特許 6518526 軸流タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6518526

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】軸流タービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/04 20060101AFI20190513BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20190513BHJP

【ＦＩ】

   F01D9/04

   F01D9/02 101

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-122895(P2015-122895)

(22)【出願日】2015年6月18日

(65)【公開番号】特開2017-8756(P2017-8756A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2017年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福島 久剛

(72)【発明者】

【氏名】工藤 健

(72)【発明者】

【氏名】妹尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】小野 英樹

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２０３３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１７０６１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／００４３７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭４９−１１４３０２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ９／０４

９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上流側ダイヤフラム外輪と上流側ダイヤフラム内輪の間に周方向に配列された複数の上流側静翼と、
タービンロータの外周側に設けられ、周方向に配列された複数の上流側動翼と、
前記上流側動翼の先端に設けられ、前記上流側ダイヤフラム外輪の内壁面と間隙を空けて対向するカバーとを有する上流側タービン段落と、
前記上流側タービン段落の下流側に設けられ、内周側端壁面をフレア形状に形成した下流側ダイヤフラム外輪と、
前記下流側ダイヤフラム外輪と下流側ダイヤフラム内輪の間に周方向に配列された複数の下流側静翼と、
前記タービンロータの外周側に設けられ、周方向に配列された複数の下流側動翼とを有する下流側タービン段落とを備え、
前記カバーの内周側壁面のスラント角度よりも、前記下流側ダイヤフラム外輪における内周側端壁面のフレア角度が大きく形成された軸流タービンにおいて、
前記下流側ダイヤフラム外輪における内周側端壁面の子午面形状を、前記上流側動翼と前記下流側静翼の前縁の間において、１つの変曲点を有し、かつ前記変曲点における蒸気流れ方向に対する接線の傾きが正となるようにＳ字状に湾曲させた
ことを特徴とする軸流タービン。

【請求項2】

請求項１に記載の軸流タービンにおいて、
前記カバーの外周側壁面と対向する前記上流側ダイヤフラム外輪の内周側端壁面の半径位置を、前記下流側ダイヤフラム外輪の内周側端壁面の最小半径位置よりも大きくなるように構成した
ことを特徴とする軸流タービン。

【請求項3】

請求項１または２に記載の軸流タービンにおいて、
前記上流側タービン段落と前記下流側タービン段落の間における前記下流側ダイヤフラム外輪における内周側端壁面の子午面形状を、ベジエ曲線で形成した
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、軸流タービンに関する。

【背景技術】

【0002】

発電プラントなどに用いられるガスタービンや蒸気タービンは、作動流体の流れの方向により軸流タービン、斜流タービン、ラジアルタービンの三種類に大別される。作動流体は、軸流タービンではタービンの回転軸方向に流れ、斜流タービンでは回転軸から斜めに広がるように流れ、ラジアルタービンでは回転径方向に流れる。これらのうち、特に、軸流タービンは中・大容量の発電プラントに適し、大型の火力発電所での蒸気タービンなどに広く一般的に採用されている。

【0003】

ところで、近年、経済性向上と環境負荷低減の観点から、発電プラントの更なる発電効率向上が求められており、タービンに対する高性能化が重要な課題になっている。タービン性能を支配する要因として、段落損失、排気損失、機械損失などが挙げられるが、環帯面積を大きくする、すなわち翼長や平均直径を大きくすることで、最終段落において回収する作動流体の運動エネルギーを大きくし、排気損失を低減することが効果的であると考えられている。

【0004】

しかし、環帯面積を大きくすることに伴い以下の課題が生じる。（１）動翼とロータに作用する応力が大きくなる。（２）動翼先端側で流入速度が超音速になり損失が増加する可能性が増える。（３）外周側の拡大流路部で剥離が起きる可能性が増大する。（４）動翼先端側の水滴によるエロージョン量が大きくなる可能性が増大する。このうち、（３）外周側の拡大流路部で剥離が起きる可能性が増大するという課題は、損失発生の要因となるだけではなく、剥離の下流に位置するタービン段落のフローパターンへも影響する可能性があり、非常に重要な課題である。

【0005】

このような課題に対して、最終段のタービン段落におけるダイヤフラム外輪とダイヤフラム内輪との間にダイヤフラム外輪形状に沿った環状導風板を設置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この環状導風板により、環状流路を形成することで、外周側の拡大流路部における剥離や逆流の発生を防止することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】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】

【0007】

ところで、外周側の拡大流路部、すなわちダイヤフラム外輪の内周側端壁面において剥離が生じた場合、剥離下流に位置する静翼において過大な径方向速度成分を誘起するため、静翼下流の動翼へ流入する際には、意図せぬ流出角の変化が生じる可能性がある。

【0008】

また、剥離を抑制する従来技術として静翼の内部において、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面の子午面形状をＳ字状に湾曲させた構成としたものがあるが、静翼において過大な径方向速度成分を誘起する形状であることに違いはないので、剥離が生じた場合と同様の課題が生じる可能性がある。

【0009】

特許文献１は、剥離やダイヤフラム外輪の内周側端壁面の子午面形状が下流側タービン段落のフローパターンに与える影響については開示していない。このため、剥離を抑制したとしても、下流側タービン段落のフローパターンが変化したことによる付随的な損失が生じる可能性が残り、十分な効率向上効果を得られない可能性がある。

【0010】

本発明は上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、下流側タービン段落のフローパターンに影響を与えることなく、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面で生じる剥離を抑制することができる高効率で高性能な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】

【0011】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、上流側ダイヤフラム外輪と上流側ダイヤフラム内輪の間に周方向に配列された複数の上流側静翼と、タービンロータの外周側に設けられ、周方向に配列された複数の上流側動翼と、前記上流側動翼の先端に設けられ、前記上流側ダイヤフラム外輪の内壁面と間隙を空けて対向するカバーとを有する上流側タービン段落と、前記上流側タービン段落の下流側に設けられ、内周側端壁面をフレア形状に形成した下流側ダイヤフラム外輪と、前記下流側ダイヤフラム外輪と下流側ダイヤフラム内輪の間に周方向に配列された複数の下流側静翼と、前記タービンロータの外周側に設けられ、周方向に配列された複数の下流側動翼とを有する下流側タービン段落とを備え、前記カバーの内周側壁面のスラント角度よりも、前記下流側ダイヤフラム外輪における内周側端壁面のフレア角度が大きく形成された軸流タービンにおいて、前記下流側ダイヤフラム外輪における内周側端壁面の子午面形状を、前記上流側動翼と前記下流側静翼の前縁の間において、１つの変曲点を有し、かつ前記変曲点における蒸気流れ方向に対する接線の傾きが正となるようにＳ字状に湾曲させたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、下流側タービン段落のフローパターンに影響を与えることなく、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面で生じる剥離を抑制することができる高効率で高性能な軸流タービンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の軸流タービンの第１の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。

【図2】従来の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。

【図3】従来の蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する周方向速度分布を示す特性図である。

【図4】従来の蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する軸方向速度分布を示す特性図である。

【図5】本発明の軸流タービンの第１の実施の形態における蒸気流れ方向位置に対する流路断面積変化率を示す特性図である。

【図6】本発明の軸流タービンの第２の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。

【図7】本発明の軸流タービンの第２の実施の形態における蒸気流れ方向位置に対する流路断面積変化率を示す特性図である。

【図8】本発明の軸流タービンの第２の実施の形態である蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する軸方向速度分布を示す特性図である。

【図9】本発明の軸流タービンの第３の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。

【図10】本発明の軸流タービンの第４の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。

【図11】本発明の軸流タービンの第４の実施の形態である蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する軸方向速度分布を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の軸流タービンの実施の形態を図面を用いて説明する。
なお、各図面を通して、同等の構成要素には同一の符号を付してある。説明の便宜上、各符号に対して、上流側タービン段落の構成部品には「ａ」、下流側タービン段落の構成部品には「ｂ」を加えて示している。また、以下の各実施の形態は、本発明を蒸気タービン低圧段に適用した例で説明しているが、本発明の作用効果は、蒸気タービン高中圧段や作動流体が異なるガスタービンであっても同様であり、本発明は軸流タービン全般に適用することが可能である。また、本発明に係る各実施の形態の構成の理解を容易にするため、図面の一部の寸法を誇張して示した部分もある。

【実施例1】

【0015】

図１は本発明の軸流タービンの第１の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る蒸気タービンのタービン段落は、回転可能に支承されたタービンロータ３と、タービンロータ３に周方向に１枚または複数枚固定されたタービン動翼５ａ，５ｂと、図示しないケーシングの内周に設けられたダイヤフラム外輪１ａ，１ｂと、ダイヤフラム外輪１ａ，１ｂの内側に設けられたダイヤフラム内輪２ａ，２ｂと、ダイヤフラム外輪１ａ，１ｂとダイヤフラム内輪２ａ，２ｂの間にタービン周方向に１枚または複数枚固定されたタービン静翼４ａ，４ｂから構成されている。

【0016】

また、タービン動翼５ａ，５ｂのタービン回転径方向外周側の先端にはカバー６ａ，６ｂが設けられており、カバー６ａ，６ｂとダイヤフラム外輪１ａ，１ｂとの間隙において、ダイヤフラム外輪１ａ，１ｂからタービンロータ３の径方向に突出するように設けられた外周側径方向シールフィン７ａ，７ｂを備えている。

【0017】

さらに、タービンロータ３とダイヤフラム内輪２ａ，２ｂとの間隙においても、ダイヤフラム内輪２ａ，２ｂからタービンロータ３の径方向に突出するように設けられた内周側径方向シールフィン８ａ，８ｂを備えている。これら径方向シールフィンは間隙を最小化し、漏れ流れを抑制するためタービンロータ３の回転軸方向に複数枚設けられている。

【0018】

また、下流側タービン段落のダイヤフラム外輪１ｂにおける内周側端壁面の子午面形状は、上流側タービン段落のタービン動翼５ａと下流側タービン段落のタービン静翼４ｂの段落間において変曲点Ｈを有すると共に、蒸気流れ方向に対する変曲点Ｈにおける接線の傾きが正となる（蒸気流れ方向に向けて増加する）ように構成されている。

【0019】

蒸気主流９は、上流側のタービン段落に流入した際に、その大半がタービン静翼４ａへ流入し、一部はダイヤフラムリークとして、静止体であるダイヤフラム内輪２ａと回転体であるタービンロータ３の間に形成された漏れ流路へと流入する。

【0020】

タービン静翼４ａから流出した蒸気主流９は、前記ダイヤフラムリークと合流し、その大半がタービン動翼５ａへと流入する。このとき、一部はチップリークとして、静止体であるダイヤフラム外輪１ａと回転体であるカバー６ａの問に形成された漏れ流路へと流入する。

【0021】

タービン動翼５ａから流出した蒸気主流９はチップリークと合流し、下流側のタービン段落へ流入する。

【0022】

ここで、本実施の形態における本発明の作用効果の理解を容易にするために、図２を用いて従来の蒸気タービンにおけるタービン段落の流れの状況について説明する。図２は従来の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。

【0023】

図２において、上流側タービン段落のタービン動翼５ａから流出した蒸気主流９はカバー６ａをバイパスしたチップリーク１０と合流し、下流側タービン段落へと流入する。下流側タービン段落の流路では、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面にフレアが存在するので、下流に向かうにつれて流路面積が拡大する流路が形成されている。

【0024】

ここで、本明細書においては、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面の子午断面をなす線分と回転軸方向の線分とがなす角度をフレア角度という。このフレア形状の流路において、フレア角度が大きくて流路面積の拡大に、流体である蒸気の膨張が追従できない場合に、図２に示す剥離１１が生じる。

【0025】

また、上流側タービン段落のタービン動翼５ａと下流側タービン段落のタービン静翼４ｂの段落間の流路はディフューザとしても機能し、蒸気主流９が圧力回復する。このため、逆圧力勾配が形成されるので、剥離１１を助長することになる。この剥離１１は蒸気タービンの損失を増加させる要因となる。

【0026】

さらに、下流側タービン段落のダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面は、子午断面をなす線分を直線状に形成されることが一般的である。このため、ダイヤフラム外輪１ｂの最上流側において流路断面積変化率が不連続に変化する。図２において、流路断面積は、上流側タービン段落のダイヤフラム外輪１ａの内周側端壁面の下流側において、一定値の範囲が設けられている。この流路断面積一定値の範囲の下流にフレア角度を有するダイヤフラム外輪１ｂの最上流側が接続されている。このため、この接続点において、流路断面積変化率は、０から一定値に不連続に変化する。

【0027】

このように、流路断面積変化率が不連続であることも、剥離１１を助長する要因となる。さらに、剥離１１は損失要因となるだけでなく、そのプロッケージ効果により過度な径方向速度成分を有した流れ１２を誘起する。この剥離により誘起された流れ１２は翼高さ方向の流量配分にも影響するため、下流側タービン段落の静翼４ｂから流出する際の速度三角形にも影響する。

【0028】

その結果、動翼５ｂに対する蒸気流入角が変化し、インシデンス損失が増加するなど付随的な損失が生じる。すなわち、従来の蒸気タービンでは、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面におけるフレア角度が大きい場合に、剥離が生じるとともに、剥離下流に位置するタービン段落のフローパターンが変化するため、過度に損失が生じる。

【0029】

次に、チップリーク１０がダイヤフラム外輪の内周側端壁面において生じる剥離１１に与える影響について図２乃至４を用いて説明する。図３は従来の蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する周方向速度分布を示す特性図、図４は従来の蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する軸方向速度分布を示す特性図である。図３において、横軸は動翼回転方向を正方向とする周方向速度を示し、縦軸はタービン動翼５ａの翼高さを示す。図４において、横軸は上流から下流を正方向とする軸方向速度を示し、縦軸はタービン動翼５ａの翼高さを示す。

【0030】

図２において、カバー６ａをバイパスしたチップリーク１０はタービン動翼５ａにおいて転向することなく下流へと向かうため、大きな周方向速度成分を残したまま蒸気主流９と合流することになる。

【0031】

そのため、タービン動翼５ａの下流では、図３のような翼先端側で大きな周方向速度を有した分布を形成する。チップリーク１０が有する周方向速度成分は蒸気主流９に対して遠心力を作用させるため、剥離１１を抑制する効果がある。また、チップリーク１０は外周側径方向シールフィン７ａから流出する際に噴流として流出するため、大きな軸方向速度成分も有している。そのため、タービン動翼５ａの下流では、図４のような翼先端側で大きな軸方向速度を有した分布を形成する。チップリーク１０が有する周方向速度成分は剥離１１を抑制する作用を有していたが、軸方向速度成分はダイヤフラム剥離を誘起する作用がある。すなわち、この軸方向速度成分を減衰させることでも剥離１１の抑制を期待できる。

【0032】

次に、本実施の形態における構成及び作用の詳細を図１及び図５を用いて説明する。図５は本発明の軸流タービンの第１の実施の形態における蒸気流れ方向位置に対する流路断面積変化率を示す特性図である。図５において、横軸は蒸気流れ方向の位置を示し、縦軸は流路断面積変化率を示す。

【0033】

図１に示すように、本実施の形態においては、下流側タービン段落のダイヤフラム外輪１ｂにおける内周側端壁面の子午面形状を、上流側タービン段落のタービン動翼５ａと下流側タービン段落のタービン静翼４ｂの段落間において変曲点Ｈを有すると共に、蒸気流れ方向に対する変曲点Ｈにおける接線の傾きが正となるように、Ｓ字状に湾曲させている。

【0034】

このように、Ｓ字状に湾曲させることで、下流側タービン段落のタービン静翼４ｂ内部におけるフレア角度を維持したまま、カバー６の内周側壁面の傾き（スラント角度という）にダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面のフレア角度を近づけることができる。ここで、本明細書においては、カバー６の内周側壁面の子午断面をなす線分と回転軸方向の線分とがなす角度をスラント角度という。

【0035】

本実施の形態と異なり、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面を直線状に形成した従来例の場合、図５に示すように、下流側タービン段落のダイヤフラム入口の位置Ｐ１において流路断面積変化率が不連続に変化する。これに対し、本実施の形態では、Ｓ字状に湾曲させることで連続的に変化させることができる。

【0036】

すなわち、下流側タービン段落のダイヤフラム入口近傍においても流路が緩やかに拡大するため、蒸気主流９は端壁面で剥離することなく下流へと流れることができる。また、Ｓ字状に湾曲させることで変曲点Ｈ近傍における流路断面積変化率が大きくなるが、直線状に形成した場合に比べ最大値を取る位置が下流に移っている。そのため、蒸気主流９は漏れ流れと混合拡散するとともに、端壁面近傍において壁面摩擦により減速することになる。

【0037】

また、軸方向速度成分が低減された状態で流路断面積変化率が大きな位置に到達することになり、流路断面積の変化に蒸気主流９が追従することができる。このことにより、剥離を抑制することができる。さらに、この剥離を抑制することにより過度な径方向速度分布を誘起することなく下流側タービン段落に流入することができる。

【0038】

したがって、本実施の形態では、下流タービン段落のフローパターンに影響を与えることなく、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面で生じる剥離を抑制することができる。

【0039】

さらに、剥離を抑制するという観点からダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面のフレア角度を大きくとることができないため、従来の蒸気タービンでは段落間の距離をある程度必要としていたが、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面をＳ字状に湾曲させることでフレア角度を変更することなく段落問の距離を縮めることができる。

【0040】

すなわち、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面をＳ字状に湾曲させることで蒸気タービンの短軸化も図ることができる。本実施の形態では、カバー６の外周側壁面の形状をフラット状にした場合を図示しているが、ステップ状など他の形状であっても本発明の効果は変わらない。

【0041】

上述した本発明の軸流タービンの第１の実施の形態によれば、下流側タービン段落のフローパターンに影響を与えることなく、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面で生じる剥離を抑制することができる高効率で高性能な軸流タービンを提供することができる。

【実施例2】

【0042】

以下、本発明の軸流タービンの第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明の軸流タービンの第２の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図、図７は本発明の軸流タービンの第２の実施の形態における蒸気流れ方向位置に対する流路断面積変化率を示す特性図、図８は本発明の軸流タービンの第２の実施の形態である蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する軸方向速度分布を示す特性図である。図６乃至８において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0043】

図６に示す本発明の軸流タービンの第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、上流側タービン段落のタービン動翼５ａのカバー６ａの内周側壁面が傾斜している点が異なっている。換言すると、第１の実施の形態におけるカバー６ａのスラント角度は０度であったのに対して、本実施の形態では、スラント角度を有している点が異なる。

【0044】

カバー６ａの内周側壁面がスラント角度を有していることで、ダイヤフラム外輪１ｂのタービン静翼内における端壁面のフレア角度との差を小さくできるため、より滑らかな流路面を形成することができる。

【0045】

図７において、横軸は蒸気流れ方向の位置を示し、縦軸は流路断面積変化率を示す。また、破線は従来例の特性を、一点鎖線はスラント角度なしの特性を、実線はスラント角度ありの特性をそれぞれ示している。

【0046】

本実施の形態においては、図７に示す通り、流路断面積変化率も連続的かつより緩やかに変化させることができる。すなわち、流路断面積の変化に蒸気主流９がより追従しやすくなり、蒸気主流９がダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面で剥離することなく下流へと流れることができる。

【0047】

さらに、本実施の形態においては、カバー６ａの内周側壁面がスラント角度を有していることで、カバー６ａの厚みに起因するウェークも低減することができ、チップリーク１０と蒸気主流９の混合拡散を加速させることができる。

【0048】

図８において、横軸は上流から下流を正方向とする軸方向速度を示し、縦軸はタービン動翼５ａの翼高さを示す。また、破線はスラント角度なしの特性を、実線はスラント角度ありの特性をそれぞれ示している。本実施の形態においては、スラント角度を有していることにより、チップリーク１０と蒸気主流９の混合拡散を加速できるので、図８に示すように翼先端側において軸方向速度を低減することができ、剥離１１をより効果的に抑制することできる。

【0049】

したがって、本実施の形態では、より効果的に下流タービン段落のフローパターンに影響を与えることなく、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面で生じる剥離を抑制することができる。

【0050】

上述した本発明の軸流タービンの第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【実施例3】

【0051】

以下、本発明の軸流タービンの第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図９は本発明の軸流タービンの第３の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図である。図９において、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0052】

図９に示す本発明の軸流タービンの第３の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面の子午断面におけるＳ字形状をベジエ曲線として形成した点が異なる。本実施の形態の構成の詳細を第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

【0053】

本実施の形態では、Ｓ字状端壁面を２次のベジエ曲線２つから構成したことを特徴とする。そのため、２つの制御点を決定する必要がある。まず、１つ目の制御点の求め方について説明する。

【0054】

図９において、ダイヤフラム外輪１ｂの内周側端壁面の子午断面の最上流に位置する点Ａ１４とタービン静翼４ｂの翼先端前縁に位置する点Ｂ１５の中点Ｃ１６を求める。

【0055】

次に、カバー６ａの内周側壁面の最下流に位置する点Ｄ１７と、点Ｄ１７からカバー６ａの内周側壁面を延長した直線上にあって、中点Ｃ１６、点Ｄ１７と二等辺三角形を形成する点Ｅ１８を求める。

【0056】

さらに、中点Ｃ１６と点Ｅ１８を結ぶ線分と点Ａ１４から回転軸方向に伸ばした直線との交点を求め、１つ目の制御点１３ａとする。

【0057】

次に、２つ目の制御点の求め方について説明する。ダイヤフラム外輪１ａとカバー６ａとの間に設けられた漏れ流路の入口に位置するダイヤフラム外輪１ａ上の点Ｆ１９と点Ｂ１５を結ぶ線分と、中点Ｃ１６と点Ｅ１８を通る直線との交点を求め、２つ目の制御点１３ｂとする。点Ａ１４、中点Ｃ１６、制御点１３ａから２次ベジエ曲線を形成することができる。

【0058】

また、点Ｂ１５、中点Ｃ１６、制御点１３ｂからも２次ベジエ曲線を形成することができる。すなわち、これら２つの２次ベジエ曲線よりＳ字状端壁面を形成することができる。ベジエ曲線とすることでＳ字状を一意に決定することができる。ここでは、２次ベジエ曲線を一例として説明したが、本発明の効果はスプライン曲線など、他の曲線で構成されていたとしても変わらない。

【0059】

上述した本発明の軸流タービンの第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【実施例4】

【0060】

以下、本発明の軸流タービンの第４の実施の形態を図面を用いて説明する。図１０は本発明の軸流タービンの第４の実施の形態である蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す断面図、図１１は本発明の軸流タービンの第４の実施の形態である蒸気タービンのタービン動翼の下流における、翼高さに対する軸方向速度分布を示す特性図である。図１０及び１１において、図１乃至図９に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0061】

図１０に示す本発明の軸流タービンの第３の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、上流側タービン段落のタービン動翼下流にキャビティを設けた点が異なる。本実施の形態の構成の詳細を第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

【0062】

図１０に示すように、本実施の形態においては、上流側タービン段落におけるタービン動翼５ａの先端に設けられたカバー６ａの外周側壁面と対向するダイヤフラム外輪１ａの内周側壁面の半径位置よりも、下流側タービン段落のダイヤフラム外輪１ｂの内周側壁面の最小半径位置の方が小さくなるように構成している。

【0063】

このような構成により、カバー６ａの内周側壁面がフラット状であったとしても、連続的な流路面を形成させることができる。そのため、蒸気主流９がダイヤフラム外輪の内周側端壁面で剥離することなく下流へと流れることができる。

【0064】

さらに、本構成により、カバー６ａの下流にはキャビティが形成される。このことにより、噴流として外周側径方向シールフィン７ａから流出したチップリーク１０はキャビティ内部で旋回流を形成することになる。

【0065】

図１１において、横軸は上流から下流を正方向とする軸方向速度を示し、縦軸はタービン動翼５ａの翼高さを示す。また、破線はキャビティなしの特性を、実線はキャビティありの特性をそれぞれ示している。本実施の形態においては、キャビティを有していることにより、旋回流が形成されチップリーク１０を減速させる。このことにより、軸方向速度が低減される。その結果、剥離をより効果的に抑制することできる。

【0066】

したがって、本実施の形態では、より効果的に下流タービン段落のフローパターンに影響を与えることなく、ダイヤフラム外輪の内周側端壁面で生じる剥離を抑制することができる。

【0067】

上述した本発明の軸流タービンの第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0068】

なお、本発明は上述した第１乃至第４の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0069】

１…ダイヤフラム外輪、２…ダイヤフラム内輪、３…タービンロータ、４…タービン静翼、５…タービン動翼、６…カバー、７…外周側径方向シールフィン、８…内周側径方向シールフィン、９…蒸気主流、１０…漏れ流れ、１１…剥離、１２…剥離に誘起された流れ、１３…制御点、１４…点Ａ、１５…点Ｂ、１６…中点Ｃ、１７…点Ｄ、１８…点Ｅ、１９…点Ｆ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】