特開 2024-93395 蒸気タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024093395

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】蒸気タービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 1/16 20060101AFI20240702BHJP

   F01D 5/06 20060101ALI20240702BHJP

   F01D 5/14 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

F01D1/16

F01D5/06

F01D5/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022209756

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】310010564

【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】野上 智晃

(72)【発明者】

【氏名】大内 智貴

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202AA07

3G202BB01

(57)【要約】

【課題】平行翼及び三次元翼を混在させつつ、効率を向上する。
【解決手段】蒸気タービンは、ロータ軸と、複数の動翼列と、ケーシングと、複数の静翼列と、を備える。複数の動翼列は、主流路における上流領域に配置されている複数の上流動翼列と、主流路において上流領域に対して下流領域に配置されている複数の下流動翼列と、を備え、上流動翼列は、複数の平行翼を有し、下流動翼列は、複数の三次元翼を有し、静翼列は、周方向に間隔をあけて配置された複数の静翼を有し、ロータ軸の外周面は、下流領域における三次元翼が配置される領域で、軸線と平行な断面において、軸線と平行、又は軸線に対して軸方向の第二側に向かって径方向の外側に漸次拡径するよう形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線を中心として回転可能するロータ軸と、
前記軸線を基準とする径方向における前記ロータ軸の外側に固定され、前記軸線の延びる軸方向に間隔をあけて複数配置された動翼列と、
前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を前記径方向の外側から覆い、内部に蒸気が流通可能な主流路が形成されたケーシングと、
前記径方向における前記ケーシングの内側に固定され、複数の前記動翼列のそれぞれに対して前記軸方向の第一側に配置された複数の静翼列と、を備え、
複数の前記動翼列は、
前記主流路における上流領域に配置されている複数の上流動翼列と、
前記主流路において前記上流領域に対して前記軸方向の第二側に位置する下流領域に配置されている複数の下流動翼列と、を備え、
前記上流動翼列は、前記軸線回りの周方向に間隔をあけて配置された複数の平行翼を有し、
前記下流動翼列は、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の三次元翼を有し、
前記静翼列は、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の静翼を有し、
前記ロータ軸において前記径方向の外側を向く外周面は、前記下流領域における前記三次元翼が配置される領域で、前記軸線と平行な断面において、前記軸線と平行、又は前記軸線に対して前記軸方向の第二側に向かって前記径方向の外側に漸次拡径するよう形成されている蒸気タービン。

【請求項2】

前記下流領域では、複数の前記三次元翼の前記径方向の外側の三次元翼先端部の位置が、前記軸方向の第一側に位置する前記下流動翼列から前記軸方向の第二側に位置する前記下流動翼列に向かって、前記径方向の外側に拡がるように形成され、
前記軸方向で最も第一側に位置する前記下流動翼列を含む二つの最も近接した一対の前記下流動翼列における前記三次元翼先端部の位置の前記径方向の外側への変化量が、前記軸方向で最も第二側に位置する前記下流動翼列を含む最も近接した一対の前記下流動翼列における前記三次元翼先端部の位置の前記径方向の外側への変化量よりも大きい請求項１に記載の蒸気タービン。

【請求項3】

前記軸方向で最も第二側に位置する前記下流動翼列では、前記三次元翼先端部と、前記ケーシングとの間の前記径方向におけるクリアランスが、前記三次元翼の前記径方向における翼長に対し、１．５～２．５％となるように形成されている請求項２に記載の蒸気タービン。

【請求項4】

前記軸方向で最も第二側に位置する前記静翼列では、前記静翼の前記径方向の内側の静翼先端部におけるスロート幅、及び前記静翼の前記径方向の外側の静翼基端部におけるスロート幅に対し、前記静翼の前記径方向の中間部におけるスロート幅が大きくなるように形成されている請求項１又は２に記載の蒸気タービン。

【請求項5】

前記軸方向で最も第二側に位置する前記下流動翼列において、前記三次元翼は、遷音速翼型を有している請求項１又は２に記載の蒸気タービン。

【請求項6】

前記ケーシングは、前記軸方向の最も第二側に配置された前記下流動翼列から流出した蒸気を前記ケーシングの外部に案内するディフューザを備え、
前記ディフューザは、前記軸方向の第一側から第二側に向かって前記径方向の外側に延びるガイド部材を有し、
前記ガイド部材における前記軸方向の長さが、前記軸方向で最も第二側に位置する前記下流動翼列の前記三次元翼における前記径方向の長さに対し、８５％～１２０％となるように形成されている請求項１又は２に記載の蒸気タービン。

【請求項7】

前記平行翼は、衝動翼であり、前記三次元翼は、反動翼である請求項１又は２に記載の蒸気タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蒸気タービンに関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンは、ケーシング内に配置されたロータ（タービンロータ）と、ロータの径方向外側に備えられた動翼列と、ケーシングの径方向内側に備えられたダイアフラムと、ダイアフラムの径方向内側に支持された静翼列と、を備えている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１０１５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述したような蒸気タービンでは、上流側の動翼列に平行翼を有する衝動段を形成し、下流側の動翼列に三次元翼を有する反動段を形成することで効率を向上した構造がある。一般に反動翼は効率向上が図れるものの、軸スラスト負荷が大きいこと、動翼のリークが大きくなることを考慮した設計が必要であり複雑な構造が必要となる。一方で、衝動翼は反動翼ほどの高効率化を図ることは難しいが、簡素な構造をとることが可能である。そのため、このような蒸気タービンでは、設計の容易性と効率の向上を図るために、平行翼（衝動翼）及び三次元翼（反動翼）を混在させた状態で、効率の更なる向上が常に要求されている。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、平行翼及び三次元翼を混在させつつ、効率を向上することが可能な蒸気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】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示に係る蒸気タービンは、軸線を中心として回転可能するロータ軸と、前記軸線を基準とする径方向における前記ロータ軸の外側に固定され、前記軸線の延びる軸方向に間隔をあけて複数配置された動翼列と、前記ロータ軸及び複数の前記動翼列を前記径方向の外側から覆い、内部に蒸気が流通可能な主流路が形成されたケーシングと、前記径方向における前記ケーシングの内側に固定され、複数の前記動翼列のそれぞれに対して前記軸方向の第一側に配置された複数の静翼列と、を備え、複数の前記動翼列は、前記主流路における上流領域に配置されている複数の上流動翼列と、前記主流路において前記上流領域に対して前記軸方向の第二側に位置する下流領域に配置されている複数の下流動翼列と、を備え、前記上流動翼列は、前記軸線回りの周方向に間隔をあけて配置された複数の平行翼を有し、前記下流動翼列は、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の三次元翼を有し、前記静翼列は、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の静翼を有し、前記ロータ軸において前記径方向の外側を向く外周面は、前記下流領域における前記三次元翼が配置される領域で、前記軸線と平行な断面において、前記軸線と平行、又は前記軸線に対して前記軸方向の第二側に向かって前記径方向の外側に漸次拡径するよう形成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示の蒸気タービンによれば、平行翼（衝動翼）及び三次元翼（反動翼）を混在させつつ、効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る蒸気タービンの全体構成を示す模式図である。

【図2】上記蒸気タービンの動翼列及び静翼列を示す断面図である。

【図3】上記蒸気タービンの軸方向で最も第二側に位置する静翼列におけるスロート幅の変化を示す図である。

【図4】上記蒸気タービンに備えられたディフューザ周辺の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、本開示による蒸気タービンを実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

【0010】

（蒸気タービンの構成）
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン１は、軸線Ａｒを中心として回転するロータ２０と、ロータ２０を回転可能に覆うケーシング１０と、複数の静翼列４１とを有している。

【0011】

なお、以下の説明の都合上、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａとする。軸方向Ｄａの第一側を上流側（一方側）Ｄａｕ、軸方向Ｄａの第二側を下流側（他方側）Ｄａｄとする。また、軸線Ａｒを基準としたロータ２０における径方向を単に径方向Ｄｒとする。この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉ、この径方向Ｄｒで径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉとは反対側を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏとする。また、軸線Ａｒを中心としたロータ２０の周方向を単に周方向Ｄｃとする。

【0012】

図１及び図２に示すように、ロータ２０は、ロータ軸２１と、複数の動翼列３１と、を有している。

【0013】

ロータ軸２１は、ケーシング１０に対して、軸線Ａｒを中心として回転する。ロータ軸２１は、軸芯部２２と、複数のディスク部２３と、を有する。軸芯部２２は、軸線Ａｒを中心として円柱状に形成されて軸方向Ｄａに延びている。ディスク部２３は、軸芯部２２から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広がっている。ディスク部２３は、軸方向Ｄａに互いに間隔をあけて並んでいる。ディスク部２３は、複数の動翼列３１毎に配置されている。

【0014】

動翼列３１は、径方向Ｄｒにおけるロータ軸２１の外側に固定されている。具体的には、図２に示すように、動翼列３１は、径方向Ｄｒにおいてロータ軸２１の外周部分であるディスク部２３の外側Ｄｒｏに固定されている。動翼列３１は、ロータ軸２１の軸方向Ｄａに間隔をあけて複数配置されている。本実施形態の場合、動翼列３１は、例えば、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する動翼列３１Ａから、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する動翼列３１Ｇまでの、計７つが配置されている。各動翼列３１は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の動翼３２を有している。複数の動翼３２は、それぞれ、ディスク部２３に取り付けられている。各動翼３２は、プラットフォーム３２ａと、翼本体３２ｂと、シュラウド３２ｃと、を有する。

【0015】

プラットフォーム３２ａは、ディスク部２３に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。プラットフォーム３２ａは、周方向Ｄｃに延びている。複数の動翼３２のプラットフォーム３２ａは、周方向Ｄｃに並ぶことで全体として軸線Ａｒを中心とする円筒状を形成している。

【0016】

翼本体３２ｂは、プラットフォーム３２ａから径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びている。翼本体３２ｂは、プラットフォーム３２ａ及びシュラウド３２ｃと一体に形成されている。翼本体３２ｂは、後述する主流路１５内に配置されている。翼本体３２ｂは、径方向Ｄｒの外側から見た際に、翼型断面を有している。

【0017】

シュラウド３２ｃは、翼本体３２ｂに対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの端部に接続されている。つまり、径方向Ｄｒにおいて、シュラウド３２ｃは、翼本体３２ｂを挟んでプラットフォーム３２ａと反対側に配置されている。シュラウド３２ｃは、周方向Ｄｃに延びている。複数の動翼３２のシュラウド３２ｃは、周方向Ｄｃに並ぶことで全体として円筒状をなしている。

【0018】

ケーシング１０は、ロータ軸２１及び複数の動翼列３１を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから覆うように形成されている。ケーシング１０の内部には、外部から蒸気Ｓが流入するノズル室１１と、ノズル室１１からの蒸気Ｓが流れる流路室１２と、流路室１２から流れた蒸気Ｓを排出する排気室１３と、が形成されている。ノズル室１１と流路室１２との間には、複数の動翼列３１及び静翼列４１のうちで最も上流側Ｄａｕの第一段５０Ａの動翼列３１Ａ及び静翼列４１Ａが配置されている。言い換えると、ケーシング１０内は、この最も上流側Ｄａｕの動翼列３１Ａ及び静翼列４１Ａにより、ノズル室１１と流路室１２とに仕切られている。ノズル室１１と流路室１２と排気室１３とによって、高圧の蒸気Ｓが流通する主流路１５が構成されている。

【0019】

主流路１５では、高圧の蒸気Ｓが上流側Ｄａｕから下流側Ｄａｄに向かって徐々に圧力が低下しながら流れている。主流路１５は、ロータ軸２１の回りに環状をなしている。主流路１５は、複数の動翼列３１及び静翼列４１に跨って軸方向Ｄａに延在している。主流路１５は、後述する静翼４２が配置されている環状の空間によって一部が形成されている。

【0020】

静翼列４１は、径方向Ｄｒにおけるケーシング１０の内側Ｄｒｉに固定されている。た複数の静翼列４１を備えている。静翼列４１は、軸方向Ｄａに間隔を空けて複数配置されている。本実施形態の静翼列４１は、例えば、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する静翼列４１Ａから、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する静翼列４１Ｇまでの、計７つが配置されている。各静翼列４１は、それぞれ対応する一の動翼列３１に対して上流側Ｄａｕに並んで配置されている。

【0021】

静翼列４１は、静翼４２と、外側リング４３と、内側リング４６と、を有する。静翼４２は、周方向Ｄｃに間隔を開けて複数配置されている。外側リング４３は、複数の静翼４２に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。外側リング４３は、軸線Ａｒを中心とする環状に形成されている。内側リング４６は、複数の静翼４２に対して径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。内側リング４６は、軸線Ａｒを中心とする環状に形成されている。すなわち、複数の静翼４２は、外側リング４３と内側リング４６との間に配置されている。静翼４２は、外側リング４３と内側リング４６とに固定されている。

【0022】

動翼列３１と、この動翼列３１の上流側Ｄａｕに並ぶ一つの静翼列４１との組毎によって、一つの段５０が形成されている。本実施形態の蒸気タービン１は、図２においては７つの動翼列３１のそれぞれに対して静翼列４１が配置されている。そのため、７つの段５０を備えている。つまり、本実施形態の蒸気タービン１は、上流側Ｄａｕから下流側Ｄａｄへ順に、第一段５０Ａ、第二段５０Ｂ、第三段５０Ｃ、第四段５０Ｄ、第五段５０Ｅ、第六段５０Ｆ、及び第七段５０Ｇの動翼列３１及び静翼列４１を備えている。

【0023】

また、本実施形態の蒸気タービン１では、複数の段５０の中で、軸方向Ｄａにおける上流側Ｄａｕに配置された第一段５０Ａ～第四段５０Ｄが高圧段５０ｘをなしている。また、複数の段５０の中で、高圧段５０ｘに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに配置された第五段５０Ｅ～第七段５０Ｇ（最下流の段から３段）が低圧段５０ｙをなしている。

【0024】

ここで、主流路１５における高圧段５０ｘが配置された領域を上流領域Ｐ１と称する。また、主流路１５において、上流領域Ｐ１に対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに位置し、低圧段５０ｙが配置された領域を下流領域Ｐ２と称する。

【0025】

複数の動翼列３１は、上流領域Ｐ１に配置された複数の上流動翼列３１Ｕと、下流領域Ｐ２に配置された複数の下流動翼列３１Ｌと、を備えている。本実施形態では、つまり、複数の上流動翼列３１Ｕは、衝動段であって、高圧段５０ｘの一部を構成している。複数の上流動翼列３１Ｕとして、第一段５０Ａの動翼列３１Ａから第四段５０Ｄの動翼列３１Ｄが備えられている。つまり、第一段５０Ａの動翼列３１Ａは、複数の上流動翼列３１Ｕの中で、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する上流動翼列３１Ｕである。また、第四段５０Ｄの動翼列３１Ｄは、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する上流動翼列３１Ｕである。

【0026】

また、複数の下流動翼列３１Ｌは、反動段であって、低圧段５０ｙの一部を構成している。本実施形態では、複数の下流動翼列３１Ｌとして、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅから第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇが備えられている。つまり、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅは、複数の下流動翼列３１Ｌの中で、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌである。また、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇは、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する下流動翼列３１Ｌである。

【0027】

各上流動翼列３１Ｕは、翼本体３２ｂとして、平行翼３５を有している。平行翼３５は、周方向Ｄｃの一方側を向く翼面（圧力面）と、周方向Ｄｃの他方側を向く翼面（負圧面）との間隔が翼高さ方向（径方向Ｄｒ）に一定となるような断面を有する。つまり、平行翼３５は、翼断面が翼高さ方向に一定とされている。平行翼３５は、いわゆる二次元翼である。上流動翼列３１Ｕの平行翼３５は、反動度Ｒが、例えば、２５％以上４０％未満の衝動翼である。各上流動翼列３１Ｕでは、平行翼３５が周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置されている。

【0028】

ここで、反動度Ｒについて説明する。反動度Ｒとは、段５０における熱落差に対する段５０中の動翼３２における熱落差の比である。言い換えると、反動度Ｒとは、段５０あたりの全エンタルピの変化量中で、動翼３２での静エンタルピの変化量が占める割合である。

【0029】

したがって、第二段５０Ｂにおける反動度Ｒは、第二段の静翼列４１Ｂの上流側における蒸気ＳのエンタルピをＨ１、第二段の静翼列４１Ｂの下流側かつ第二弾の動翼列３１Ｂの上流側における蒸気ＳのエンタルピをＨ２、及び第二段の動翼列３１Ｂの下流側におけるエンタルピをＨ3とした場合、次の式で表される。
Ｒ＝（Ｈ２－Ｈ３）／（Ｈ１－Ｈ３）

【0030】

なお、反動度Ｒが０の場合、動翼３２での圧力変化がない。一方、反動度Ｒが０でない場合、動翼３２での圧力降下がある一方で動翼３２での蒸気Ｓの流速上昇がある。このため、反動度Ｒが０でない場合、蒸気Ｓは動翼３２の通過過程で膨張する。この膨張により生じた反動力が動翼３２に作用する。反動度Ｒが０の場合には、蒸気Ｓの衝動作用のみ動翼３２に対する蒸気Ｓの仕事になるが、反動度Ｒが０でない場合、蒸気Ｓの衝動作用の他に反動作用が動翼３２に対する蒸気Ｓの仕事になる。

【0031】

ロータ軸２１において径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く外周面２１ｆは、上流領域Ｐ１における動翼３２（平行翼３５）が配置される領域で、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行、又は軸線Ａｒに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漸次拡径するように形成されている。なお、本実施形態では、外周面２１ｆが、上流領域Ｐ１における平行翼３５が配置される領域で、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行に形成されている場合を例示している。

【0032】

ここで、ロータ軸２１の外周面２１ｆとは、動翼３２や静翼４２が接続されている面である。つまり、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、プラットフォーム３２ａの内周面と接触するディスク部２３の外周面や、内側リング４６の外周面である。

【0033】

これにより、上流領域Ｐ１では、第一段５０Ａの動翼列３１Ａから第四段５０Ｄの動翼列３１Ｄ（複数の上流動翼列３１Ｕ）では、平行翼基端部３５ｂは、径方向Ｄｒで同じ位置に配置されている。ここで、平行翼基端部３５ｂは、平行翼３５において、平行翼３５の径方向Ｄｒでの内側Ｄｒｉの端部を含む領域であって、ロータ軸２１の外周面２１ｆに近い領域である。より具体的には、平行翼基端部３５ｂは、翼長Ｈｂ（プラットフォーム３２ａの内周面からシュラウド３２ｃの先端まで翼高さの全長）に対して、プラットフォーム３２ａの外周面から３０％程度の領域である。

【0034】

また、第一段５０Ａの動翼列３１Ａから第四段５０Ｄの動翼列３１Ｄ（複数の上流動翼列３１Ｕ）では、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕの動翼列３１Ａの平行翼３５から、軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄの動翼列３１Ｃの平行翼３５に向けて、径方向Ｄｒにおける動翼３２の長さが漸次長くなっている。

【0035】

これにより、複数の上流動翼列３１Ｕでは、平行翼先端部３５ｓは、第一段５０Ａの動翼列３１Ａから第四段５０Ｄの動翼列３１Ｄに向かって、径方向Ｄｒにおける位置が、漸次外側Ｄｒｏに拡がるように配置されている。ここで、平行翼先端部３５ｓとは、平行翼３５において、平行翼３５の径方向Ｄｒでの外側Ｄｒｏの端部を含む領域であって、ケーシング１０の内周面に近い領域である。より具体的には、平行翼先端部３５ｓは、翼長Ｈｂに対して、シュラウド３２ｃの内周面から３０％程度の領域である。

【0036】

一方で、下流動翼列３１Ｌは、上流動翼列３１Ｕとは異なり、翼本体３２ｂとして、三次元翼３７を有している。三次元翼３７は、径方向Ｄｒの長さが平行翼３５よりも長く形成されている。三次元翼３７は、周方向Ｄｃの一方側を向く翼面（圧力面）と、周方向Ｄｃの他方側を向く翼面（負圧面）とが、翼高さ方向（径方向Ｄｒ）に進むにしたがって捻じれるように三次元状に湾曲している。つまり、三次元翼３７は、翼断面が翼高さ方向に一定ではなく、形状および断面積が変化している。下流動翼列３１Ｌの三次元翼３７は、反動度Ｒが、例えば、４５％以上６０％以下の反動翼である。

【0037】

また、複数の下流動翼列３１Ｌのうち、少なくとも最終段（第七段５０Ｇ）の動翼列３１Ｇの三次元翼３７は、遷音速翼型を有している。なお、遷音速翼型は、翼面に衝撃波や剥離によって性能を悪化させる超音速流が発生する限界速度が高く、衝撃波の発生による急激な抵抗の増加を起こしにくい翼型である。具体的には、遷音速翼型は、マッハ数（翼体から流出する蒸気Ｓの流速と音速との比で求まる無次元量）が０．８～１．５程度となる翼型である。本実施形態では、全ての下流動翼列３１Ｌの三次元翼３７は、遷音速翼型を有している。

【0038】

ロータ軸２１の外周面２１ｆは、下流領域Ｐ２における動翼３２（三次元翼３７）が配置される領域で、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行、又は軸線Ａｒに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漸次拡径するよう形成されている。

【0039】

本実施形態では、外周面２１ｆは、下流領域Ｐ２における三次元翼３７が配置される領域で、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行に形成されている。これにより、下流領域Ｐ２では、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅから第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇ（複数の下流動翼列３１Ｌ）において、三次元翼基端部３７ｂは、径方向Ｄｒで同じ位置に配置されている。ここで、三次元翼基端部３７ｂは、三次元翼３７において、三次元翼３７の径方向Ｄｒでの内側Ｄｒｉの端部を含む領域であって、ロータ軸２１の外周面２１ｆに近い領域である。より具体的には、三次元翼基端部３７ｂは、翼長Ｈｂに対して、プラットフォーム３２ａの外周面から３０％程度の領域である。

【0040】

したがって、本実施形態では、上流領域Ｐ１及び下流領域Ｐ２を含む主流路１５において動翼列３１が配置されている全領域で、外周面２１ｆは、軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに縮小しないように（軸線Ａｒに近づかないように）形成されていない。つまり、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅの三次元翼基端部３７ｂは、複数の下流動翼列３１Ｌの三次元翼基端部３７ｂの中で、最も径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに位置している。

【0041】

また、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅから第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇ（複数の下流動翼列３１Ｌ）では、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕの動翼列３１Ｆの三次元翼３７から、軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄの動翼列３１Ｇの三次元翼３７に向けて、径方向Ｄｒにおける動翼３２の長さが漸次長くなっている。

【0042】

これにより、複数の下流動翼列３１Ｌでは、三次元翼先端部３７ｓは、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅから第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇに向かって、径方向Ｄｒにおける位置が、漸次外側Ｄｒｏに拡がるように配置されている。ここで、三次元翼先端部３７ｓとは、三次元翼３７において、三次元翼３７の径方向Ｄｒでの外側Ｄｒｏの端部を含む領域であって、ケーシング１０の内周面に近い領域である。より具体的には、三次元翼先端部３７ｓは、翼長Ｈｂに対して、シュラウド３２ｃを含む三次元翼３７の先端から３０％程度の領域である。

【0043】

さらに、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅと第六段５０Ｆの動翼列３１Ｆとにおける三次元翼先端部３７ｓの位置の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの変化量をΔＳ１とする。また、第六段５０Ｆの動翼列３１Ｆと第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇとにおける三次元翼先端部３７ｓの位置の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの変化量をΔＳ２とする。この場合、本実施形態では、変化量ΔＳ２よりも変化量ΔＳ１が大きい（ΔＳ１＞ΔＳ２）となることが好ましい。

【0044】

ここで、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅ及び第六段５０Ｆの動翼列３１Ｆは、複数の下流動翼列３１Ｌの中で、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌ（第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅ）を含む二つの最も近接した一対の下流動翼列３１Ｌである。また、第六段５０Ｆの動翼列３１Ｆ及び第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇは、複数の下流動翼列３１Ｌの中で、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する下流動翼列３１Ｌ（第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇ）を含む最も近接した一対の下流動翼列３１Ｌである。

【0045】

また、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する動翼列３１である第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇでは、三次元翼先端部３７ｓにおけるスロート幅が、三次元翼基端部３７ｂにおけるスロート幅、及び三次元翼３７の径方向Ｄｒの三次元翼中間部３７ｃにおけるスロート幅に対し、小さくなるように形成されている。ここで、三次元翼中間部３７ｃは、三次元翼３７において、径方向Ｄｒで三次元翼先端部３７ｓと三次元翼基端部３７ｂとに挟まれた領域である。より具体的には、三次元翼中間部３７ｃは、翼長Ｈｂに対して、中央部分を含む４０％程度の領域である。また、スロート幅とは、周方向Ｄｃ一対の翼体（翼本体３２ｂや静翼４２）の間に形成される流路の中で、最も流路断面積が小さくなる位置での流路の幅である。

【0046】

また、本実施形態では、三次元翼３７の径方向Ｄｒの三次元翼中間部３７ｃのスロート幅は、三次元翼基端部３７ｂにおけるスロート幅よりも大きくなるように形成されている。つまり、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇにおいて、三次元翼３７のスロート幅は、最も小さい三次元翼先端部３７ｓから、最も広い径方向Ｄｒの三次元翼中間部３７ｃに向かって広がった後、三次元翼基端部３７ｂで再び狭くなっている。

【0047】

また、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇでは、三次元翼先端部３７ｓと、ケーシング１０との間の径方向ＤｒにおけるクリアランスＣが、三次元翼３７の径方向Ｄｒにおける翼長Ｈｂに対し、１．５～２．５％となるように形成されている。

【0048】

また、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する静翼列４１である第七段５０Ｇの静翼列４１Ｇでは、図３に示すように、静翼先端部４２ｓにおけるスロート幅、及び静翼基端部４２ｂにおけるスロート幅に対し、静翼中間部（中間部）４２ｃにおけるスロート幅が大きくなるように形成されている。

【0049】

ここで、図２に示すように、静翼先端部４２ｓは、静翼４２において、静翼４２の径方向Ｄｒでの外側Ｄｒｏの端部を含む領域であって、外側リング４３の内周面に近い領域である。より具体的には、静翼先端部４２ｓは、静翼４２の翼高さの全長（内側リング４６の外周面から外側リング４３の内周面までの径方向Ｄｒの長さ）に対して、外側リング４３の内周面から３０％程度の領域である。

【0050】

また、静翼基端部４２ｂは、静翼４２において、静翼４２の径方向Ｄｒでの内側Ｄｒｉの端部を含む領域であって、内側リング４６の外周面に近い領域である。より具体的には、静翼基端部４２ｂは、静翼４２の翼高さの全長に対して、内側リング４６の外周面から３０％程度の領域である。

【0051】

また、静翼中間部４２ｃは、静翼４２において、径方向Ｄｒで静翼先端部４２ｓと静翼基端部４２ｂとに挟まれた領域である。より具体的には、静翼中間部４２ｃは、静翼４２の翼高さの全長に対して、中央部分を含む４０％程度の領域である。

【0052】

また、本実施形態では、静翼先端部４２ｓにおけるスロート幅、及び静翼基端部４２ｂにおけるスロート幅は、実質的に同じになるように形成されている。つまり第七段５０Ｇの静翼列４１Ｇにおいて、静翼４２のスロート幅は、静翼先端部４２ｓから、最も広い径方向Ｄｒの静翼中間部４２ｃに向かって次第に広がった後、静翼先端部４２ｓと同程度となっている静翼基端部４２ｂで再び狭くなっている。

【0053】

さらに、図４に示すように、本実施形態のケーシング１０は、排気ケーシング５１と、ディフューザ７０とをさらに備えている。

【0054】

排気ケーシング５１は、ケーシング１０の外部と繋がっている。排気ケーシング５１は、主流路１５を流れてきた蒸気Ｓをケーシング１０の外部に排出する。排気ケーシング５１は、ケーシング１０において、軸方向Ｄａの最も第二側Ｄａｄに配置されている。排気ケーシング５１の下部には、下方に向かって開口する排気室１３が形成されている。排気ケーシング５１は、後述するディフューザ７０によって静圧回復が図られた蒸気Ｓを外部に排気する。

【0055】

ディフューザ７０は、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇから流出した蒸気Ｓを、排気室１３を介してケーシング１０の外部に案内する。ディフューザ７０は、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇと、ケーシング１０において排気室１３を形成する排気ケーシング５１との間に配置されている。本実施形態のディフューザ７０は、外側ガイド（ガイド部材）７１と、内側ガイド７２と、を有している。

【0056】

外側ガイド７１は、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに配置されている。外側ガイド７１は、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕから下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに次第に拡大するよう形成されている。ディフューザ７０の外側ガイド７１における軸方向Ｄａの長さＬは、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇの三次元翼３７における翼長に対し、８５％～１２０％となるように形成されている。特に、外側ガイド７１における軸方向Ｄａの長さＬは、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇの三次元翼３７における翼長に対し、１００％以上となっていることが好ましい。

【0057】

内側ガイド７２は、外側ガイド７１に対して径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに間隔を空けて配置されている。これにより、外側ガイド７１と内側ガイド７２との間には、蒸気Ｓが流通可能な流路である環状流路１００が画成されている。環状流路１００は、軸方向Ｄａから見て円環状になるように、外側ガイド７１と内側ガイド７２との間に画成されている。環状流路１００は、主流路１５に対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄで繋がっている。内側ガイド７２は、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕから下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに真っすぐに傾斜して延びている。

【0058】

（作用効果）
上記構成の蒸気タービン１は、複数の平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕと、複数の三次元翼３７を有した下流動翼列３１Ｌと、を備えている。さらに、本実施形態では、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行に形成されている。つまり、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、下流領域Ｐ２における三次元翼３７が配置される領域で、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕから下流側Ｄａｄに向かって、径方向Ｄｒに内側Ｄｒｉに縮小しないように形成されている。そのため、最終段である第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇでの径方向Ｄｒの長さを抑えるために、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅの三次元翼基端部３７ｂの位置を、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇの三次元翼基端部３７ｂの位置に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置する必要がない。したがって、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅの三次元翼基端部３７ｂの径方向Ｄｒの位置を、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに抑えることができる。つまり、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅが配置される位置でのロータ軸２１の直径の増大が抑えられる。

【0059】

ここで、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕにおいて、効率を向上させるためには、上流動翼列３１Ｕの段数を増加させる必要がある。上流動翼列３１Ｕの段数を増加させていくと、各上流動翼列３１Ｕにおける段差圧が小さくなる。そして、段差圧が小さくなると、蒸気Ｓの速度も小さくなる。このように段差圧が小さくなった状態でも、平行翼３５に対して適切な速度比（平行翼３５の周速と蒸気Ｓの速度の比）を維持する必要がある。速度比を維持するためには、平行翼３５の周速を抑える必要がある。そして、平行翼35の周速を抑えるためには、平行翼３５の根本である平行翼基端部３５ｂの位置を径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉへ近づける必要がある。つまり、平行翼３５と接続されるロータ軸２１の外周面２１ｆの位置を径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉへ近づける必要がある。

【0060】

一方で、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕで、ロータ軸２１の外周面２１ｆの位置を径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉへ近づけると、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕから、三次元翼３７を有した下流動翼列３１Ｌに切り替わる領域で、ロータ軸２１の直径の違いによる大きな段差が生じてしまう構造となる。このような構造を防ぐためには、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する上流動翼列３１Ｕと、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌとで、ロータ軸２１の外周面２１ｆの径方向Ｄｒの位置を合わせる必要がある。

【0061】

これに対し、本願発明では、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅが配置される位置でのロータ軸２１の直径の増大が抑えられる。そのため、第五段５０Ｅと並んでいる第四段５０Ｄの動翼列３１Ｄで、ロータ軸２１の直径の大きくする必要がなくなる。つまり、軸方向Ｄａで最も上流側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌでのロータ軸２１の外周面２１ｆの位置が、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに抑えられる。したがって、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕの段数を増加させても、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕから、三次元翼３７を有した下流動翼列３１Ｌに切り替わる領域で、ロータ軸２１に大きな段差が生じてしまうことが抑制できる。その結果、ロータ２０やケーシング１０への構造上の影響を抑えて、上流動翼列３１Ｕの段数を増加させることができる。これにより、平行翼３５及び三次元翼３７を混在させつつ、効率を向上することができる。

【0062】

また、第六段５０Ｆの動翼列３１Ｆと第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇとにおける三次元翼先端部３７ｓの位置の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの変化量ΔＳ２が、第五段５０Ｅの動翼列３１Ｅ及び第六段５０Ｆの動翼列３１Ｆでの三次元翼先端部３７ｓの位置の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの変化量ΔＳ１よりも大きい。そのため、上流動翼列３１Ｕから下流動翼列３１Ｌに切り替わる領域で、主流路１５は、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに急激に広がることとなる。そのため、上流領域Ｐ１から下流領域Ｐ２へ流入した際に、蒸気Ｓは、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉではなく外側Ｄｒｏに流れ込みやすくなる。したがって、三次元翼３７の全長を効果的に利用することができる。

【0063】

また、第七段５０Ｇの静翼列４１Ｇにおいて、静翼４２のスロート幅は、静翼中間部４２ｃが静翼先端部４２ｓ及び静翼基端部４２ｂに対して大きい。特に、本実施形態では、静翼中間部４２ｃから静翼先端部４２ｓに向かって小さくなる。そのため、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに蒸気Ｓが拡がる流れである半径流が、抑えられる。加えて、静翼４２のスロート幅は、静翼中間部４２ｃから静翼基端部４２ｂに向かって小さくなる。そのため、反動度を低減でき、静翼先端部４２ｓとロータの外周面２１ｆとの隙間への蒸気の漏れ流れを抑えることができる。

【0064】

また、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇにおいて、三次元翼先端部３７ｓと、ケーシング１０との間の径方向Ｄｒにおけるクリアランスは、三次元翼３７の径方向Ｄｒにおける翼長Ｈｂに対し、１．５～２．５％となるように形成されている。そのため、三次元翼先端部３７ｓと、ケーシング１０との間における蒸気Ｓの漏れ流れを有効に抑えることができる。また、三次元翼先端部３７ｓ近傍での漏れ流れが抑えられることで、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇの三次元翼３７で、半径流を抑えることができる。これにより、損失を抑えて、効果的に第七段５０Ｇの三次元翼３７に仕事をさせることができる。

【0065】

また、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇにおいて、三次元翼３７は、遷音速翼型を有している。これにより、第七段５０Ｇの動翼列３１Ｇの三次元翼３７を、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する主流路１５を流通する高速化された蒸気Ｓの流速に応じたものとすることができる。特に、本実施形態では、全ての下流動翼列３１Ｌにおいて、三次元翼３７は、遷音速翼型を有している。そのため、第七段５０Ｇを含むすべての下流動翼列３１Ｌの三次元翼３７で、高速化された蒸気Ｓの流速に応じたものとすることができる。これにより、損失を抑えて、効果的に三次元翼３７に仕事をさせることができる。

【0066】

また、ディフューザ７０では、外側ガイド７１における軸方向Ｄａの長さが、軸方向Ｄａで最も下流側Ｄａｄに位置する下流動翼列３１Ｌの三次元翼３７における径方向Ｄｒの長さＨｂに対し、８５％～１２０％となるように形成されている。そのため、外側ガイド７１によって、ディフューザ７０の環状流路１００を流通する蒸気Ｓは、軸方向Ｄａに長い距離にわたって案内される。その結果、ディフューザ７０の環状流路１００において、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏで蒸気Ｓの流れに剥離が生じることを抑えることができる。したがって、ディフューザ７０で、蒸気Ｓの剥離を抑えつつ、流速を低減させるこができる。そのため、最終段の動翼列３１Ｇから流出した蒸気Ｓの流速（平均流速）が遷音速である場合であっても、剥離の発生を抑えることができる。したがって、ディフューザ７０内における蒸気Ｓの静圧の回復を効率良く行うことが可能となる。

【0067】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0068】

例えば、動翼列３１及び静翼列４１の段数等をはじめとして、蒸気タービン１の各部の構成については、適宜変更することが可能である。つまり、蒸気タービン１は、本実施形態のように７段（７つの動翼列３１及び静翼列４１）を有する構造に限定されるものではない。したがって、蒸気タービン１は、本実施形態のように６段以下であってもよく、８段以上であってもよい。

【0069】

また、本実施形態では、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、上流領域Ｐ１及び下流領域Ｐ２の全領域で、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行に形成されている。しかしながら、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、このような構造に限定されるものではない。例えば、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、下流領域Ｐ２における三次元翼３７が配置される領域で、軸線Ａｒに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漸次拡径するよう形成されていてもよい。このような構造であっても、ロータ軸２１の外周面２１ｆが軸線Ａｒと平行に形成されている場合と同様に、平行翼３５及び三次元翼３７を混在させつつ、効率を向上することができる。さらに、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、上流領域Ｐ１で、軸線Ａｒに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漸次拡径するよう形成されていてもよい。

【0070】

＜付記＞
実施形態に記載の蒸気タービン１は、例えば以下のように把握される。

【0071】

（１）第１の態様に係る蒸気タービン１は、軸線Ａｒを中心として回転可能するロータ軸２１と、前記軸線Ａｒを基準とする径方向Ｄｒにおける前記ロータ軸２１の外側Ｄｒｏに固定され、前記軸線Ａｒの延びる軸方向Ｄａに間隔をあけて複数配置された動翼列３１と、前記ロータ軸２１及び複数の前記動翼列３１を前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから覆い、内部に蒸気が流通可能な主流路１５が形成されたケーシング１０と、前記径方向Ｄｒにおける前記ケーシング１０の内側Ｄｒｉに固定され、複数の前記動翼列３１のそれぞれに対して前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに配置された複数の静翼列４１と、を備え、複数の前記動翼列３１は、前記主流路１５における上流領域Ｐ１に配置されている複数の上流動翼列３１Ｕと、前記主流路１５において前記上流領域Ｐ１に対して前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに位置する下流領域Ｐ２に配置されている複数の下流動翼列３１Ｌと、を備え、前記上流動翼列３１Ｕは、前記軸線Ａｒ回りの周方向Ｄｃに間隔をあけて配置された複数の平行翼３５を有し、前記下流動翼列３１Ｌは、前記周方向Ｄｃに間隔をあけて配置された複数の三次元翼３７を有し、前記静翼列４１は、前記周方向Ｄｃに間隔をあけて配置された複数の静翼４２を有し、前記ロータ軸２１において前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く外周面２１ｆは、前記下流領域Ｐ２における前記三次元翼３７が配置される領域で、前記軸線Ａｒと平行な断面において、前記軸線Ａｒと平行、又は前記軸線Ａｒに対して前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに向かって前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漸次拡径するよう形成されている。

【0072】

このような蒸気タービン１は、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕと、三次元翼３７を有した下流動翼列３１Ｌと、を備えている。さらに、本実施形態では、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、軸線Ａｒと平行な断面において、軸線Ａｒと平行、又は軸線Ａｒに対して軸方向Ｄａの下流側Ｄａｄに向かって径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに漸次拡径するよう）形成されている。つまり、ロータ軸２１の外周面２１ｆは、下流領域Ｐ２における三次元翼３７が配置される領域で、軸方向Ｄａの上流側Ｄａｕから下流側Ｄａｄに向かって、径方向Ｄｒに内側Ｄｒｉに縮小しないように形成されている。そのため、最終段の動翼列３１Ｇでの径方向Ｄｒの長さを抑えるために、軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌの三次元翼基端部３７ｂの位置を最終段の動翼列３１Ｇの三次元翼基端部３７ｂの位置に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置する必要がない。したがって、軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌの三次元翼基端部３７ｂの径方向Ｄｒの位置を、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに抑えることができる。つまり、軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌが配置される位置でのロータ軸２１の直径の増大が抑えられる。その結果、軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌと並んでいる最も第二側Ｄａｄに位置する上流動翼列３１Ｕで、ロータ軸２１の直径の大きくする必要がなくなる。つまり、軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する下流動翼列３１Ｌでのロータ軸２１の外周面２１ｆの位置が、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに抑えられる。したがって、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕの段数を増加させても、平行翼３５を有した上流動翼列３１Ｕから、三次元翼３７を有した下流動翼列３１Ｌに切り替わる領域で、ロータ軸２１に大きな段差が生じてしまうことが抑制できる。その結果、ロータ２０やケーシング１０への構造上の影響を抑えて、上流動翼列３１Ｕの段数を増加させることができる。これにより、平行翼３５及び三次元翼３７を混在させつつ、効率を向上することができる。

【0073】

（２）第２の態様に係る蒸気タービン１は、（１）の蒸気タービン１であって、前記下流領域Ｐ２では、複数の前記三次元翼３７の前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの三次元翼先端部３７ｓの位置が、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕに位置する前記下流動翼列３１Ｌから前記軸方向Ｄａの第二側Ｄａｄに位置する前記下流動翼列３１Ｌに向かって、前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに拡がるように形成され、前記軸方向Ｄａで最も第一側Ｄａｕに位置する前記下流動翼列３１Ｌを含む二つの最も近接した一対の前記下流動翼列３１Ｌにおける前記三次元翼先端部３７ｓの位置の前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの変化量が、前記軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する前記下流動翼列３１Ｌを含む最も近接した一対の前記下流動翼列３１Ｌにおける前記三次元翼先端部３７ｓの位置の前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへの変化量よりも大きい。

【0074】

これにより、上流動翼列３１Ｕから下流動翼列３１Ｌに切り替わる領域で、主流路１５は、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに急激に広がることとなる。そのため、上流領域Ｐ１から下流領域Ｐ２へ流入した際に、蒸気Ｓは、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉではなく外側Ｄｒｏに流れ込みやすくなる。したがって、三次元翼３７の全長を効果的に利用することができる。

【0075】

（３）第３の態様に係る蒸気タービン１は、（２）の蒸気タービン１であって、前記軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する前記下流動翼列３１Ｌでは、前記三次元翼先端部３７ｓと、前記ケーシング１０との間の前記径方向Ｄｒにおけるクリアランスが、前記三次元翼３７の前記径方向Ｄｒにおける翼長に対し、１．５～２．５％となるように形成されている。

【0076】

これにより、三次元翼先端部３７ｓと、ケーシング１０との間における蒸気の漏れ流れを有効に抑えることができる。また、三次元翼先端部３７ｓ近傍での漏れ流れが抑えられることで、最終段の動翼列３１Ｇの三次元翼３７で、半径流を抑えることができる。これにより、損失を抑えて、効果的に最終段の三次元翼３７に仕事をさせることができる。

【0077】

（４）第４の態様に係る蒸気タービン１は、（１）から（３）の何れか一つの蒸気タービン１であって、前記軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する前記静翼列４１では、前記静翼４２の前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの静翼先端部４２ｓにおけるスロート幅、及び前記静翼４２の前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの静翼基端部４２ｂにおけるスロート幅に対し、前記静翼４２の前記径方向Ｄｒの中間部におけるスロート幅が大きくなるように形成されている。

【0078】

これにより、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに蒸気Ｓが拡がる流れである半径流が、抑えられる。加えて、静翼４２のスロート幅は、中間部４２ｃから静翼基端部４２ｂに向かって小さくなる。そのため、反動度を低減でき、静翼先端部４２ｓとロータの外周面２１ｆとの隙間への蒸気の漏れ流れを抑えることができる。

【0079】

（５）第５の態様に係る蒸気タービン１は、（１）から（４）の何れか一つの蒸気タービン１であって、前記軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する前記下流動翼列３１Ｌにおいて、前記三次元翼３７は、遷音速翼型を有している。

【0080】

これにより、軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する動翼列３１Ｇの三次元翼３７を、軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する主流路１５を流通する高速化された蒸気Ｓの流速に応じたものとすることができる。

【0081】

（６）第６の態様に係る蒸気タービン１は、（１）から（５）の何れか一つの蒸気タービン１であって、前記ケーシング１０は、前記軸方向Ｄａの最も第二側Ｄａｄに配置された前記下流動翼列３１Ｌから流出した蒸気を前記ケーシング１０の外部に案内するディフューザ７０を備え、前記ディフューザ７０は、前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａｕから第二側Ｄａｄに向かって前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びるガイド部材７１を有し、前記ガイド部材７１における前記軸方向Ｄａの長さが、前記軸方向Ｄａで最も第二側Ｄａｄに位置する前記下流動翼列３１Ｌの前記三次元翼３７における前記径方向Ｄｒの長さに対し、８５％～１２０％となるように形成されている。

【0082】

これにより、
ガイド部材７１によって、ディフューザ７０を流通する蒸気Ｓは、軸方向Ｄａに長い距離にわたって案内される。その結果、ディフューザ７０において、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏで蒸気Ｓの流れに剥離が生じることを抑えることができる。したがって、ディフューザ７０で、蒸気Ｓの剥離を抑えつつ、流速を低減させるこができる。そのため、最終段の動翼列３１Ｇから流出した蒸気Ｓの流速（平均流速）が遷音速である場合であっても、剥離の発生を抑えることができる。したがって、ディフューザ７０内における蒸気Ｓの静圧の回復を効率良く行うことが可能となる。

【0083】

（７）第７の態様に係る蒸気タービン１は、（１）から（６）の何れか一つの蒸気タービン１であって、前記平行翼３５は、衝動翼であり、前記三次元翼３７は、反動翼である。

【符号の説明】

【0084】

１…蒸気タービン
１０…ケーシング
５１…排気ケーシング
１１…ノズル室
１２…流路室
１３…排気室
１５…主流路
２０…ロータ
２１…ロータ軸
２１ｆ…外周面
２２…軸芯部
２３…ディスク部
３１、３１Ａ～３１Ｇ…動翼列
３１Ｌ…下流動翼列
３１Ｕ…上流動翼列
３２…動翼
３２ａ…プラットフォーム
３２ｂ…翼本体
３２ｃ…シュラウド
３５…平行翼
３５ｂ…平行翼基端部
３５ｓ…平行翼先端部
３７…三次元翼
３７ｂ…三次元翼基端部
３７ｃ…三次元翼中間部
３７ｓ…三次元翼先端部
４１、４１Ａ～４１Ｇ…静翼列
４２…静翼
４２ｂ…静翼基端部
４２ｃ…静翼中間部（中間部）
４２ｓ…静翼先端部
４３…外側リング
４６…内側リング
５０…段
５０Ａ…第一段
５０Ｂ…第二段
５０Ｃ…第三段
５０Ｄ…第四段
５０Ｅ…第五段
５０Ｆ…第六段
５０Ｇ…第七段
５０ｘ…高圧段
５０ｙ…低圧段
７０…ディフューザ
７１…外側ガイド（ガイド部材）
７２…内側ガイド
１００…環状流路
Ａｒ…軸線
Ｄａ…軸方向
Ｄａｄ…下流側（第二側）
Ｄａｕ…上流側(第一側）
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｈｂ…翼長
Ｐ１…上流領域
Ｐ２…下流領域
Ｓ…蒸気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】