(57)【要約】【課題】排気側でロータの軸受部を支持する支持部材の前縁部の肉厚を薄型化できる軸流排気タービンの提供。【解決手段】実施の形態に係る軸流排気タービンは、ケーシング、支持部材、中空のカバー部材、及び板状の補強部材を備えている。ケーシングは、タービンロータの軸方向に沿って作動流体を外部に排気する排気流路を構成する。支持部材は、タービンロータの軸受部をケーシング内で支持する。カバー部材は、鋭頭化された前縁部を作動流体の流れの方向における上流側に備えている。また、カバー部材は、ケーシング内で支持部材を包囲するように配置されている。補強部材は、カバー部材における前縁部の内側と支持部材との間の中空部分に嵌め込まれるように配置されている。【選択図】図２
2018076857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータの軸方向に沿って作動流体を外部に排気する排気流路を構成するケーシングと、
前記タービンロータの軸受部を前記ケーシング内で支持する支持部材と、
鋭頭化された前縁部を前記作動流体の流れの方向における上流側に備え、前記ケーシング内で前記支持部材を包囲するように配置された中空のカバー部材と、
前記カバー部材における前記前縁部の内側と前記支持部材との間の中空部分に嵌め込まれるように配置された板状の補強部材と、
を備える軸流排気タービン。
【請求項２】
前記カバー部材は、鋭頭化された後縁部を前記作動流体の流れの方向における下流側に備える、
請求項１に記載の軸流排気タービン。
【請求項３】
前記支持部材は、対で配置されていると共にそれぞれ板状に形成され、かつこれらが互いに直交する位置関係で配置されている、
請求項１又は２に記載の軸流排気タービン。
【請求項４】
前記補強部材は、一方の前記支持部材を挟む位置に対で配置されている、
請求項３に記載の軸流排気タービン。
【請求項５】
前記カバー部材の内側を挿通している配管を備えている、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の軸流排気タービン。
【請求項６】
前記配管は、前記補強部材を貫通する位置に配置されている、
請求項５に記載の軸流排気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、軸流排気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の世界的な二酸化炭素（ＣＯ2）の削減要求に伴い、蒸気タービンなどの発電機器における効率の向上が強く要請されている。蒸気タービンの例えば低圧最終段における排気損失は、内部損失全体に対して占める割合が大きいため、この損失の低減が検討されている。
【０００３】
一般に、下方排気タービンは、低圧最終段を経た蒸気がロータの径方向に沿って下方に排気されるため、タービン本体の下に復水器が設置される。一方、軸流排気タービンは、蒸気がロータの軸方向に沿って排気されるため、タービン本体の横に復水器が設置される。軸流排気タービンは、上述したように、蒸気がロータの軸方向に排気されるため、下方排気タービンに比べて排気損失が小さく、また、建屋のサイズの縮小化なども可能であるため、建設コストを低減できる利点などがある。
【０００４】
ところで、上記した各部のレイアウトの違いから、下方排気タービンは、一般に、ロータの軸受台やその支持部材が低圧排気室の外部に設置される構造である。一方、軸流排気タービンは、ロータの軸受台及び軸受台支持部材を低圧排気室の内部に設置する構造が採られている。
【０００５】
ここで、軸流排気タービンの軸受台支持部材は、排気損失を低減させるために蒸気の流れ方向の前縁部が例えば流線形に形成されている。さらに、軸流排気タービンの軸受台支持部材は、軸受給排油管やグランド蒸気管などの配管類を挿通させるための空間を確保する必要性から、リブなどで適宜補強されてはいるものの、実質的に内部が中空の構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６３６３３６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸流排気タービンにおける中空の軸受台支持部材は、上述したように、低圧排気室の内部に設置されているため、軸受台支持部材の外側が真空に近い負圧環境となる。一方、軸受台支持部材の内側は大気圧である。したがって、軸受台支持部材は、このような圧力差によって内側から外側へ圧力を受ける。
【０００８】
この点を踏まえたうえで、軸受台を支持する構造体において、流線形に形成され得る前縁部の加工性や構造体自体の小型化などを考慮し、前縁部の肉厚の薄型化を図ることへの要請がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、排気側でロータの軸受部を支持する構造体の前縁部の肉厚を薄型化できる軸流排気タービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施の形態に係る軸流排気タービンは、ケーシング、支持部材、中空のカバー部材、及び板状の補強部材を備えている。ケーシングは、タービンロータの軸方向に沿って作動流体を外部に排気する排気流路を構成する。支持部材は、タービンロータの軸受部をケーシング内で支持する。カバー部材は、鋭頭化された前縁部を作動流体の流れの方向における上流側に備えている。また、カバー部材は、ケーシング内で支持部材を包囲するように配置されている。補強部材は、カバー部材における前縁部の内側と支持部材との間の中空部分に嵌め込まれるように配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る軸流排気タービンの低圧部（排気部）を、水平方向から観た子午断面を示す図。
【図２】図１に示す軸流排気タービンが備えた軸受部支持機構のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２に示す軸受部支持機構のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図２に示す軸受部支持機構の作用を説明するための図。
【図５】第２の実施形態に係る軸流排気タービンが備えた軸受部支持機構を平面方向から観た断面図。
【図６】第３の実施形態に係る軸流排気タービンの低圧部を水平方向から観た子午断面を示す図。
【図７】図７に示す軸流排気タービンが備えた軸受部支持機構のＣ−Ｃ断面図。
【図８】第４の実施形態に係る軸流排気タービンが備えた軸受部支持機構を平面方向から観た断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、本実施形態に係る軸流排気タービン１０は、動翼５を設けた低圧タービンロータ８、軸受７ａ及び軸受台７ｂを含む軸受部７、低圧ケーシング２、排気ケーシング３、グランドシール部１２、軸受給排油管１７、グランド蒸気管１８、１９などに加え、後に詳述する軸受部支持機構２０を備えている。
【００１３】
低圧ケーシング２は、低圧タービンロータ８に設けられた動翼５、及び静翼９を主に収容している。排気ケーシング３は、低圧ケーシング２における蒸気（作動流体）の流れの下流側に連結されており、低圧排気室１５を内部に形成する。より具体的には、この排気ケーシング３は、低圧タービンロータ８の軸方向に沿って蒸気を外部に排気する排気流路１４を構成する。排気流路１４は、いわゆるディフューザとして機能し、蒸気の流速を徐々に低減し、静圧を回復させる働きがある。排気ケーシング３のさらに下流側には、復水器が設けられている。
【００１４】
軸受部７及び軸受部支持機構２０は、排気ケーシング３内に設置されている。軸受７ａは、低圧タービンロータ８の端部を回転可能に支持する。軸受台７ｂは、軸受７ａを収容している。グランドシール部１２は、軸受７ａの上流側に設けられており、軸受台７ｂの内部に充満している空気やオイルミストの漏出を防止する。グランド蒸気管１８、１９は、蒸気をグランドシール部１２に対して給気又は排気を行うためのＬ字型の継手（エルボ）を含む配管である。軸受給排油管１７は、軸受７ａ用の潤滑油を軸受部７の軸受台７ｂ内に対して給油及び排油するための配管である。
【００１５】
次に、軸受部支持機構２０について詳述する。図２、図３に示すように、軸受部支持機構２０は、板状の支持部材２３、２４と、中空のカバー部材２９と、板状の補強部材である補強用プレート２５、２６と、板状の補強用リブ２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂと、を備えている。支持部材２３、２４は、カバー部材２９と協働しつつ、軸受７ａ及び軸受台７ｂを含む軸受部７を、排気ケーシング３内で、鉛直下方から支持する。
【００１６】
図２に示すように、カバー部材２９は、排気ケーシング３内で支持部材２３、２４を包囲するように配置されている。また、カバー部材２９は、鋭頭化された流線形の前縁部２１を蒸気（作動流体）の流れの方向における上流側に備える。流線形のこの前縁部２１は、蒸気の排気損失（圧力損失）の低減を考慮して形成されている。また、カバー部材２９は、下流端が平面形状の後縁部２２を、蒸気の流れの方向における下流側に備えている。
【００１７】
前縁部２１は、加工成形によって湾曲させた薄板状の一対のプレート２１ａ、２１ｂと支持部材２４の前縁部分（蒸気の流れの上流側の端面）とによって構成されている。一方、後縁部２２は、平板状のプレート２２ａ、２２ｂ、２２ｃを互いに接合して角管状に構成されている。軸受給排油管１７及びグランド蒸気管１８、１９は、カバー部材２９の内部（具体的には後縁部２２の内部）を挿通するように配置されている。
【００１８】
図２、図３に示すように、支持部材２３、２４は、対で配置（２つの支持部材を一組として配置）されていると共にそれぞれ板状に形成され、かつこれらが互いに直交する位置関係で配置されている。また、支持部材２３、２４は、互いに鉛直方向に延びた姿勢で配置されており、各々の一端部（上端部）が軸受台７ｂ側に接合され、各々の他端部（下端部）が排気ケーシング３における下方の内壁面側に接合されている。
【００１９】
さらに、支持部材２３、２４は、カバー部材２９と接合されている。これら支持部材２３、２４は、鉛直方向において、カバー部材２９の長さと例えばほぼ同じ長さを有する。また、支持部材２３は、カバー部材２９の前縁部２１と後縁部２２とを分断するように配置されている。さらに、支持部材２３は、その縁部がプレート２２ａ、２２ｂの端面とプレート２１ａ、２１ｂの端面とに接合されている。一方、支持部材２４は、その後縁部分が支持部材２３に接合されている。さらに、支持部材２４は、その前縁部分がプレート２１ａ、２１ｂの端面に接合されている。
【００２０】
一方、図２、図３に示すように、２つの補強用プレート２５、２６は、支持部材２４を挟む位置に対で配置されている。詳述すると、補強用プレート２５、２６は、前縁部２１の肉厚方向に沿った向きで前縁部２１の内側と支持部材２３、２４との間の中空部分に嵌め込まれるように配置されている。また、補強用プレート２５、２６は、前縁部２１の内周面及び支持部材２３、２４に接合されている。
【００２１】
より具体的には、補強用プレート２５の端面（周面）は、支持部材２３、２４及びプレート２１ａの内周面に接合されている。一方、補強用プレート２６の端面（周面）は、支持部材２３、２４及びプレート２１ｂの内周面に接合されている。また、図２、図３に示すように、補強用リブ２７ａ、２８ａと補強用リブ２７ｂ、２８ｂとは、補強用プレート２５、２６を挟んで対向する位置に配置されており、それぞれの端面が、支持部材２３、２４に接合されている。
【００２２】
次に、補強用プレート２５、２６を含む軸受部支持機構２０の作用について説明する。図４に示すように、中空のカバー部材２９は、復水器が下流側に配置されている排気ケーシング３（低圧排気室１５）の内部に設置されているため、カバー部材２９の外側は真空に近い負圧の領域Ｎとなる。一方、カバー部材２９（軸受部支持機構２０）の内側の領域Ｐは、大気圧である。したがって、中空のカバー部材２９（例えば前縁部２１のプレート２１ａ、２１ｂ）は、このような圧力差によって内側から外側へ圧力を受ける。
【００２３】
しかしながら、補強用プレート２５、２６が、カバー部材２９の前縁部２１の内側と支持部材２３、２４との間の中空部分に嵌め込まれるように接合されているので、プレート２１ａ、２１ｂで構成された前縁部２１は、上記した圧力差に耐え得る機械的強度（剛性）が確保されている。
【００２４】
したがって、カバー部材２９において、鋭頭化された前縁部２１（プレート２１ａ、２１ｂ）の薄型化が可能であると共に、前縁部２１を含む周辺構造の小型軽量化などを図ることができる。
【００２５】
既述したように、本実施形態の軸流排気タービン１０によれば、支持部材２３、２４を包囲するように配置されたカバー部材２９の前縁部２１における肉厚の薄型化を図ることができ、これによって、流線形の前縁部２１の加工性（加工精度）を向上させることが可能となる。
【００２６】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態を図５に基づき説明する。なお、図５において、図２に示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００２７】
図５に示すように、本実施形態の軸流排気タービンが備えた軸受部支持機構３０のカバー部材３９は、図２に示した軸受部支持機構２０におけるカバー部材２９の後縁部２２に代えて、鋭頭化された流線形の後縁部３２を、蒸気の流れの下流側に備えている。この後縁部３２は、薄板状のプレート３２ａを支持部材２３に接合することによって構成されている。
【００２８】
したがって、この実施形態の軸受部支持機構３０によれば、軸受部支持機構２０によって得られる効果に加え、カバー部材３９の後縁部３２表面における蒸気の流れの剥離が抑えられ、これによって排気損失のさらなる低減を図ることができる。
【００２９】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を図６、図７に基づき説明する。なお、図６、図７において、図１、図２に示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００３０】
図６に示すように、本実施形態の軸流排気タービン４０は、図１に示した第１の実施形態の軸流排気タービン１０の軸受部支持機構２０に代えて、軸受部支持機構５０を備えている。図６、図７に示すように、この軸受部支持機構５０は、グランド蒸気管４８、４９が、補強部材としての補強用プレート２５、２６をそれぞれ貫通する位置に配置されている。グランド蒸気管４８、４９は、Ｌ字型の継手（エルボ）などを介在させていないストレート（直線状）に延びた配管である
【００３１】
さらに、軸受部支持機構５０は、蒸気の流れの方向において、グランドシール部１２の位置に対応させて（グランドシール部１２の直下に）グランド蒸気管４８、４９を配置できるようにするために、カバー部材５９の前縁部５１の長さを、カバー部材２９の前縁部２１の長さよりも延長させている。この前縁部５１には、それぞれ長さを延長した補強用プレート５５、５６、プレート５１ａ、５１ｂ、支持部材５４が適用されている。
【００３２】
したがって、この実施形態の軸流排気タービンによれば、第１の実施形態の軸流排気タービン１０の効果に加え、グランド蒸気管を配置する場合にＬ字型の継手などが不要となるため、構造の簡略化を図ることができる。
【００３３】
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態を図８に基づき説明する。なお、図８において、図７に示した第３の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００３４】
図８に示すように、本実施形態の軸流排気タービンが備えた軸受部支持機構６０のカバー部材６９は、図７に示した軸受部支持機構５０におけるカバー部材５９の後縁部２２に代えて、鋭頭化された流線形の後縁部３２を、蒸気の流れの下流側に備えている。この後縁部３２は、第２の実施形態と同様に、薄板状のプレート３２ａを支持部材２３に接合することによって構成されている。
【００３５】
したがって、この実施形態の軸受部支持機構６０によれば、第３の実施形態の軸受部支持機構５０によって得られる効果に加え、カバー部材６９における後縁部３２での蒸気の流れの剥離が抑制され、排気損失の低減効果を向上させることができる。
【００３６】
以上、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す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。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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】
【００３７】
３…排気ケーシング、７…軸受部、７ａ…軸受、７ｂ…軸受台、８…低圧タービンロータ、１０，４０…軸流排気タービン、１２…グランドシール部、１４…排気流路、１５…低圧排気室、１７…軸受給排油管、１８，１９，４８，４９…グランド蒸気管、２０，３０，５０，６０…軸受部支持機構、２１，５１…前縁部、３２…後縁部、２３，２４，５４…支持部材、２５，２６，５５，５６…補強用プレート（補強部材）、２７ａ，２７ｂ，２７ａ，２７ｂ…補強用リブ、２９，３９，５９，６９…カバー部材、Ｎ…負圧の領域、Ｐ…大気圧の領域。
【図１】
2018076857.tif 000003
【図２】
2018076857.tif 000004
【図３】
2018076857.tif 000005
【図４】
2018076857.tif 000006
【図５】
2018076857.tif 000007
【図６】
2018076857.tif 000008
【図７】
2018076857.tif 000009
【図８】
2018076857.tif 000010