(57)【要約】【課題】  本発明は、低圧蒸気タービンの排気室において、排気室内の構造を簡素化し、組立性・メンテナンス性を損なわず、かつ排気室の性能を向上させることにある。【解決手段】  低圧蒸気タービンと、該低圧蒸気タービンの最終段を通過した蒸気流を、前記低圧蒸気タービンの下方に設けられた復水器に導くタービン排気装置を備え、タービン排気装置が、低圧蒸気タービンのタービンロータを内包する内車室ケーシング２と、内車室ケーシングを内包し、蒸気流を導く流路を形成する外車室ケーシング１と、外車室ケーシングの側壁に向かって延伸し、内車室ケーシングを支持する内車室支持部材５を有する軸流蒸気タービンにおいて、内車室支持部材の外車室側壁側の端部に蒸気通気孔２０を設ける。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧蒸気タービンと、該低圧蒸気タービンの最終段を通過した蒸気流を、前記低圧蒸気タービンの下方に設けられた復水器に導くタービン排気装置を備え、前記タービン排気装置が、前記低圧蒸気タービンのタービンロータを内包する内車室ケーシングと、該内車室ケーシングを内包し、前記蒸気流を導く流路を形成する外車室ケーシングと、該外車室ケーシングの側壁に向かって延伸し、前記内車室ケーシングを支持する内車室支持部材を有する軸流蒸気タービンであって、
前記内車室支持部材の外車室側壁側の端部に蒸気通気孔を有することを特徴とする軸流蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１に記載の軸流蒸気タービンであって、
前記蒸気通気孔が、前記内車室支持部材と前記外車室ケーシングの壁面との接合部に沿って延伸するように形成されていることを特徴とする軸流蒸気タービン。
【請求項３】
請求項２に記載の軸流蒸気タービンであって、
前記蒸気通気孔内に設けられた前記内車室支持部材の強度を補強する補強部材を有することを特徴とする軸流蒸気タービン。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の軸流蒸気タービンであって、
前記蒸気通気孔が、前記外車室ケーシングの側壁から間隔を有して前記内車室支持部材に形成されていることを特徴とする軸流蒸気タービン。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の軸流蒸気タービンであって、
前記蒸気通気孔が、前記外車室ケーシングの側壁と接触して前記内車室支持部材に形成されていることを特徴とする軸流蒸気タービン。
【請求項６】
低圧蒸気タービンと、該低圧蒸気タービンの最終段を通過した蒸気流を、前記低圧蒸気タービンの下方に設けられた復水器に導くタービン排気装置を備え、前記タービン排気装置が、前記低圧蒸気タービンのタービンロータを内包する内車室ケーシングと、該内車室ケーシングを内包し、前記蒸気流を導く流路を形成する外車室ケーシングと、該外車室ケーシングの側壁に向かって延伸し、前記内車室ケーシングを支持する内車室支持部材を有する軸流蒸気タービンの改造方法であって、
前記内車室支持部材の外車室側壁側の端部に蒸気通気孔を設けることを特徴とする軸流蒸気タービンの改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸流蒸気タービン、特に軸流蒸気タービンの蒸気流を復水器へと導くタービン排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、蒸気タービンのタービン排気装置であって、外車室下半部に前部仕切部材と後部仕切部材を設け、内車室の下部に設置される下部センターリブを境に前部仕切部材および後部仕切部材を、外車室下半部の側壁に向かって延伸させ、かつ傾斜配置させたタービン排気装置が記載されている。また特許文献２には、蒸気タービンの最終段を通過し、排気室出口に至るまでの蒸気流路を制御し、蒸気流の流量配分適正化が施されたタービン排気装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７０１５号公報
【特許文献２】特開昭５２−０９３８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の従来技術は、タービン排気室内の内車室ケーシングを支える仕切板を、排気室外車室の側壁に対し傾斜させて設置することで、タービン排気の圧力損失を低減するとともに、外車室下半部の構造強度を高く維持するものである。また、上記特許文献２に記載の従来技術は、タービン排気室内の蒸気流路に対し、排気室出口において可能な限り均等な流量配分となるよう整流板を設け、タービン排気の低流速化により性能を向上させるものである。
【０００５】
上記２つの手法は低圧タービンのタービン排気室の性能向上に有効であるが、上記特許文献１に記載の従来技術の利用には、内車室ケーシングに対し前部仕切板と後部仕切板といった、少なくとも２部以上の部材が必要となる。一方で上記特許文献２に記載の従来技術では、タービン排気室内の蒸気流路に対し多数の整流板を設けるがために、組立・メンテナンスが複雑になる。
【０００６】
本発明の目的は、低圧蒸気タービンの排気室内の構造を簡素化し、組立性・メンテナンス性を損なわず、かつ排気室の性能を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、低圧蒸気タービンのタービンロータを内包する内車室ケーシングと、該内車室ケーシングを内包し、蒸気流を導く流路を形成する外車室ケーシングと、該外車室ケーシングの側壁に向かって延伸し、内車室ケーシングを支持する内車室支持部材を有する軸流蒸気タービンにおいて、内車室支持部材の外車室側壁側の端部に蒸気通気孔を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低圧蒸気タービンの排気室において、排気室内の構造を簡素化し、組立性・メンテナンス性を損なわず、かつ排気室の性能を向上させることができる。  
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の低圧タービンの排気室構造の正面断面図である。
【図２】従来の低圧タービンの排気室構造の側面断面図である。
【図３】従来の低圧タービンの排気室構造の鳥瞰図である。
【図４】内車室支持部材上の高圧力差領域図である。
【図５】本発明の実施例に係る低圧タービンの排気室構造の正面断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る低圧タービン排気室内の蒸気流れを説明する説明図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る低圧タービンの排気室構造の正面断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施例に係る低圧タービンの排気室構造の正面断面図である。
【図９】本発明の一実施例に係るタービン排気装置の外観を一部透視して表した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一般に、蒸気タービンは、蒸気発生手段であるボイラ等から蒸気を復水する復水器に向かって蒸気が流れる順に、高圧、中圧、低圧蒸気タービンからなる。低圧蒸気タービンを流れ出た蒸気は、タービン排気装置で圧力回復し、その後復水器へ流れて復水し、再び給水としてボイラへ供給される。本発明は、蒸気タービンを構成する高圧、中圧、低圧蒸気タービンのうち、低圧蒸気タービンのタービン排気装置に適用されるものである。  
以下、本発明の実施例について、適宜図を参照して詳細に説明する。なお、各図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付してある。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明で提供する低圧蒸気タービンの排気室の実施例を説明する。
【００１２】
まず最初に、図１から図３、および図９を用いて、従来の低圧蒸気タービンの排気室の基本構造を説明する。図１は低圧蒸気タービンのタービン軸（図２にて図示する）に対し、視線を垂直にしたときに、排気室の基本構造を概略的に表わした正面断面図である。図２は低圧蒸気タービンのタービン軸を通る、排気室の基本構造を概略的に表わした側断面図である。また図３は、従来の低圧蒸気タービンの排気室の鳥瞰図である。また、図９はタービン排気装置の外観を一部透視して概略的に表した正面図である。
【００１３】
図１に示すように、低圧蒸気タービンの外車室ケーシング１は、内車室ケーシング２、上半部フローガイド４ａ、４ｂ、内車室支持部材５、下部センターリブ６等の部材を内包する。また、外車室ケーシング１の下方には、図９に示すように連結胴２４および復水器２５が連結されている。外車室ケーシング１は、内車室ケーシング２とともに蒸気を下方の復水器２５に導く流路を形成している。
【００１４】
図１に示すように内車室ケーシング２は低圧タービンの翼段落等を内包する。低圧蒸気タービンの最終翼段落環帯３は、最終翼段落（図示せず）から排気室内部へと蒸気が流入する領域を示している。上半部フローガイド４ａおよび４ｂは低圧蒸気タービン最終翼段落環帯３の上半部を通過し、スチームガイド（図２にて図示する）とベアリングコーン（図２にて図示する）によって形成されるディフューザ流路を通過する蒸気を制御するものであり、外車室ケーシング１と内車室ケーシング２によって形成される空間に設けられる。
【００１５】
内車室支持部材５はタービン軸１６に対し垂直で、外車室ケーシングの側壁１ａ、１ｂに向かって延伸し、かつ外車室ケーシング１と内車室ケーシング２に接続されて設置される平板状の部材である。この内車室支持部材５は、内車室の荷重を支え、さらに排気室内外の圧力差によって排気室構造が変形することを防ぐ働きを持つ。下部センターリブ６は、内車室とベアリングコーンの荷重を支えるために設置される。
【００１６】
また、図２に示すように、符号７ａおよび７ｂで示したベアリングコーンは、外形が円錐台状で、タービン軸１６の周囲に円環状に組み立てられた部材であり、スチームガイド９ａおよび９ｂとの間に環状のディフューザ流路を形成する。タービンロータ８には、低圧蒸気タービンの最終翼段落の動翼（１１ａ、１１ｂ）が周方向に複数枚備え付けられる。
【００１７】
符号９ａおよび９ｂで示したスチームガイドは、タービン軸の周囲に円環状に設置された部材であり、内車室ケーシング２の端部に接続される。低圧蒸気タービンの最終翼段落の静翼１０ａおよび１０ｂは、動翼１１ａおよび１１ｂに蒸気を導く役割を持ち、内車室ケーシング２とダイアフラム１２ａおよび１２ｂの間に設置される。矢印１３ａおよび１３ｂはともにベアリングコーンとスチームガイドの間に形成されるディフューザ流路を通過する蒸気の流れを示している。符号１６はタービン軸を示している。
【００１８】
さらに、図３に示すように、内車室ケーシング２と内車室支持部材５は、フランジ１４ａおよび１４ｂによって接続されるが、構造として内車室ケーシング２と内車室支持部材５は直接接続されていてもよいものとする。図３に示した点線９ｃおよび９ｄは、スチームガイドの外形を示している。低圧蒸気タービンの最終翼段落環帯３の上半部から排気室内部に流れる蒸気は、ベアリングコーンとスチームガイドによって構成されるディフューザ流路を通過しながら、主に矢印１７ａおよび１７ｂのように外車室ケーシング側壁１ａおよび１ｂ、内車室支持部材５、仕切部材１５によって構成される空間１８に流入する。また、低圧蒸気タービンの最終翼段落環帯３の下半部から排気室内部に流れる蒸気は、ベアリングコーンとスチームガイドによって構成されるディフューザ流路を通過しながら、主に矢印１７ｃおよび１７ｄのように外車室ケーシング側壁１ｃ、内車室支持部材５、下部センターリブ６によって構成される空間に流入する。一方で、低圧蒸気タービンの最終翼段落環帯３の上半部と下半部の境界領域付近から排気室内部に流れる蒸気は、ベアリングコーンとスチームガイドによって構成されるディフューザ流路を通過しながら、主に矢印１７ｅのように、内車室支持部材５に当たって排気室下部へと流れる。排気室下部へ流れた蒸気は、下方に向かって流れ落ち、復水器２５に導かれる。
【００１９】
図４は、図１と同様に従来の低圧蒸気タービンの排気室構造の概略を表わしているが、図２に示す視線Ａから内部構造を見た際の図である。ここで、領域１９ａおよび１９ｂは、視線Ａから内車室支持部材５を見た際に、内車室支持部材５の他の領域よりも静圧が高くなる領域の概略を示している。これらの領域は外車室ケーシング側壁１ａ、１ｂと内車室支持部材５の接合部付近に存在する。一方で、内車室支持部材５上を視線Ｂから見た際の、内車室支持部材５上の静圧分布はほぼ一定、かつ領域１９ａおよび１９ｂよりも低圧である。従って、内車室支持部材５上の領域１９ａおよび１９ｂの表裏には圧力差が存在する。
【００２０】
ここで、低圧蒸気タービンの排気室性能の評価指標である圧力回復係数の定義式は、数式１の通りである。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
数式１から分かるように、圧力回復係数の改善のためには、排気室出口部での静圧を増大させることが有効である。したがって、低圧蒸気タービンの最終翼段落通過後の蒸気の運動エネルギーを、ベアリングコーンとスチームガイドで構成されるディフューザ流路によって効率良く圧力エネルギーに変換し、さらに排気室出口断面での質量流量分布を均一化することで、平均的に流速を下げ、壁面摩擦による圧力損失を低減することが重要である。
【００２３】
以上を踏まえ、本発明の実施例に係る低圧蒸気タービンの排気室の構造を以下に説明する。
【００２４】
図５は、本発明の実施形態である低圧蒸気タービンの排気室構造の概略を表わしているが、図４と同様に図２に示す視線Ａから内部構造を見た際の図である。本発明の特徴は、外車室ケーシングの側壁１ｂと内車室支持部材５の接合部に沿って、内車室支持部材５の外車室側壁側の端部に蒸気が通気可能な蒸気通気孔２０ａおよび２０ｂを設けることである。ここで端部とは、図４で示した内車室支持部材５上の圧力差が存在する領域１９ａおよび１９ｂの領域内である。また、接合部に沿う、という表現は、蒸気通気孔の長手方向が外車室ケーシングの壁面１ｂと内車室支持部材５の接合部方向に沿っているという意味である。また、内車室支持部材５上の上記端部に含まれる領域であれば、蒸気通気孔は外車室ケーシングの壁面１ｂと間をあけていても、接触していても構わないものとする。また蒸気通気孔は、内車室支持部材５上の端部において蒸気が通過可能であることが重要であり、その形状、個数は任意とし、間隙の内側には金属等でできた支持部材や、金属等でできた格子上の部材があっても構わない。以後、図１の従来の排気室構造において、図５のように内車室支持部材５上に蒸気通気孔２０ａおよび２０ｂを設けたものとして、本実施形態の効果を説明する。
【００２５】
内車室支持部材５上に蒸気通気孔２０ａおよび２０ｂを設けることで、図３の矢印１７ｅが示す低圧蒸気タービン最終翼段落環帯３の上半部と下半部の境界領域付近から低圧排気室内部に導かれ、内車室支持部材５に当たって低圧排気室下部へと流れていた蒸気は、その一部が図６の矢印１７ｆのように蒸気通気孔２０ａを通過し、外車室ケーシング側壁１ａおよび１ｂ、内車室支持部材５、仕切部材１５によって構成される空間１８に流入する。このように蒸気流れの構造が変化することにより、外車室ケーシング側壁１ａおよび１ｂ、内車室支持部材５、仕切部材１５によって構成される空間１８に流入する蒸気と、外車室ケーシング側壁１ｃ、内車室支持部材５、下部センターリブ６によって構成される空間２１に流入する蒸気の流量が平均化され、低圧排気室出口部分での流速分布が均一化される。
【００２６】
図３の従来の低圧排気室構造、図６の本発明の実施形態の低圧排気室構造の双方に対し流体解析を行い、低圧蒸気タービン最終翼段落環帯３での入口静圧、入口動圧、また低圧排気室出口断面での静圧を求め、圧力回復係数を算出したところ、図３の従来の低圧排気室構造と比較して、図６の本発明の実施形態の低圧排気室構造では圧力回復係数が３％向上することを確認した。
【００２７】
また、蒸気通気孔を設ける位置としては、側壁1aの端から排気室幅の1/10程度であれば効果が期待できる
本実施例によれば、低圧タービン内車室ケーシングを支持する支持部材が１部材であっても、また整流板等の構造物を追加することなくとも低圧蒸気タービンの排気室出口における流量配分を適正化して圧力回復性能を向上させることができる。よって、低圧蒸気タービンの排気室において、排気室内の構造を簡素化でき、組立性・メンテナンス性を損なわず、かつ排気室の性能を向上させることができる。
【００２８】
なお、図７は、本発明の他の実施例を示している。図７の蒸気通気孔２０ｃおよび２０ｄのように、蒸気通気孔は外車室ケーシング壁面１ａ，ｂに接触していても、図６に示す低圧排気室構造と同様に、蒸気の流量を均一化することが可能である。  
また図８は、本発明のさらに他の実施例を示している。部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、および２２ｆのように、蒸気通気孔２０ａと２０ｂの内側にそれぞれ支持部材を蒸気が通気可能なように間隔を空けて設けることで内車室支持部材５の強度を向上させつつ、図６に示す排気室構造と同様に、蒸気の流量を均一化することが可能である。
【００２９】
従って、本実施例の構造によれば、従来の排気室構造と比較して、排気室出口部分における高流速領域での流速が小さくなり、静圧が大きくなることで、圧力回復係数を向上させることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、図３に示したような既存の低圧蒸気タービンの排気装置において、蒸気通気孔２０をあとから内車室支持部材に設けても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１  外車室ケーシング
１ａ，ｂ  （外車室ケーシングの）側壁
２  内車室ケーシング
３  最終翼段落環体
５  内車室支持部材
６  下部センターリブ
８  タービンロータ
１０  静翼
１１  動翼
１２  ダイアフラム
２０ａ，ｂ  蒸気通気孔
【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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