(57)【要約】【課題】排気室内での蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくする。【解決手段】排気室２５は、ディフューザ空間２６ｓを形成するディフューザ２６と、ディフューザ空間２６ｓに連通する排気空間３０ｓを形成する排気ケーシング３０と、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉで、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する補助排気枠４０と、を備える。排気ケーシング３０は、軸線Ａｒに直交する直交方向で互いに相反する側をなす非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとのうち、排気側Ｄｐｅにのみ排気口３１を有する。補助排気枠４０は、軸線Ａｒを基準にして、少なくとも非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとの部分で、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通される開口４１を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気を外部に導く蒸気タービンの排気室において、
前記最終動翼列から流出した蒸気が流入し、前記軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に広がるディフューザ空間を形成するディフューザと、
前記径方向外側に向かって開口する排気口を有し、前記ディフューザ空間に連通し、前記軸線に対する周方向に広がって、前記ディフューザ空間から流入した蒸気を前記排気口に導く排気空間を形成する排気ケーシングと、
前記ディフューザよりも前記軸線に対する径方向内側の一部の領域を含み、前記軸線を中心として環状を成す排気補助空間を形成する補助排気枠と、
を備え、
前記ディフューザは、
前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記径方向外側の縁を画定する外側ディフューザと、
前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記軸線に対する径方向内側の縁を画定する内側ディフューザと、
を有し、
前記排気ケーシングは、前記軸線に直交する直交方向で、前記軸線を基準にして互いに相反する側をなす非排気側と排気側とのうち、前記排気側にのみ前記排気口を有し、
前記補助排気枠は、前記軸線を基準にして、少なくとも前記非排気側と前記排気側との部分で、前記排気補助空間内から前記径方向外側に向かって開口し、前記排気空間と前記排気補助空間とを連通される開口を有する、
蒸気タービンの排気室。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線下流側の縁を画定する枠下流側端板を有し、
前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記軸線下流側の縁を確定するケーシング下流側端板を有し、
前記枠下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心として環状を成し、
前記ケーシング下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心とした環状の前記径方向内側の縁を有し、
前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁が前記開口の前記軸線下流側の縁を確定し、
前記ケーシング下流側端板の前記径方向内側の縁と前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁とが接続されている、
蒸気タービンの排気室。
【請求項３】
請求項２に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記枠下流側端板で前記排気補助空間に面する内面と、前記ケーシング下流側端板で前記排気空間に面する内面とは、前記枠下流側端板と前記ケーシング下流側端板とが接続されている部分で滑らかに連続している、
蒸気タービンの排気室。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記補助排気枠である第一補助排気枠の外に、前記排気空間中で少なくとも前記非排気側の部分と連通し、前記排気補助空間である第一排気補助空間とは異なる第二排気補助空間を形成する第二補助排気枠を備え、
前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記径方向外側の縁を確定するケーシング外周板を有し、
前記第二補助排気枠は、前記軸線を基準にして前記非排気側で且つ前記ケーシング外周板よりも前記径方向内側の位置で、前記周方向に広がり且つ前記ケーシング下流側端板から前記軸線が延びる軸線方向を含む方向に延びる第二枠内周板を有し、
前記第二枠内周板は、前記第二排気補助空間の前記径方向内側の縁を確定し、
前記第二枠内周板における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁は、前記排気空間と前記第二排気補助空間とを連通させる第二開口の前記径方向内側の縁を確定する、
蒸気タービンの排気室。
【請求項５】
請求項４に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記第二枠内周板は、前記軸線上流側に向かうに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がっている、
蒸気タービンの排気室。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板の前記径方向外側の端から前記軸線下流側に向かって延び、
前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線下流側に形成されている、
蒸気タービンの排気室。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板中で前記径方向外側の端よりも前記径方向内側の位置から前記軸線上流側に向かって延び、
前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線上流側に形成されている、
蒸気タービンの排気室。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記周方向で前記開口が存在する周方向領域内で、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が、前記開口における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁を確定する、
蒸気タービンの排気室。
【請求項９】
請求項８に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有し、
前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成し、
前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁であって前記開口の前記軸線上流側の縁を確定する部分に接続されている、
蒸気タービンの排気室。
【請求項１０】
請求項９に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記枠上流側端板で前記排気補助空間に面する内面は、前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記軸線上流側に向かう面である、
蒸気タービンの排気室。
【請求項１１】
請求項８に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有し、
前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成し、
前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記開口の軸線上流側の縁よりも前記軸線上流側の位置で前記内側ディフューザに接続されている、
蒸気タービンの排気室。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の蒸気タービンの排気室において、
前記開口は、前記軸線を基準にして環状である、
蒸気タービンの排気室。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の蒸気タービンの排気室と、
前記蒸気タービンロータと、
前記蒸気タービンロータの外周側を覆う胴ケーシングと、
前記胴ケーシングの内周側に配置され、前記径方向外側の端が前記胴ケーシングに取り付けられている静翼列と、
を備え、
前記外側ディフューザは、前記胴ケーシングに接続されている、
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、及びその排気室に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気を外部に導く排気室を備えている。この排気室は、ディフューザと、排気ケーシングと、を有する。ディフューザは、タービンロータの軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に径方向外側に向かうディフューザ空間を形成する。ディフューザは、ディフューザ空間の径方向外側の縁を画定する外側ディフューザ（又は、スチームガイド、フローガイド）と、ディフューザ空間の径方向内側の縁を画定する内側ディフューザ（又はベアリングコーン）と、を有する。ディフューザ空間内には、タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気が流入する。排気ケーシングは、ディフューザ空間に連通し、軸線に対する周方向に広がって、ディフューザ空間からの蒸気が流れる排気空間を形成する。この排気ケーシングは、排気空間内を流れた蒸気を外部に排気する排気口を有する。
【０００３】
例えば、以下の特許文献１に記載の排気室における排気ケーシングは、排気空間の軸線下流側の縁を画定するケーシング下流側端板と、排気空間の径方向外側の縁を画定するケーシング外周板と、を有する。ケーシング下流側端板は、軸線に対して垂直で、内側ディフューザの軸線下流側の縁から径方向外側に広がっている。この蒸気タービンは、下方排気型の蒸気タービンである。このため、ケーシング外周板の下部には、排気口が形成されている。ケーシング外周板は、ケーシング下流側端板の径方向外側の縁に接続され、軸線を中心として周方向に広がっている。
【０００４】
この蒸気タービンにおける排気室は、さらに、内側ディフューザの径方向外側に、軸線を中心として環状のバイパス通路を形成するためのバイパス壁板を有する。バイパス壁板は、軸線下流側に向かうに連れて径方向外側に延び且つ周方向に広がっている。このバイパス壁板の軸線下流側の縁は、ケーシング下流側端板上であって、内側ディフューザが接続されている位置よりも径方向外側の位置に接続されている。バイパス壁板は、軸線を基準にして排気口が形成されている下側と、その反対側の上側とに、ディフューザ空間とバイパス通路とを連通される開口を有する。上側の開口は、バイパス通路内から軸線上流側に向かって開口している。ディフューザ空間内の蒸気は、この上側の開口を経てパイパス通路内に流入する。バイパス通路内に流入した蒸気は、下側の開口を経てディフューザ空間内に戻る。
【０００５】
この特許文献１に記載の技術では、排気空間内で且つ軸線を基準して上側の領域内での蒸気の圧力損失を小さくするため、ディフューザ空間内で且つ軸線を基準にして上側の領域内の蒸気の一部をバイパス通路内に導入して、この蒸気をハイパス通路からディフューザ空間内で且つ軸線を基準にした下側の領域内に戻すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６４１９４４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排気室内では、最終動翼列から流出した蒸気の圧力回復が図られる。この圧力回復量が大きいほど、最終動翼列から流出した直後の蒸気の圧力が低くなり、タービン効率が向上する。このため、排気室内を流れる蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることが望まれている。
【０００８】
また、近年、風力、太陽エネルギー等の再生可能エネルギーの代替により、火力発電プラントでは負荷変動吸収のためのフレキシブルな運転が求められている。このようなフレキシブルな運転を実行する場合、設計点での運転、つまり定格運転以外での運転を実行する必要がある。定格運転以外での運転を実行すると、排気室内で剥離や逆流が発生し、排気室内で圧力損失が大きくなり、圧力回復量が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は、蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることができる排気室、及びこの排気室を備える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】
【００１０】
前記目的を達成するための発明に係る一態様の排気室は、
軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気を外部に導く蒸気タービンの排気室において、前記最終動翼列から流出した蒸気が流入し、前記軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に広がるディフューザ空間を形成するディフューザと、前記径方向外側に向かって開口する排気口を有し、前記ディフューザ空間に連通し、前記軸線に対する周方向に広がって、前記ディフューザ空間から流入した蒸気を前記排気口に導く排気空間を形成する排気ケーシングと、前記ディフューザよりも前記軸線に対する径方向内側の一部の領域を含み、前記軸線を中心として環状を成す排気補助空間を形成する補助排気枠と、を備える。前記ディフューザは、前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記径方向外側の縁を画定する外側ディフューザと、前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記軸線に対する径方向内側の縁を画定する内側ディフューザと、を有する。前記排気ケーシングは、前記軸線に直交する直交方向で、前記軸線を基準にして互いに相反する側をなす非排気側と排気側とのうち、前記排気側にのみ前記排気口を有する。前記補助排気枠は、前記軸線を基準にして、少なくとも前記非排気側と前記排気側との部分で、前記排気補助空間内から前記径方向外側に向かって開口し、前記排気空間と前記排気補助空間とを連通される開口を有する。
【００１１】
ディフューザ空間と排気空間とで形成される排気主流路内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内では、蒸気が循環する循環領域が形成される場合がある。特に、蒸気タービンに流入する蒸気流量が少ない低負荷運転の場合や、復水器内が低真空度の場合には、循環領域が形成される可能性が高くなる。このように、排気主流路内に循環領域が形成されると、蒸気の圧力損失が大きくなり、排気主流路内での蒸気の圧力回復量が低下する。
【００１２】
前述の循環領域は、排気ケーシングの構成要素のうちで、排気空間の軸線下流側の縁を確定するケーシング下流側端板に沿った領域に形成される。この循環領域内では、一部の蒸気がケーシング下流側端板に沿って径方向内側に流れる。本態様では、このような流れの蒸気が発生しても、この蒸気が、補助排気枠の被排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に入る。この蒸気は、補助排気枠の排気側の部分における開口を経て、排気主流路内で軸線を基準にして排気側の領域内に流れ、排気口から排気される。
【００１３】
本態様では、補助排気枠の開口が、排気補助空間内から径方向外側に向かって開口している。このため、本態様では、排気主流路内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で、ケーシング下流側端板に沿って、径方向内側に流れる蒸気を、補助排気枠の非排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に入れ易い。
【００１４】
よって、本態様では、循環領域が縮小し、この循環領域を排気主流路内の径方向外側の領域内に限定させることができる。このため、本態様では、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
【００１５】
ここで、前記一態様の排気室において、前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線下流側の縁を画定する枠下流側端板を有し、前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記軸線下流側の縁を確定するケーシング下流側端板を有してもよい。この場合、前記枠下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心として環状を成す。前記ケーシング下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心とした環状の前記径方向内側の縁を有する。前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁が前記開口の前記軸線下流側の縁を確定する。前記ケーシング下流側端板の前記径方向内側の縁と前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁とが接続されている。
【００１６】
本態様では、ケーシング下流側端板の径方向内側の縁と枠下流側端板の径方向外側の縁とが接続されているため、ケーシング下流側端板に沿って径方向内側に流れる蒸気を、補助排気枠の非排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に容易に導入することができる。
【００１７】
前記枠下流側端板を有する前記態様の排気室において、前記枠下流側端板で前記排気補助空間に面する内面と、前記ケーシング下流側端板で前記排気空間に面する内面とは、前記枠下流側端板と前記ケーシング下流側端板とが接続されている部分で滑らかに連続していてもよい。
【００１８】
本態様では、ケーシング下流側端板に沿って径方向内側に流れる蒸気を、補助排気枠の非排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に流入させる過程での抵抗を最小限に抑えることができる。
【００１９】
前記枠下流側端板を有する、以上のいずれかの前記態様の排気室において、前記補助排気枠である第一補助排気枠の外に、前記排気空間中で少なくとも前記非排気側の部分と連通し、前記排気補助空間である第一排気補助空間とは異なる第二排気補助空間を形成する第二補助排気枠を備えてもよい。この場合、前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記径方向外側の縁を確定するケーシング外周板を有する。前記第二補助排気枠は、前記軸線を基準にして前記非排気側で且つ前記ケーシング外周板よりも前記径方向内側の位置で、前記周方向に広がり且つ前記ケーシング下流側端板から前記軸線が延びる軸線方向を含む方向に延びる第二枠内周板を有する。前記第二枠内周板は、前記第二排気補助空間の前記径方向内側の縁を確定する。前記第二枠内周板における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁は、前記排気空間と前記第二排気補助空間とを連通させる第二開口の前記径方向内側の縁を確定する。
【００２０】
本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内の蒸気を第二排気補助空間内に導くことができる。このため、本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で蒸気が循環する循環領域を縮小させることができる。
【００２１】
前記第二補助排気枠を備える前記態様の排気室において、前記第二枠内周板は、前記軸線上流側に向かうに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がっていてもよい。
【００２２】
前記第二補助排気枠を備える、以上のいずれかの前記態様の排気室において、前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板の前記径方向外側の端から前記軸線下流側に向かって延び、前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線下流側に形成されていてもよい。
【００２３】
前記第二補助排気枠を備える、以上のいずれかの前記態様の排気室において、前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板中で前記径方向外側の端よりも前記径方向内側の位置から前記軸線上流側に向かって延び、前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線上流側に形成されていてもよい。
【００２４】
以上のいずれかの態様の前記排気室において、前記周方向で前記開口が存在する周方向領域内で、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が、前記開口における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁を確定してもよい。
【００２５】
前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が前記開口における前記軸線上流側の縁を確定する前記態様の排気室において、前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有してもよい。この場合、前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成す。また、前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁であって前記開口の前記軸線上流側の縁を確定する部分に接続されている。
【００２６】
前記枠上流側端板を有する前記態様の排気室において、前記枠上流側端板で前記排気補助空間に面する内面は、前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記軸線上流側に向かう面であってもよい。
【００２７】
本態様では、軸線方向における枠上流側端板の径方向外側の縁の位置と、軸線方向における枠上流側端板の径方向内側の縁の位置とが同じ場合よりも、排気補助空間の容積を大きくすることができる。従って、本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で、ケーシング下流側端板に沿って、径方向内側に流れる蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間内に導入することができる。
【００２８】
軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向成分には、軸線下流側に向かう方向成分を含んでいる。本態様の枠上流側端板で排気補助空間に面する内面は、前述したように、径方向内側に向かうに連れて次第に軸線上流側に向かっている。言い換えると、本態様の枠上流側端板で排気補助空間に面する内面は、径方向外側に向かうに連れて次第に軸線下流側に向かっている。従って、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向成分に、軸線下流側に向かう方向成分を含ませることができる。このため、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向と、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向とがなす角度を小さくすることができる。よって、本態様では、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れの乱れが小さくなり、蒸気の圧力損失を小さくすることができる。
【００２９】
前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が前記開口における前記軸線上流側の縁を確定する前記態様の排気室において、前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有してもよい。この場合、前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成す。また、前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記開口の軸線上流側の縁よりも前記軸線上流側の位置で前記内側ディフューザに接続されている。
【００３０】
本態様では、枠上流側端板の前記径方向外側の縁が、内側ディフューザの軸線下流側の縁であって開口の前記軸線上流側の縁を確定する部分に接続されている場合よりも、排気補助空間の容積を大きくすることができる。従って、本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で、ケーシング下流側端板に沿って、径方向内側に流れる蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間内に導入することができる。
【００３１】
軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向成分には、軸線下流側に向かう方向成分を含んでいる。本態様では、枠上流側端板の径方向外側の縁が、開口の軸線上流側の縁よりも軸線上流側の位置で内側ディフューザに接続されている。このため、本態様では、排気補助空間内の蒸気の一部が内側ディフューザの内周面に沿って流れる。この内側ディフューザの内周面は、径方向外側に向かうに連れて次第に軸線下流側に広がっている。このため、排気補助空間内の蒸気の一部は、径方向外側に向かうに連れて軸線下流側に向かって流れる。従って、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向成分に、軸線下流側に向かう方向成分を含ませることができる。このため、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向と、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向とがなす角度を小さくすることができる。よって、本態様では、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れの乱れが小さくなり、蒸気の圧力損失を小さくすることができる。
【００３２】
以上のいずれかの前記態様の蒸気タービンの排気室において、前記開口は、前記軸線を基準にして環状であってもよい。
【００３３】
前記目的を達成するための発明に係る一態様の蒸気タービンは、
以上のいずれかの前記態様の排気室と、前記蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータの外周側を覆う胴ケーシングと、前記胴ケーシングの内周側に配置され、前記径方向外側の端が前記胴ケーシングに取り付けられている静翼列と、を備える。前記外側ディフューザは、前記胴ケーシングに接続されている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の一態様に係る排気室では、蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンの全体断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図５】比較例における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図６】本発明に係る第二実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。
【図７】本発明に係る第二実施形態における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。
【図８】本発明に係る第二実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図９】本発明に係る第三実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。
【図１０】本発明に係る第三実施形態における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。
【図１１】本発明に係る第三実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図１２】本発明に係る第四実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。
【図１３】本発明に係る第四実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図１４】本発明に係る第五実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。
【図１５】本発明に係る第五実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図１６】本発明に係る第六実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。
【図１７】本発明に係る第六実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。
【図１８】本発明に係る第一実施形態の変形例における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る排気室を備える蒸気タービンの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３７】
「第一実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００３８】
第一実施形態の蒸気タービンは、二分流排気型の蒸気タービンである。このため、この蒸気タービンは、図１に示すように、第一蒸気タービン部１０ａと第二蒸気タービン部１０ｂとを備える。第一蒸気タービン部１０ａ及び第二蒸気タービン部１０ｂは、いずれも、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を覆うケーシング２０と、ケーシング２０に固定されている複数の静翼列１７と、蒸気流入管１９と、を備えている。なお、以下では、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対する径方向を径方向Ｄｒとする。さらに、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。
【００３９】
第一蒸気タービン部１０ａと第二蒸気タービン部１０ｂとは、蒸気流入管１９を共有する。第一蒸気タービン部１０ａで、この蒸気流入管１９を除く部品は、この蒸気流入管１９を基準にして軸線方向Ｄａの一方側に配置されている。また、第二蒸気タービン部１０ｂで、この蒸気流入管１９を除く部品は、この蒸気流入管１９を基準にして軸線方向Ｄａの他方側に配置されている。なお、各蒸気タービン部１０ａ，１０ｂにおいて、前述した軸線方向Ｄａで蒸気流入管１９の側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。
【００４０】
第一蒸気タービン部１０ａの構成と第二蒸気タービン部１０ｂの構成とは、基本的に同一である。このため、以下では、第一蒸気タービン部１０ａについて主として説明する。
【００４１】
タービンロータ１１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸１２と、このロータ軸１２に取り付けられている複数の動翼列１３と、を有する。タービンロータ１１は、軸線Ａｒを中心として回転可能に軸受１８で支持されている。複数の動翼列１３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列１３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成される。第一蒸気タービン部１０ａのタービンロータ１１と、第二蒸気タービン部１０ｂのタービンロータ１１は、同一の軸線Ａｒ上に位置して互いに連結されて、軸線Ａｒを中心として一体回転する。
【００４２】
ケーシング２０は、胴ケーシング２１と、排気室２５とを有する。胴ケーシング２１は、軸線Ａｒを中心としてほぼ円錐状の空間を形成し、タービンロータ１１の外周を覆う。タービンロータ１１の複数の動翼列１３は、この円錐状の空間内に配置されている。複数の静翼列１７は、軸線方向Ｄａに並んで、この円錐状の空間内に配置されている。複数の静翼列１７のそれぞれは、複数の動翼列１３のうちいずれか一の動翼列１３の軸線上流側Ｄａｕに配置されている。複数の静翼列１７は、胴ケーシング２１に固定されている。
【００４３】
排気室２５は、図２に示すように、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０と、を有する。
【００４４】
ディフューザ２６は、軸線Ａｒに対して環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かうディフューザ空間２６ｓを形成する。ディフューザ空間２６ｓ内には、タービンロータ１１の最終動翼列１３ａから流出した蒸気が流入する。なお、最終動翼列１３ａとは、複数の動翼列１３のうち、最も軸線下流側Ｄａｄに配置されている動翼列１３である。ディフューザ２６は、ディフューザ空間２６ｓの径方向外側Ｄｒｏの縁を画定する外側ディフューザ（又は、スチームガイド、フローガイド）２７と、ディフューザ空間２６ｓの径方向内側Ｄｒｉの縁を画定する内側ディフューザ（又はベアリングコーン）２９と、を有する。外側ディフューザ２７は、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。内側ディフューザ２９も、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。外側ディフューザ２７は、胴ケーシング２１に接続されている。
【００４５】
排気ケーシング３０は、排気口３１を有する。この排気口３１は、内部から径方向外側Ｄｒｏであって鉛直下方向に向かって開口している。この排気口３１には、蒸気を水に戻す復水器Ｃｏが接続されている。よって、本実施形態の蒸気タービンは、下方排気型の復水蒸気タービンである。ここで、軸線Ａｒに直交する直交方向で、軸線Ａｒを基準にして互いに相反する側をなす非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとする。なお、本実施形態の蒸気タービンは、前述したように、下方排気型の復水蒸気タービンであるため、排気側Ｄｐｅは鉛直下側であり、非排気側Ｄｐｕは鉛直上側である。
【００４６】
排気ケーシング３０は、ディフューザ２６に連通した排気空間３０ｓを形成する。この排気空間３０ｓは、ディフューザ２６の外周を軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに広がって、ディフューザ空間２６ｓから流入した蒸気を排気口３１に導く。排気ケーシング３０は、ケーシング下流側端板３２と、ケーシング上流側端板３４と、ケーシング外周板３６と、を有する。
【００４７】
ケーシング下流側端板３２は、排気空間３０ｓの軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。このケーシング下流側端板３２は、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっており、実質的に軸線Ａｒに対して垂直である。ケーシング下流側端板３２で、軸線Ａｒより上側の部分は、ほぼ半円形を成している。一方、ケーシング下流側端板３２で、軸線Ａｒより下側部分は、ほぼ長方形をなしている。但し、このケーシング下流側端板３２には、軸線Ａｒを中心とした円形の開口が形成されている。この円形の開口の縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁を形成する。このケーシング下流側端板３２の下縁は、排気口３１の縁の一部を形成する。
【００４８】
ケーシング外周板３６は、排気空間３０ｓの径方向外側Ｄｒｏの縁を画定する。このケーシング外周板３６は、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁に接続され、軸線方向Ｄａに広がり且つ軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに広がっている。このケーシング外周板３６は、上側が半円筒を成すかまぼこ型（semi-cylindrical shape）である。このケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの縁がケーシング下流側端板３２に接続されている。また、このケーシング外周板３６の下縁は、排気口３１の縁の一部を形成する。
【００４９】
ケーシング上流側端板３４は、排気空間３０ｓの軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。ケーシング上流側端板３４は、ディフューザ２６よりも軸線上流側Ｄａｕに配置されている。このケーシング上流側端板３４は、胴ケーシング２１の外周面２１ｏから径方向外側Ｄｒｏに広がっている。このケーシング上流側端板３４は、実質的に軸線Ａｒに対して垂直である。よって、このケーシング上流側端板３４は、軸線方向Ｄａに間隔をあけてケーシング下流側端板３２と対向している。ケーシング上流側端板３４の下縁は、排気口３１の縁の一部を形成する。このケーシング上流側端板３４の径方向外側Ｄｒｏの縁のうち、排気口３１の縁を形成する部分を除く部分は、ケーシング外周板３６に接続されている。
【００５０】
図１に示すように、第一蒸気タービン部１０ａの排気ケーシング３０と第二蒸気タービン部１０ｂの排気ケーシング３０とは、互いに接続されて一体化している。
【００５１】
補助排気枠４０は、図２及び図３に示すように、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉの一部の領域を含み、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する。
【００５２】
補助排気枠４０は、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通させる開口４１を有する。この開口４１は、軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁で確定される。なお、以下では、この開口４１中で、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かっている部分を非排気側開口部４１ｕとし、排気補助空間４０ｓ内から鉛直下方に向かっている部分を排気側開口部４１ｅとする。
【００５３】
補助排気枠４０は、枠下流側端板４２と、枠上流側端板４３と、枠内周板４４と、を有する。
【００５４】
枠下流側端板４２は、排気補助空間４０ｓにおける軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この枠下流側端板４２は、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面と、ケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面とは、枠下流側端板４２とケーシング下流側端板３２とが接続されている部分で滑らかに連続している。本実施形態では、枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面と、ケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面とは、いずれも径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている面であり、互いに面一で接続されている。よって、枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面、及びケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面は、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている一の仮想平面上に位置する。
【００５５】
開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁は、この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁で確定される。
【００５６】
枠上流側端板４３は、排気補助空間４０ｓにおける軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この枠上流側端板４３は、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠上流側端板４３の径方向外側Ｄｒｏの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁、つまり、内側ディフューザ２９中で開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁を確定する部分に接続されている。
【００５７】
枠内周板４４は、排気補助空間４０ｓにおける径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。この枠内周板４４は、枠上流側端板４３の径方向内側Ｄｒｉの縁と枠下流側端板４２の径方向内側Ｄｒｉの縁とを接続する。枠内周板４４は、上流側内周板４５と、下流側内周板４６と、を有する。上流側内周板４５は、軸線Ａｒを中心として環状を成し、軸線方向Ｄａに延びる。この上流側内周板４５の軸線上流側Ｄａｕの縁は、枠上流側端板４３の径方向内側Ｄｒｉの縁に接続されている。下流側内周板４６は、軸線Ａｒを中心として環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって延びる。この下流側内周板４６の軸線上流側Ｄａｕの縁は、上流側内周板４５の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。この下流側内周板４６の軸線下流側Ｄａｄの縁は、枠下流側端板４２の径方向内側Ｄｒｉの縁に接続されている。
【００５８】
次に、以上で説明した排気室２５の効果について説明する前に、比較例の排気室について、図５を参照して説明する。
【００５９】
比較例の排気室２５ｘは、本実施形態における排気室２５と同様、ディフューザ２６ｘと、排気ケーシング３０ｘとを有する。但し、比較例の排気室２５ｘは、本実施形態における排気室２５の補助排気枠４０を有していない。比較例のディフューザ２６ｘは、本実施形態のディフューザ２６と同様、外側ディフューザ２７と、内側ディフューザ２９ｘとを有する。但し、比較例の排気室２５ｘが補助排気枠４０を有していない関係で、比較例の内側ディフューザ２９ｘには、本実施形態における開口４１ｕ，４１ｅが形成されていない。比較例の排気ケーシング３０ｘは、本実施形態の排気ケーシング３０と同様、ケーシング下流側端板３２ｘと、ケーシング上流側端板３４と、ケーシング外周板３６とを有する。比較例の内側ディフューザ２９ｘの軸線下流側Ｄａｄの縁は、ケーシング下流側端板３２ｘに接続されている。
【００６０】
この比較例の排気室２５ｘ内の蒸気の流れを解析した結果、この排気室２５ｘ内では蒸気が以下のように流れることが判明した。
【００６１】
タービンロータの最終動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
【００６２】
排気空間３０ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域（以下、非排気側排気空間３０ｓｕとする）内では、外側ディフューザ２７の内周面に沿って排気空間３０ｓに流入した蒸気が、外側ディフューザ２７の内周面の径方向外側Ｄｒｏの端における接線が延びる方向、つまり接線方向に流れる。この蒸気が、ケーシング外周板３６に衝突すると、一部がケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れ、他の一部がケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる。
【００６３】
ケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れた蒸気は、流れの向きが次第に周方向Ｄｃになり、このケーシング外周板３６に沿って排気側Ｄｐｅに流れる。そして、この蒸気は、排気口３１から排気される。一方、ケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れた蒸気は、ケーシング下流側端板３２ｘ及び内側ディフューザ２９ｘに沿って、最終動翼列１３ａの基部側に流れる。すなわち、ケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れた蒸気は、ケーシング下流側端板３２ｘに沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる。さらに、この蒸気は、内側ディフューザ２９の内周面に沿って、径方向内側Ｄｒｉに向かいつつ軸線上流側Ｄａｕに流れる。よって、排気空間３０ｓ内でケーシング下流側端板３２ｘに沿った領域、及びディフューザ空間２６ｓ内で内側ディフューザ２９ｘに沿った領域では、蒸気が逆流する。ディフューザ空間２６ｓ内を逆流した蒸気は、外側ディフューザ２７側に寄って再び径方向外側Ｄｒｏに流れる。このため、排気主流路Ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域（以下、非排気側主流路Ｓｕとする）内には、蒸気が循環する循環領域Ｚｘが形成される。なお、排気主流路Ｓとは、ディフューザ空間２６ｓ及び排気空間３０ｓを併せた空間である。
【００６４】
一方、排気空間３０ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして排気側Ｄｐｅの領域（以下、排気側排気空間３０ｓｅとする）内では、外側ディフューザ２７の内周面に沿って排気空間３０ｓに流入した蒸気の流れ方向が、この内周面の径方向外側Ｄｒｏの端における接線が延びる接線方向の成分と、軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃで排気口３１に近づく側の方向成分とを含むに方向になる。これは、排気室２５ｘ内の非排気側Ｄｐｕの領域から周方向Ｄｃ成分を多く含む蒸気が、排気側Ｄｐｅの領域内を流れ込むからである。また、前述の接線方向が径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含む。排気側排気空間３０ｓｅ内では、その径方向外側Ｄｒｏに排気口３１が形成されている。このため、排気主流路Ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして排気側Ｄｐｅの領域（以下、排気側主流路Ｓｅとする）内では、非排気側Ｄｐｕの領域内のように蒸気の逆流が実質的に生じない。
【００６５】
以上のように、比較例では、排気主流路Ｓ内の流路断面積のうち、一部を蒸気の排気に有効利用できなくなるため、蒸気の圧力損失が大きい。
【００６６】
蒸気タービンに流入する蒸気流量が少ない低負荷運転の場合や、復水器Ｃｏ内が低真空度の場合には、タービンロータの最終動翼列１３ａから流出した蒸気の流れ方向における方向成分は、軸線下流側Ｄａｄに向かう方向成分よりも、軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃ成分、つまり旋回成分の方が相対的に大きくなる。よって、この場合、タービンロータの最終動翼列１３ａから流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内で径方向外側Ｄｒｏに偏流する傾向が強まる。このため、ディフューザ空間２６ｓ内に流入した蒸気のうちで、外側ディフューザ２７側の蒸気の流量が内側ディフューザ２９ｘ側の蒸気の流量よりも多くなる。すなわち、低負荷運転の場合や、復水器Ｃｏ内が低真空度の場合には、外側ディフューザ２７の内周面に沿った蒸気の流れが多くなる。このため、比較例では、低負荷運転の場合や、復水器Ｃｏ内が低真空度の場合、排気室２５ｘ内で蒸気が逆流する量がより多くなり、蒸気の圧力損失が大きくなる。
【００６７】
次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５の効果について、図４を参照して説明する。
【００６８】
本実施形態における排気室２５内の蒸気の流れを解析した結果、この排気室２５内では蒸気が以下のように流れることが判明した。
【００６９】
本実施形態でも、比較例と同様に、タービンロータの最終動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
【００７０】
非排気側排気空間３０ｓｕ内では、比較例と同様、外側ディフューザ２７の内周面に沿って非排気側排気空間３０ｓｕに流入した蒸気が、外側ディフューザ２７の内周面の径方向外側Ｄｒｏの端における接線が延びる方向、つまり接線方向に流れる。この蒸気が、ケーシング外周板３６に衝突すると、一部がケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れ、他の一部がケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる。
【００７１】
ケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れた蒸気は、流れの向きが次第に周方向Ｄｃになり、このケーシング外周板３６に沿って排気側Ｄｐｅに流れる。そして、この蒸気は、排気口３１から排気される。一方、ケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れた蒸気は、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる。
【００７２】
ところで、排気補助空間４０ｓ内の圧力は、排気側主流路Ｓｅ内の圧力より高い。このため、排気補助空間４０ｓ内の流体は、補助排気枠４０の排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流れる。また、非排気側主流路Ｓｕ内の圧力は、排気補助空間４０ｓ内の圧力より高い。このため、非排気側主流路Ｓｕ内の一部の蒸気は、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。
【００７３】
よって、本実施形態では、前述したように、非排気側主流路Ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気が発生しても、つまり、逆流する蒸気が発生しても、この蒸気は、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。そして、この蒸気は、前述したように、補助排気枠４０の排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流れ、排気口３１から排気される。
【００７４】
本実施形態では、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕが、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏ向かって開口している。このため、本実施形態では、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気が、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に流入し易い。また、本実施形態では、補助排気枠４０における枠下側側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁が、排気ケーシング３０におけるケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。しかも、本実施形態では、枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面と、ケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面とが、枠下流側端板４２とケーシング下流側端板３２とが接続されている部分で滑らかに連続している。このため、本実施形態では、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気が、排気補助空間４０ｓ内に入る過程での抵抗を最小限に抑えることができる。本実施形態では、以上の観点から、非排気側主流路Ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気を、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に容易に流入させることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、排気側主流路Ｓｅ内では、比較例と同様、蒸気の逆流が実質的に生じない。
【００７６】
以上のように、本実施形態では、排気主流路Ｓ内で逆流する蒸気の一部を排気補助空間４０ｓ内に流入させることができる。このため、本実施形態では、排気主流路Ｓ内で蒸気が逆流する循環領域Ｚが比較例よりも縮小し、この循環領域Ｚを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。よって、本実施形態では、比較例よりも、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路Ｓ内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
【００７７】
「第二実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第二実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。
【００７８】
本実施形態における蒸気タービンは、第一実施形態における蒸気タービンに対して、排気室の構成のみが異なっている。そこで、以下では、本実施形態における排気室について主として説明する。
【００７９】
図６及び図７に示すように、本実施形態における排気室２５ａも、第一実施形態における排気室２５と同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０ａと、を有する。本実施形態におけるディフューザ２６は、第一実施形態におけるディフューザ２６と基本的に同一である。また、本実施形態における排気ケーシング３０は、第一実施形態における排気ケーシング３０と基本的に同一である。但し、本実施形態における補助排気枠４０ａは、第一実施形態における補助排気枠４０と異なる。
【００８０】
本実施形態における補助排気枠４０ａも、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉの一部の領域を含み、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する。
【００８１】
補助排気枠４０ａは、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通させる開口４１を有する。本実施形態における開口４１も、軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁で確定される。この開口４１中で、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かっている部分が非排気側開口部４１ｕであり、排気補助空間４０ｓ内から鉛直下方に向かっている部分が排気側開口部４１ｅである。
【００８２】
本実施形態における補助排気枠４０ａは、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、枠下流側端板４２と、枠上流側端板４３ａと、枠内周板４４と、を有する。
【００８３】
枠下流側端板４２は、排気補助空間４０ｓにおける軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この枠下流側端板４２は、第一実施形態における枠下流側端板４２と同じで、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。
【００８４】
枠上流側端板４３ａは、排気補助空間４０ｓにおける軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この枠上流側端板４３ａは、第一実施形態における枠上流側端板４３と同様、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。但し、この枠上流側端板４３ａは、第一実施形態における枠上流側端板４３と異なり、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに広がっている。よって、枠上流側端板４３ａで排気補助空間４０ｓに面する内面は、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに向かう面である、この枠上流側端板４３ａの径方向外側Ｄｒｏの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁、つまり、内側ディフューザ２９中で開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁を確定する部分に接続されている。
【００８５】
枠内周板４４は、排気補助空間４０ｓにおける径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。この枠内周板４４は、枠上流側端板４３ａの径方向内側Ｄｒｉの縁と枠下流側端板４２の径方向内側Ｄｒｉの縁とを接続する。枠上流側端板４３ａは、前述したように、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに広がっている。このため、この枠上流側端板４３ａの径方向内側Ｄｒｉの縁は、この枠上流側端板４３ａの径方向外側Ｄｒｏの縁より軸線上流側Ｄａｕに位置している。
【００８６】
以上のように、本実施形態における枠上流側端板４３ａの径方向内側Ｄｒｉの縁は、この枠上流側端板４３ａの径方向外側Ｄｒｏの縁より軸線上流側Ｄａｕに位置している。このため、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置とが同じで、且つ、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置とが同じでも、本実施形態における排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。
【００８７】
次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ａの効果について、図８を参照して説明する。
【００８８】
本実施形態でも、比較例及び第一実施形態と同様に、タービンロータの最終動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
【００８９】
非排気側排気空間３０ｓｕ内では、比較例及び第一実施形態と同様、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気、つまり、逆流する蒸気が発生する。本実施形態においても、第一実施形態と同様、この蒸気は、補助排気枠４０ａの非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。このため、本実施形態でも、排気主流路Ｓ内で蒸気が逆流する循環領域Ｚが比較例よりも縮小し、この循環領域Ｚを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。よって、本実施形態では、比較例よりも、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路Ｓ内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、前述したように、排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。従って、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気の流量が増加しても、これに対応することができる。つまり、本実施形態では、逆流する蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間４０ｓ内に導入することができる。
【００９１】
ところで、第一実施形態では、図４に示すように、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における方向成分は、軸線方向Ｄａ成分よりも径方向外側Ｄｒｏの方向成分の方が大きい。また、排気側排気主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れ方向における軸線方向Ｄａ成分は、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における軸線方向Ｄａ成分よりも大きい。このため、第一実施形態では、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れと、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気とが、大きな角度で混ざり合う。よって、第一実施形態では、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れの乱れが大きくなり、蒸気の圧力損失が多少増加する。
【００９２】
本実施形態の枠上流側端板４３ａは、前述したように、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに広がっている。言い換えると、本実施形態の枠上流側端板４３ａは、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに広がっている。従って、本実施形態では、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分が、第一実施形態における同蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分より小さくなる。このため、本実施形態では、第一実施形態よりも、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れの乱れを抑えることができ、蒸気の圧力損失の増加を抑制することができる。
【００９３】
「第三実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第三実施形態について、図９〜図１１を参照して説明する。
【００９４】
本実施形態における蒸気タービンは、第一実施形態及び第二実施形態における蒸気タービンに対して、排気室の構成のみが異なっている。そこで、以下では、本実施形態における排気室について主として説明する。
【００９５】
図９及び図１０に示すように、本実施形態における排気室２５ｂも、第一実施形態及び第二実施形態における排気室２５，２５ａと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態におけるディフューザ２６は、第一実施形態及び第二実施形態におけるディフューザ２６と基本的に同一である。また、本実施形態における排気ケーシング３０は、第一実施形態及び第二実施形態における排気ケーシング３０と基本的に同一である。但し、本実施形態における補助排気枠４０ｂは、第一実施形態及び第二実施形態における補助排気枠４０，４０ａと異なる。
【００９６】
本実施形態における補助排気枠４０ｂも、第一実施形態及び第二実施形態における補助排気枠４０，４０ａと同様、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉの一部の領域を含み、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する。
【００９７】
この補助排気枠４０ｂも、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通させる開口４１を有する。本実施形態における開口４１も、軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁で確定される。この開口４１中で、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かっている部分が非排気側開口部４１ｕであり、排気補助空間４０ｓ内から鉛直下方に向かっている部分が排気側開口部４１ｅである。
【００９８】
本実施形態における補助排気枠４０ｂは、第一実施形態及び第二実施形態における補助排気枠４０と同様、枠下流側端板４２と、枠上流側端板４３ｂと、枠内周板４４と、を有する。
【００９９】
枠下流側端板４２は、排気補助空間４０ｓにおける軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この枠下流側端板４２は、第一実施形態及び第二実施形態における枠下流側端板４２と同じで、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。
【０１００】
枠上流側端板４３ｂは、排気補助空間４０ｓにおける軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この枠上流側端板４３ｂは、第一実施形態における枠上流側端板４３と同じで、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。但し、この枠上流側端板４３ｂの径方向外側Ｄｒｏの縁は、第一実施形態及び第二実施形態における枠上流側端板４３，４３ａと異なり、開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で内側ディフューザ２９に接続されている。
【０１０１】
以上のように、本実施形態における枠上流側端板４３ｂの径方向外側Ｄｒｏの縁は、開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で内側ディフューザ２９に接続されている。このため、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置とが同じで、且つ、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置とが同じでも、本実施形態における排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態や第二実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。
【０１０２】
次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｂの効果について、図１１を参照して説明する。
【０１０３】
本実施形態でも、比較例、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、タービンロータの最終動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
【０１０４】
非排気側排気空間３０ｓｕ内では、比較例及び第一実施形態と同様、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気、つまり、逆流する蒸気が発生する。本実施形態においても、第一実施形態及び第二実施形態と同様、この蒸気は、補助排気枠４０ｂの非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。このため、本実施形態でも、排気主流路Ｓ内で蒸気が逆流する循環領域Ｚが比較例よりも縮小し、この循環領域Ｚを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。よって、本実施形態でも、比較例よりも、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路Ｓ内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、前述したように、排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態や第二実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。従って、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気の流量が増加しても、これに対応することができる。つまり、本実施形態では、逆流する蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間４０ｓ内に導入することができる。
【０１０６】
本実施形態の枠上流側端板４３ｂの径方向外側Ｄｒｏの縁は、前述したように、開口４１ｕ，４１ｅの軸線上流側Ｄａｕの縁よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で内側ディフューザ２９に接続されている。このため、本実施形態では、軸線Ａｒを基準にして排気側Ｄｐｅにおける排気補助空間４０ｓ内の蒸気の一部は、内側ディフューザ２９の内周面に沿って流れる。この内側ディフューザ２９の内周面は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに広がっているため、排気補助空間４０ｓ内の蒸気の一部は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて軸線下流側Ｄａｄに向かって流れる。従って、本実施形態では、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分が、第一実施形態における同蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分より小さくなる。このため、本実施形態では、第二実施形態と同様、第一実施形態よりも、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れの乱れを抑えることができ、蒸気の圧力損失を小さくすることができる。
【０１０７】
「第四実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第四実施形態について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【０１０８】
本実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。
【０１０９】
図１２に示すように、本実施形態における排気室２５ｃも、第三実施形態における排気室２５ｂと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態における排気室２５ｃは、さらに、第三実施形態における補助排気枠４０ｂである第一補助排気枠４０ｂの外に、第二補助排気枠５０ｃを備える。
【０１１０】
第二補助排気枠５０ｃは、排気空間３０ｓ中で少なくとも非排気側Ｄｐｕの部分と連通し、前述の排気補助空間４０ｓである第一排気補助空間４０ｓとは異なる第二排気補助空間５０ｓを形成する。この第二排気補助空間５０ｓは、少なくとも軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング下流側端板３２よりも軸線下流側Ｄａｄで、ケーシング外周板３６に沿って周方向Ｄｃに広がっている空間である。
【０１１１】
第二補助排気枠５０ｃは、第二枠外周板５２と、第二枠内周板５３と、第二枠下流側端板５４と、を有する。第二枠外周板５２は、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。第二枠内周板５３は、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６及び第二枠外周板５２よりも、径方向内側Ｄｒｉの位置で、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。第二枠下流側端板５４は、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がる板である。この第二下流側端板の径方向外側Ｄｒｏの縁は、第二枠外周板５２の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。また、この第二下流側端板の径方向内側Ｄｒｉの縁は、第二枠内周板５３の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。
【０１１２】
第二枠外周板５２の軸線上流側Ｄａｕの縁は、排気空間３０ｓと第二排気補助空間５０ｓとを連通させる開口である第二開口５１の径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。また、第二枠内周板５３の軸線上流側Ｄａｕの縁は、第二開口５１の径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。
【０１１３】
次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｃの効果について、図１３を参照して説明する。
【０１１４】
本実施形態における排気室２５ｃは、第三実施形態における排気室２５ｂと同じ第一補助排気枠４０ｂを有するので、第三実施形態と同様、非排気側排気主流路Ｓｕ内における循環領域Ｚｃを比較例よりも縮小させることができ、この循環領域Ｚｃを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。
【０１１５】
本実施形態では、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域が、第二排気補助空間５０ｓと連通している。このため、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内の蒸気の一部は、第二排気補助空間５０ｓ内に流入する。この結果、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃは、この第二排気補助空間５０ｓの存在によりさらに小さくなる。第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の一部は、この第二排気補助空間５０ｓ内を循環した後、直ちに、排気周流路内に戻る。また、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の残りの一部は、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る。
【０１１６】
以上のように、本実施形態では、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃを、第三実施形態よりも縮小させることができる。
「第五実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第五実施形態について、図１４及び図１５を参照して説明する。
【０１１７】
本実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。
【０１１８】
図１４に示すように、本実施形態における排気室２５ｄも、第三実施形態及び第四実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、第一補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態における排気室２５ｄは、第四実施形態における排気室２５ｃと同様、さらに、第二補助排気枠５０ｄを備える。
【０１１９】
第二補助排気枠５０ｄは、第四実施形態における第二補助排気枠５０ｃと同様、排気空間３０ｓ中で少なくとも非排気側Ｄｐｕの部分と連通し、第一排気補助空間４０ｓとは異なる第二排気補助空間５０ｓを形成する。この第二排気補助空間５０ｓは、少なくとも軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング下流側端板３２よりも軸線下流側Ｄａｄで、ケーシング外周板３６に沿って周方向Ｄｃに広がっている空間である。
【０１２０】
第二補助排気枠５０ｄは、第四実施形態における第二補助排気枠５０ｃと同様、第二枠外周板５２と、第二枠内周板５３ｄと、第二枠下流側端板５４と、を有する。
【０１２１】
第二枠外周板５２は、第四実施形態における第二枠外周板５２と同様、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。
【０１２２】
第二枠内周板５３ｄは、第四実施形態における第二枠内周板５３と同様、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６及び第二枠外周板５２よりも、径方向内側Ｄｒｉの位置で、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。但し、この第二枠内周板５３ｄは、第四実施形態の第二枠内周板５３と異なり、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁から軸線下流側Ｄａｄに向かうに連れて次第に径方向内側Ｄｒｉに延びている。言い換えると、この第二枠内周板５３ｄは、軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延びている。
【０１２３】
第二枠下流側端板５４は、第四実施形態における第二枠下流側端板５４と同様、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がる板である。この第二下流側端板の径方向外側Ｄｒｏの縁は、第二枠外周板５２の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。また、この第二下流側端板の径方向内側Ｄｒｉの縁は、第二枠内周板５３ｄの軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。
【０１２４】
第二枠外周板５２の軸線上流側Ｄａｕの縁は、排気空間３０ｓと第二排気補助空間５０ｓとを連通させる開口である第二開口５１の径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。また、第二枠内周板５３の軸線上流側Ｄａｕの縁は、第二開口５１の径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。
【０１２５】
次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｄの効果について、図１５を参照して説明する。
【０１２６】
本実施形態における排気室２５ｄは、第三実施形態及び第四実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃと同じ第一補助排気枠４０ｂを有するので、第三実施形態及び第四実施形態と同様、非排気側排気主流路Ｓｕ内における循環領域Ｚｃを比較例よりも縮小させることができ、この循環領域Ｚｃを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。
【０１２７】
本実施形態では、第四実施形態と同様、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域が、第二排気補助空間５０ｓと連通している。このため、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内の蒸気の一部が、第二排気補助空間５０ｓ内に流入する。この結果、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃは、この第二排気補助空間５０ｓの存在によりさらに小さくなる。第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の一部は、この第二排気補助空間５０ｓ内を循環した後、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る。また、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の残りの一部は、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る。
【０１２８】
第五実施形態における第二補助排気枠５０ｄの第二枠内周板５３ｄは、軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延びている。このため、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気は、第四実施形態よりも、第二排気補助空間５０ｓ内で循環し易くなり、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気のうち、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る量が少なくなり、逆に、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る量が多くなる。すなわち、本実施形態における第二補助排気枠５０ｄは、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気を、積極的に周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻す構造になっている。従って、本実施形態では、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃを第四実施形態よりもさらに小さくすることができる。
【０１２９】
「第六実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第六実施形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。
【０１３０】
本実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。
【０１３１】
図１６に示すように、本実施形態における排気室２５ｅも、第三〜第五実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、第一補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態における排気室２５ｅは、さらに、第四実施形態及び第五実施形態における排気室２５ｃ，２５ｄと同様、第二補助排気枠５０ｅを備える。
【０１３２】
第二補助排気枠５０ｅは、排気空間３０ｓ中で少なくとも非排気側Ｄｐｕの部分と連通し、第一排気補助空間４０ｓとは異なる第二排気補助空間５０ｓｅを形成する。この第二排気補助空間５０ｓｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング下流側端板３２よりも軸線上流側Ｄａｕで、ケーシング外周板３６に沿って周方向Ｄｃに広がっている空間である。よって、本実施形態における第二排気補助空間５０ｓｅは、第四実施形態及び第五実施形態における第二排気補助空間５０ｓと異なり、排気ケーシング３０内に形成されている。
【０１３３】
第二補助排気枠５０ｅは、第二枠外周板５２ｅと、第二枠内周板５３ｅと、第二枠下流側端板５４ｅと、を有する。第二枠外周板５２ｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域におけるケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの部分で形成されている。第二枠下流側端板５４ｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域におけるケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの部分で形成されている。第二枠内周板５３ｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６よりも、径方向内側Ｄｒｉの位置で、ケーシング下流側端板３２から軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延び、且つ周方向Ｄｃに広がる板である。
【０１３４】
第二枠外周板５２ｅの軸線上流側Ｄａｕの縁は、排気空間３０ｓと第二排気補助空間５０ｓとを連通させる開口である第二開口５１ｅの径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。また、第二枠内周板５３ｅの軸線上流側Ｄａｕの縁は、第二開口５１ｅの径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。
【０１３５】
次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｅの効果について、図１７を参照して説明する。
【０１３６】
本実施形態における排気室２５ｅは、第三〜第五実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと同じ第一補助排気枠４０ｂを有するので、第三〜第五実施形態と同様、非排気側排気主流路Ｓｕ内における循環領域Ｚｅを比較例よりも縮小させることができ、この循環領域Ｚｅを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。
【０１３７】
本実施形態では、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域が、第二排気補助空間５０ｓｅと連通している。このため、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内の蒸気の一部は、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入する。第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気の一部は、この第二排気補助空間５０ｓｅ内を循環した後、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る。また、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気の残りの一部は、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓｅの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る。
【０１３８】
第六実施形態における第二枠内周板５３ｅは、第五実施形態における第二枠内周板５３ｄと同様、軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延びている。このため、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気は、第四実施形態よりも、第二排気補助空間５０ｓｅ内で循環し易くなる。このため、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気のうち、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る量が少なくなり、逆に、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓｅの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る量が多くなる。すなわち、本実施形態における第二補助排気枠５０ｅも、第五実施形態と同様、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気を、積極的に周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻す構造になっている。このため、本実施形態における第二排気補助空間５０ｓｅは、前述したように、排気ケーシング３０内に形成されているものの、排気ケーシング３０内における循環領域Ｚｅを第三実施形態よりも小さくすることができる。
【０１３９】
「各種変形例」
第四〜第六実施形態における第二枠下流側端板５４，５４ｅは、径方向Ｄｒに延びている。しかしながら、この第二枠下流側端板５４，５４ｅは、径方向外側Ｄｒｏの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに延びるようにしてもよい。また、この第二枠下流側端板５４，５４ｅは、径方向内側Ｄｒｉの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに延びるようにしてもよい。
【０１４０】
以上の各実施形態におけるケーシング下流側端板３２は、径方向Ｄｒに延びている。しかしながら、このケーシング下流側端板３２は、径方向外側Ｄｒｏの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに延びるようにしてもよい。また、このケーシング下流側端板３２は、径方向内側Ｄｒｉの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに延びるようにしてもよい。
【０１４１】
第四〜第六実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。しかしながら、第四〜第六実施形態における第二補助排気枠５０ｃ，５０ｄ，５０ｅの構成を、第一実施形態又は第二実施形態における蒸気タービンに適用してもよい。
【０１４２】
第四〜第六実施形態における第二排気補助空間５０ｓ，５０ｓｅは、軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域で、周方向Ｄｃに広がっている空間である。しかしながら、これら第二排気補助空間５０ｓ，５０ｓｅは、軸線Ａｒを中心として環状の空間であってもよい。
【０１４３】
以上の各実施形態における補助排気枠（第一補助排気枠）が有する開口４１は、いずれも軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁全周である。よって、この内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁全周は、軸線方向Ｄａでケーシング下流側端板３２から離れている。図１８に示すように、補助排気枠（第一補助排気枠）４０ｆは、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かって開口している非排気側開口４１ｕｆと、排気側開口４１ｅｆとを有してもよい。この場合、内側ディフューザ２９ｆの軸線下流側Ｄａｄの縁の一部が、非排気側開口４１ｕｆの軸線上流側Ｄａｕの縁を確定し、他の一部が排気側開口４１ｅｆの軸線上流側Ｄａｕの縁を確定し、残りの部分は、ケーシング下流側端板３２又は枠下流側端板４２に接続される。すなわち、この場合の各開口４１ｕｆ，４１ｅｆは、内側ディフューザ２９ｆの一部が切り欠かれて形成されている。なお、図１８は、第一実施形態の変形例を示しているが、第二〜第六実施形態における開口４１も、以上と同様に形成してもよい。
【０１４４】
以上のように、非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとで独立した開口を形成することでも排気室内の非排気側Ｄｐｕの部分での効率低下を低減できる。しかしながら、以上の各実施形態のように、環状開口の場合、蒸気は、排気補助空間４０ｓと排気空間３０ｓとが一体化した空間を非排気側Ｄｐｕから排気側Ｄｐｅへ流れるため、開口での分岐や合流での損失は考慮する必要がない。一方、非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとで独立した開口を形成すると、各開口の入り口付近や出口付近で流れを乱し、圧力損失を招く懸念がある。このため、非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとで独立した開口を形成すると、各開口の周方向の開口長さ等を慎重に検討する必要がある。
【０１４５】
以上の各実施形態における蒸気タービンは、いずれも下方排気型である。しかしながら、蒸気タービンは、側方排気型であってもよい。この場合、軸線Ａｒに直交する直交方向で、軸線Ａｒに対して互いに相反する側をなす非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとのうち、例えば、非排気側Ｄｐｕが軸線Ａｒを基準にして左側になり、排気側Ｄｐｅが軸線Ａｒを基準にして右側になる。
【０１４６】
以上の各実施形態における排気ケーシング３０は、いずれもケーシング上流側端板３４を有している。しかしながら、二分流排気型では、軸線Ａｒを基準して非排気側Ｄｐｕの領域で、第一蒸気タービン部１０ａの排気空間３０ｓと第二蒸気タービン部１０ｂの排気空間３０ｓとを連通させることで、上流側端板を省略することができる。
【０１４７】
以上の各実施形態の蒸気タービンは、いずれも二分流排気型である。しかしながら、排気を分流しない蒸気タービンに、本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１０ａ：第一蒸気タービン部
１０ｂ：第二蒸気タービン部
１１：タービンロータ
１２：ロータ軸
１３：動翼列
１３ａ：最終動翼列
１７：静翼列
１８：軸受
１９：蒸気流入管
２０：ケーシング
２１：胴ケーシング
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｘ：排気室
２６：ディフューザ
２６ｓ：ディフューザ空間
２７：外側ディフューザ
２９，２９ｆ：内側ディフューザ
３０，３０ｘ：排気ケーシング
３０ｓ：排気空間
３０ｓｅ：排気側排気空間
３０ｓｕ：非排気側排気空間
３１：排気口
３２：ケーシング下流側端板
３４：ケーシング上流側端板
３６：ケーシング外周板
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ：補助排気枠（第一補助排気枠）
４０ｓ：排気補助空間（第一排気補助空間）
４１：開口
４１ｕ：非排気側開口部
４１ｕｆ：非排気側開口
４１ｅ：排気側開口部
４１ｅｆ：排気側開口
４２：枠下流側端板
４３，４３ａ，４３ｂ：枠上流側端板
４４：枠内周板
４５：上流側内周板
４６：下流側内周板
５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ：第二補助排気枠
５０ｓ，５０ｓｅ：第二排気補助空間
５１，５１ｅ：第二開口
５２，５２ｅ：第二枠外周板
５３，５３ｄ，５３ｅ：第二枠内周板
５４，５４ｅ：第二枠下流側端板
Ｃｏ：復水器
Ｓ：排気主流路
Ｓｅ：排気側主流路
Ｓｕ：非排気側主流路
Ｚ，Ｚｃ，Ｚｅ，Ｚｘ：循環領域
Ａｒ：軸線
Ｚ，Ｚｃ，Ｚｅ：循環領域
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｄｐｕ：非排気側
Ｄｐｅ：排気側
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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