。そのため、ここでは、吸い込み口２７、２８から吸い込まれた蒸気を蒸気通路２６内に噴出する構成について主に説明する。なお、第１の実施の形態と同様に、段落入口で乾き蒸気であり、段落出口で湿り蒸気となるタービン段落を最終段として説明する。
【００７２】
図１２および図１３に示すように、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａには、連通路７１を介して吸い込み口２７に連通する噴出口７０が形成されている。この噴出口７０は、吸い込み口２７から吸い込んだ蒸気を蒸気通路２６内に噴出する。噴出口７０は、図１３に示すように、静翼２５の後縁を周方向に結んだ後縁線Ｚよりも下流側の内面２３ａに形成されている。吸い込み口２７における圧力は、噴出口７０における圧力よりも高い。そのため、吸い込み口２７から吸い込んだ蒸気を噴出口７０から噴出することができる。そして、噴出口７０から噴出された蒸気は、再び動翼２１に対して仕事をする。
【００７３】
これと同様に、ダイアフラム内輪２４の外面２４ａには、連通路７３を介して吸い込み口２８に連通する噴出口７２が形成されている。この噴出口７２は、吸い込み口２８から吸い込んだ蒸気を蒸気通路２６内に噴出する。噴出口７２は、静翼２５の後縁を周方向に結んだ後縁線Ｚよりも下流側の外面２４ａに形成されている。吸い込み口２８における圧力は、噴出口７２における圧力よりも高い。そのため、吸い込み口２８から吸い込んだ蒸気を噴出口７２から噴出することができる。
【００７４】
また、噴出口７０、７２は、動翼２１よりも上流側に位置している。噴出口７２は、例えば、図１３に示すように、同じタービンロータ軸方向位置に、周方向に等間隔に形成されてもよい。
【００７５】
ここでは、吸い込み口２７、２８として複数の円孔を示したが、例えば、吸い込み口２７、２８をスリットとした場合、噴出口７０、７２をスリットとしてもよい。
【００７６】
ここで、静翼２５の形状は、例えば、静翼２５間の蒸気通路２６が、スロート部Ｓまで絞られ、スロート部Ｓの下流で拡大する形状であることが好ましい。具体的には、例えば、図１３に示すように、スロート部Ｓよりも下流側の静翼２５の後縁部を腹側が凸となるように湾曲された形状などが例示できる。
【００７７】
静翼２５をこのような形状にすることで、吸い込み口２７、２８と噴出口７０、７２との間の差圧を大きくすることができる。これによって、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込み、その蒸気を噴出口７０、７２から蒸気通路２６に噴出するという動作を確実に行うことができる。なお、例えば、図６に示すような、スロート部Ｓの下流側で蒸気通路２６が拡大しないような静翼においても、本実施の形態を適用することができる。
【００７８】
上記したように、第３の実施の形態の蒸気タービン１２によれば、静翼２５間のスロート部Ｓまたはこのスロート部Ｓの下流側に備えられた吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込むことで、膨張波Ｗ１を発生させることができる。これによって、凝縮衝撃が発生する軸方向位置を、吸い込み口２７、２８から蒸気を吸い込まない場合に凝縮衝撃が発生する軸方向位置よりも上流側とすることができる。そのため、過冷却度が低い状態で過飽和蒸気から飽和蒸気に戻すことができるため、過飽和損失を低減することができる。そして、タービン効率の向上を図ることができる。
【００７９】
また、吸い込み口２７、２８から吸い込んだ蒸気を、動翼２１より上流側の噴出口７０、７２から噴出することができる。これによって、噴出口７０、７２から噴出された蒸気は、動翼２１で仕事をするため、タービン効率の向上を図ることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態の構成に、第２の実施の形態の構成を適用してもよい。すなわち、本実施の形態において、最終段のタービン段落の静翼を吸い込み口６０を備えた中空構造の静翼で構成してもよい。
【００８１】
ここで、上記した第１〜第３の実施の形態の蒸気タービン１０、１１、１２では、最終段のタービン段落のダイアフラム外輪２３の内面２３ａに吸い込み口２７を形成し、ダイアフラム内輪２４の外面２４ａに吸い込み口２８を形成した一例を示したが、この構成に限られるものではない。
【００８２】
吸い込み口は、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａまたはダイアフラム内輪２４の外面２４ａに形成されてもよい。一般に、静翼２５の翼高さ方向の蒸気の速度分布から、ダイアフラム内輪２４側の蒸気の流速が大きい。そのため、凝縮衝撃は、ダイアフラム内輪２４側ほど強く発生する。このことから、例えば、吸い込み口を、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａまたはダイアフラム内輪２４の外面２４ａに設ける場合、過飽和損失を低減する観点から、吸い込み口をダイアフラム内輪２４の外面２４ａに設けることがより好ましい。
【００８３】
このように、吸い込み口を、ダイアフラム外輪２３の内面２３ａまたはダイアフラム内輪２４の外面２４ａに形成した場合においても、吸い込み口から音速以上の速度で流れる蒸気の一部を吸い込むことで、膨張波を発生することができる。そして、過冷却度が低い状態で過飽和蒸気から飽和蒸気に戻して、過飽和損失を低減し、タービン効率の向上を図ることができる。
【００８４】
以上説明した実施形態によれば、過飽和損失を低減してタービン効率の向上を図ることが可能となる。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，１１，１２…蒸気タービン、２０…ケーシング、２１…動翼、２２…タービンロータ、２２ａ…ロータディスク、２３…ダイアフラム外輪、２３ａ…内面、２４…ダイアフラム内輪、２４ａ…外面、２５，５０…静翼、２６…蒸気通路、２７，２８，６０…吸い込み口、２９…グランドシール部、３０…シール部、３１…クロスオーバ管、４０，４１…空間部、５０ａ…背側、５１…中空部、５５，５６…連通孔、７０，７２…噴出口、７１，７３…連通路。
【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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【図１２】
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【図１３】
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