(57)【要約】【課題】タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制可能な軸流排気室及びこれを備えたタービン、並びに、該タービンの運転方法を提供する。【解決手段】タービンの軸流排気室は、軸方向の下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大するディフューザ部を備え、前記ディフューザ部は、該ディフューザ部の外周側境界及び内周側境界をそれぞれ画定する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面を有し、前記ディフューザ部は、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の少なくとも一方の前記軸方向に対する傾斜角度が変更可能に構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの軸流排気室であって、
軸方向の下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大するディフューザ部を備え、
前記ディフューザ部は、該ディフューザ部の外周側境界及び内周側境界をそれぞれ画定する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面を有し、
前記ディフューザ部は、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の少なくとも一方の前記軸方向に対する傾斜角度が変更可能に構成された
ことを特徴とするタービンの軸流排気室。
【請求項２】
内側静止壁と、
前記内側静止壁の外周側に設けられる外側静止壁と、
前記内側静止壁の外周側、かつ、前記外側静止壁の内周側において、径方向又は前記軸方向に沿って移動自在に設けられた可動壁と、を備え、
前記可動壁は、
前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の何れか一方のディフューザ壁面が前記可動壁によって形成される第１位置と、
前記内側静止壁又は前記外側静止壁の一方によって前記一方のディフューザ壁面が形成されるように、前記ディフューザ壁面を形成する前記内側静止壁又は前記外側静止壁の前記一方から前記可動壁が退避した第２位置と、
の間で移動可能に構成された
請求項１に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項３】
前記ディフューザ部は、前記可動壁が前記第２位置にあるときに、前記第１ディフューザ壁面及び前記第２ディフューザ壁面の他方のディフューザ壁面が前記外側静止壁又は前記内側静止壁の他方によって形成されるように構成された
ことを特徴とする請求項２に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項４】
前記可動壁は、前記第２位置において、前記内側静止壁又は前記外側静止壁の前記一方との前記可動壁との間の第１環状空間と、前記内側静止壁又は前記外側静止壁の他方と前記可動壁との間の第２環状空間と、に前記軸流排気室の内部空間を仕切るように構成された
請求項２又は３に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項５】
前記第１環状空間の上流端における流路断面積Ｓｕｐと、前記第１環状空間の下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎとが、Ｓｕｐ＜Ｓｄｏｗｎを満たす
請求項４に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項６】
前記ディフューザ部は、前記可動壁が前記第２位置にあるときに、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の他方のディフューザ壁面が前記可動壁によって形成されるように構成された
ことを特徴とする請求項２に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項７】
前記内側静止壁の前記軸方向に対する傾斜角度をθｉｎとし、前記外側静止壁の前記軸方向に対する傾斜角度をθｏｕｔとし、前記第１位置にて前記ディフューザ壁面を形成する前記可動壁の壁面の前記軸方向に対する傾斜角をθｍ１としたとき、θｉｎ＜θｍ１＜θｏｕｔを満たす
請求項２乃至６の何れか一項に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項８】
前記ディフューザ壁面を形成する前記可動壁の壁面は、前記軸方向を含む断面において、下流側に向かうにつれて前記軸流排気室の中心線からの距離が増加する曲線形状を有する
ことを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項９】
前記可動壁を前記外側静止壁又は前記内側静止壁に支持するための支持部をさらに備え、
前記可動壁は、前記支持部とともに、前記軸方向に沿って移動可能に構成された
ことを特徴とする請求項２乃至８の何れか一項に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１０】
前記支持部は、前記軸方向に沿って延在する支持板を含み、
前記可動壁は、前記支持板とともに前記支持板の板幅方向に移動可能に構成された
ことを特徴とする請求項９に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１１】
前記支持板は、径方向視において、該支持板の板幅方向が、前記軸方向に対して下流側に向かうに従いタービン回転方向の下流側にずれるように傾斜して配置された
ことを特徴とする請求項１０に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１２】
前記タービンの最終段動翼よりも上流側から抽気された蒸気の圧力を用いて前記可動壁を動かすように構成された駆動部をさらに備える
ことを特徴とする請求項２乃至１１の何れか一項に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１３】
前記駆動部は、
シリンダと、
前記シリンダとともに第１室及び第２室を形成するとともに、前記シリンダの内部を往復動可能であり、かつ、前記可動壁とともに移動可能なピストンと、
前記第１室に前記蒸気を導入するための第１抽気ラインと、
前記第１抽気ラインに設けられる第１バルブと、を含み、
前記第２室は、前記蒸気よりも低圧の空間に接続された
ことを特徴とする請求項１２に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１４】
前記駆動部は、
前記ピストンに対して、前記第２室から前記第１室に向かう方向の付勢力を付与可能な付勢部材をさらに含む
ことを特徴とする請求項１３に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１５】
前記駆動部は、
前記第２室に前記蒸気を導入するための第２抽気ラインと、
前記第２抽気ラインに設けられる第２バルブと、を含み、
前記第１室は、前記蒸気よりも低圧の空間に接続可能に構成された
ことを特徴とする請求項１３に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１６】
前記ピストン及び前記可動壁は、前記径方向に移動可能に構成され、
前記可動壁は、自重により、前記ピストンとともに、前記第１位置又は前記第２位置のうち一方に向かって下降可能であり、
前記駆動部は、前記第１室及び前記第２室のうち下方の室に前記蒸気を導入することにより、前記第１位置又は前記第２位置の他方に向かって前記可動壁を前記ピストンとともに上昇させるように構成された
ことを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか一項に記載のタービンの軸流排気室。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れか一項に記載の軸流排気室を備えるタービン。
【請求項１８】
請求項２乃至１５の何れか一項に記載の軸流排気室と、
前記軸流排気室の上流側に設けられる複数の動翼と、を備え、
前記ディフューザ壁面を形成する前記可動壁の壁面のうち上流端部は、前記軸方向を含む断面内において、前記複数の動翼のうち最終段動翼のシュラウド壁面又は該最終段動翼の外周側の静止壁面の下流端の径方向位置をｒ０としたとき、０．９５ｒ０≦ｒ≦１．０５ｒ０の径方向位置範囲内に設けられる
ことを特徴とするタービン。
【請求項１９】
軸方向の下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大するディフューザ部を含む軸流排気室を備えるタービンの運転方法であって、
前記ディフューザ部は、該ディフューザ部の外周側境界及び内周側境界をそれぞれ画定する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面を有し、
前記タービンから前記軸流排気室に流入する流体の体積流量に応じて、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の少なくとも一方の前記軸方向に対する傾斜角度を変更するステップを備える
ことを特徴とするタービンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービンの軸流排気室及びタービン並びにタービンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流方向の車室を有するタービンにおいて、タービン翼列を通過して車室から流出した流体を軸方向に排出するための軸流排気室が用いられることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２には、蒸気タービンの最終動翼の下流側に設けられ、内周側の壁と外周側の壁によって形成される環状通路（ディフューザ部）を備えた軸流排気室が開示されている。ディフューザ部は、下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大する形状を有しており、このため、ディフューザ部を流通する流れが減速されるとともに静圧が回復し、これにより、タービン部での圧力比が増加して、タービン効率が向上するとの効果を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１１９６０２号公報
【特許文献２】特開２０１６−９４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、流路断面積が徐々に拡大するディフューザ部では、流れが減速されるため、流れの剥離が生じやすい。ディフューザ部において剥離が生じると、剥離が生じた位置において流路断面積が実質的に減少するため、ディフューザによる静圧増大効果が低下することから、ディフューザ部における剥離を抑制することが望まれる。
また、ディフューザ部において流れの剥離が生じやすい位置は、タービンの運転条件に応じて異なる場合がある。例えば、ディフューザ部において剥離が生じやすい位置は、タービンからディフューザ部に流入する流体の流量や、ディフューザ部（排気室）の下流側に設けられる復水器の真空度の大きさによって異なる。
したがって、運転条件が変化しても、ディフューザ部における流れの剥離を効果的に低減することが望まれる。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制可能な軸流排気室及びこれを備えたタービン、並びに、該タービンの運転方法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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンの軸流排気室は、
軸方向の下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大するディフューザ部を備え、
前記ディフューザ部は、該ディフューザ部の外周側境界及び内周側境界をそれぞれ画定する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面を有し、
前記ディフューザ部は、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の少なくとも一方の前記軸方向に対する傾斜角度が変更可能に構成される。
【０００８】
上述したように、ディフューザ部において流れの剥離が生じやすい位置は、タービンの運転条件に応じて異なる。より具体的には、ディフューザ部に流入する流れの体積流量が比較的小さいときには径方向内側（ハブ側）の第２ディフューザ壁面で剥離が生じやすく、上述の体積流量が比較的大きいときには径方向外側（チップ側）の第１ディフューザ壁面で剥離が生じやすい。
この点、上記（１）の構成では、ディフューザ部を形成する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面のうち少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度（以下、単に「傾斜角度」ともいう。）を変更可能としたので、運転条件に応じて該傾斜角度を適切に設定することで、複数の運転条件においてディフューザ部における流れの剥離を抑制することができる。
詳しくは後述するが、例えば、上述の体積流量が比較的小さいときには、径方向内側に位置する第２ディフューザ壁面の傾斜角度を比較的大きく設定することで、流れが壁面を追従しやすくなり、該第２ディフューザ壁面での剥離を抑制することができる。また、上述の体積流量が比較的大きいときには、径方向外側に位置する第１ディフューザ壁面の傾斜角度を比較的小さくく設定することで、流れが壁面を追従しやすくなり、該第１ディフューザ壁面での剥離を抑制することができる。
このように、複数の運転条件においてディフューザ部における流れの剥離を抑制することができるので、タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記軸流排気室は、
内側静止壁と、
前記内側静止壁の外周側に設けられる外側静止壁と、
前記内側静止壁の外周側、かつ、前記外側静止壁の内周側において、径方向又は前記軸方向に沿って移動自在に設けられた可動壁と、を備え、
前記可動壁は、
前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の何れか一方のディフューザ壁面が前記可動壁によって形成される第１位置と、
前記内側静止壁又は前記外側静止壁の一方によって前記一方のディフューザ壁面が形成されるように、前記ディフューザ壁面を形成する前記内側静止壁又は前記外側静止壁の前記一方から前記可動壁が退避した第２位置と、
の間で移動可能に構成される。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、上述の第１位置と第２位置との間で移動可能な可動壁を設け、第１位置においては、該可動壁の壁面によってディフューザ部の壁面（一方のディフューザ壁面）を形成するとともに、第２位置においては、内側静止壁又は外側静止壁が該一方のディフューザ壁面を形成するように該静止壁から可動壁を退避させるようにしたので、可動壁を第１位置と第２位置との間で移動させることによって、該一方のディフューザ壁面の傾斜角度を変更することができる。よって、運転条件に応じて、可動壁を第１位置と第２位置のうち、適切な一方に位置させることで、運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記ディフューザ部は、前記可動壁が前記第２位置にあるときに、前記第１ディフューザ壁面及び前記第２ディフューザ壁面の他方のディフューザ壁面が前記外側静止壁又は前記内側静止壁の他方によって形成されるように構成される。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、可動壁が第１位置にあるときには、内側静止壁又は外側静止壁の一方と、可動壁とで一対のディフューザ壁面（第１及び第２ディフューザ壁面）を形成するとともに、可動壁が第２位置にあるときには、可動壁が内側静止壁又は外側静止壁から退避した状態で、内側静止壁と外側静止壁とで一対のディフューザ壁面を形成する。このようにして、可動壁を移動させることで、上述の一方のディフューザ壁面（第１又は第２ディフューザ壁面）の傾斜角度を変更することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記可動壁は、前記第２位置において、前記内側静止壁又は前記外側静止壁の前記一方との前記可動壁との間の第１環状空間と、前記内側静止壁又は前記外側静止壁の他方と前記可動壁との間の第２環状空間と、に前記軸流排気室の内部空間を仕切るように構成される。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、可動壁が第２位置にあるときに、可動壁によって軸流排気室の内部空間を仕切ることにより、径方向位置が異なる第１環状空間及び第２環状空間を形成するようにしたので、第１環状空間及び第２環状空間によってディフューザ部を構成することができる。すなわち、可動壁が第２位置にあるときには、内側静止壁と外側静止壁との間の空間において、ディフューザ部として機能しないデッドスペースを形成せずに、該空間の全体をディフューザ部として有効利用することができる。これにより、複数の運転条件においてディフューザ部における流れの剥離を効果的に抑制することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記第１環状空間の上流端における流路断面積Ｓｕｐと、前記第１環状空間の下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎとが、Ｓｕｐ＜Ｓｄｏｗｎを満たす。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、
第１環状空間の上流端における流路断面積Ｓｕｐよりも下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎのほうを大きく設定したので、該第１環状空間を、静圧回復のためのディフューザとして機能させることができる。よって、第１環状空間及び第２環状空間が形成されたディフューザ部によって、ディフューザ効果を確実に得ることができる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記ディフューザ部は、前記可動壁が前記第２位置にあるときに、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の他方のディフューザ壁面が前記可動壁によって形成されるように構成される。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、可動壁が第１位置にあるときには、内側静止壁及び外側静止壁の一方と、可動壁とで一対のディフューザ壁面（第１及び第２ディフューザ壁面）を形成するとともに、可動壁が第２位置にあるときには、可動壁が内側静止壁又は外側静止壁から退避した状態で、内側静止壁及び外側静止壁の他方とで一対のディフューザ壁面を形成する。このようにして、可動壁を移動させることで、双方のディフューザ壁面（第１及び第２ディフューザ壁面）の傾斜角度を変更することができる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（６）の何れかの構成において、
前記内側静止壁の前記軸方向に対する傾斜角度をθｉｎとし、前記外側静止壁の前記軸方向に対する傾斜角度をθｏｕｔとし、前記第１位置にて前記ディフューザ壁面を形成する前記可動壁の壁面の前記軸方向に対する傾斜角をθｍ１としたとき、θｉｎ＜θｍ１＜θｏｕｔを満たす。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、θｉｎ＜θｍ１＜θｏｕｔを満たすように各傾斜角度を設定したので、可動壁を第１位置と第２位置との間で移動させることにより、第１ディフューザ壁面及び／又は第２ディフューザ壁面の傾斜角度を変更することができる。このようにして、第１ディフューザ壁面及び／又は第２ディフューザ壁面の傾斜角度が異なる第１位置と第２位置のうち、運転条件に応じた適切な一方に可動壁を位置させることにより、運転条件が変化してもタービン性能の低下を適切に抑制することができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れかの構成において、
前記ディフューザ壁面を形成する前記可動壁の壁面は、前記軸方向を含む断面において、下流側に向かうにつれて前記軸流排気室の中心線からの距離が増加する曲線形状を有する。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、曲線形状を有する可動壁の壁面によってディフューザ壁面が形成されるときに、ディフューザ部における流路断面積拡大率をより大きくすることができ、ディフューザ部による静圧回復性能を向上させることができる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（８）の何れかの構成において、
前記可動壁を前記外側静止壁又は前記内側静止壁に支持するための支持部をさらに備え、
前記可動壁は、前記支持部とともに、前記軸方向に沿って移動可能に構成される。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、支持部を動かすことにより、可動壁を支持部とともに可動壁を軸方向に移動させることができる。よって、第１位置と第２位置との軸方向位置が異なる場合に、可動壁を第１位置と第２位置との間で適切に移動させることができる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記支持部は、前記軸方向に沿って延在する支持板を含み、
前記可動壁は、前記支持板とともに前記支持板の板幅方向に移動可能に構成される。
【００２６】
上記（１０）の構成によれば、支持板の移動方向（軸方向に沿った方向）を支持板の板幅方向としたので、支持板の移動方向が他の方向（例えば該支持板の板厚方向）である場合に比べて、例えば、支持板を移動させるために静止壁に設けるスリット等の幅を小さくすることができる。これにより、ディフューザ壁面の凹凸による流れの乱れを抑制することができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００２７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記支持板は、径方向視において、該支持板の板幅方向が、前記軸方向に対して下流側に向かうに従いタービン回転方向の下流側にずれるように傾斜して配置される。
【００２８】
上記（１１）の構成によれば、旋回流の方向に合わせて支持板を配置するようにしたので、流れの乱れをより効果的に抑制し、タービン効率低下を抑制することができる。
【００２９】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記軸流排気室は、
前記タービンの最終段動翼よりも上流側から抽気された蒸気の圧力を用いて前記可動壁を動かすように構成された駆動部をさらに備える。
【００３０】
上記（１２）の構成によれば、最終段動翼よりも上流側の比較的高圧の蒸気を可動壁の駆動力として用いるようにしたので、可動壁を動かすための駆動源を別途用意する必要がない。よって、タービン全体として効率を高めることができる。
【００３１】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記駆動部は、
シリンダと、
前記シリンダとともに第１室及び第２室を形成するとともに、前記シリンダの内部を往復動可能であり、かつ、前記可動壁とともに移動可能なピストンと、
前記第１室に前記蒸気を導入するための第１抽気ラインと、
前記第１抽気ラインに設けられる第１バルブと、を含み、
前記第２室は、前記蒸気よりも低圧の空間に接続される。
【００３２】
上記（１３）の構成によれば、第１抽気ライン及び第１バルブを介してシリンダ内部に形成される第１室に比較的高圧の蒸気を導入することにより、ピストンを第１室から第２室へ向かって移動させることで、該ピストンに連結された可動壁を第１位置又は第２位置に移動させることができる。
【００３３】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記駆動部は、
前記ピストンに対して、前記第２室から前記第１室に向かう方向の付勢力を付与可能な付勢部材をさらに含む。
【００３４】
上記（１４）の構成によれば、第２室から第１室に向かう方向の付勢力をピストンに付与可能な付勢部材を設けたので、第１バルブを操作する等して第１室の圧力を低下させたときに、付勢部材による付勢力によって、第２室から第１室に向けてピストンを動かして、可動壁の位置を第２位置（又は第１位置）に移動させることができる。
【００３５】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記駆動部は、
前記第２室に前記蒸気を導入するための第２抽気ラインと、
前記第２抽気ラインに設けられる第２バルブと、を含み、
前記第１室は、前記蒸気よりも低圧の空間に接続可能に構成される。
【００３６】
上記（１５）の構成によれば、比較的高圧の蒸気の導入先を第１室と第２室との間で切り替えることができるとともに、比較的高圧の蒸気が導入される一方の室ではない方の他方の室は、より低圧の空間に接続可能である。よって、比較的高圧の蒸気の導入先を第１室と第２室との間で切り替えることにより、可動壁の位置を第１位置と第２位置との間で任意に切り替えることができる。
【００３７】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１３）乃至（１５）の何れか一項の構成において、
前記ピストン及び前記可動壁は、前記径方向に移動可能に構成され、
前記可動壁は、自重により、前記ピストンとともに、前記第１位置又は前記第２位置のうち一方に向かって下降可能であり、
前記駆動部は、前記第１室及び前記第２室のうち下方の室に前記蒸気を導入することにより、前記第１位置又は前記第２位置の他方に向かって前記可動壁を前記ピストンとともに上昇させるように構成される。
【００３８】
上記（１６）の構成によれば、可動壁を上昇させるときには、比較的高圧の蒸気によってピストン及び可動壁を駆動するとともに、可動壁を下降させるときには、可動壁及びピストンの自重を利用するようにしたので、タービン全体として、より効率を高めることができる。
【００３９】
（１７）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、上記（１）乃至（１６）の何れかに記載の軸流排気室を備える。
【００４０】
上記（１７）の構成では、ディフューザ部を形成する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面のうち少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度を変更可能としたので、運転条件に応じて該傾斜角度を適切に設定することで、複数の運転条件においてディフューザ部における流れの剥離を抑制することができる。よって、タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制することができる。
【００４１】
（１８）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
上記（２）乃至（１５）の何れかに記載の軸流排気室と、
前記軸流排気室の上流側に設けられる複数の動翼と、を備え、
前記ディフューザ壁面を形成する前記可動壁の壁面のうち上流端部は、前記軸方向を含む断面内において、前記複数の動翼のうち最終段動翼のシュラウド壁面又は該最終段動翼の外周側の静止壁面の下流端の径方向位置をｒ０としたとき、０．９５ｒ０≦ｒ≦１．０５ｒ０の径方向位置範囲内に設けられる。
【００４２】
上記（１８）の構成によれば、ディフューザ壁面を形成する可動壁の壁面のうち上流端部の径方向位置が、最終段動翼のシュラウド壁面又は該最終段動翼の外周側の静止壁面の下流端の径方向位置に近くなるように設定したので、最終段動翼を通過した流体がディフューザ部に流入する際に乱れが生じるのを抑制することができる。
【００４３】
（１９）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンの運転方法は、
軸方向の下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大するディフューザ部を含む軸流排気室を備えるタービンの運転方法であって、
前記ディフューザ部は、該ディフューザ部の外周側境界及び内周側境界をそれぞれ画定する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面を有し、
前記タービンから前記軸流排気室に流入する流体の体積流量に応じて、前記第１ディフューザ壁面又は前記第２ディフューザ壁面の少なくとも一方の前記軸方向に対する傾斜角度を変更するステップを備える。
【００４４】
上記（１９）の方法によれば、タービンから軸流排気室に流入する流体の体積流量に応じて、ディフューザ部を形成する第１ディフューザ壁面及び第２ディフューザ壁面のうち少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度を変更するようにしたので、運転条件に応じて該傾斜角度を適切に設定することで、複数の運転条件においてディフューザ部における流れの剥離を抑制することができる。よって、流体の体積流量（タービンの運転条件）が変化してもタービン性能の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制可能な軸流排気室及びこれを備えたタービン、並びに、該タービンの運転方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図２】図１に示す実施形態に係る蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図３】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図４】図３に示す実施形態に係る蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図５】図３に示す実施形態に係る蒸気タービンの軸方向に直交する断面図である。
【図６】一実施形態に係るタービンにおける可動壁を示す図である。
【図７】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図８】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図９】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図１０】一実施形態に係る可動壁の支持部及びスリットの構成を示す図である。
【図１１】一実施形態に係る可動壁の支持部及びスリットの構成を示す図である。
【図１２】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図１３】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図１４】一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【図１５】ディフューザ部の入口における、径方向位置と、流れの旋回成分の大きさとの関係の一例を示すグラフである。
【図１６】径方向外側（翼先端側）位置で生じる流れの剥離を示す模式図である。
【図１７】径方向内側（翼根側）位置で生じる流れの剥離を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４８】
以下の説明においては、幾つかの実施形態に係る軸流排気室が適用されるタービンとして、蒸気タービンについて説明するが、本発明の実施形態に係る軸流排気室の適用先は蒸気タービンに限定されず、軸方向に流体が流通する軸流タービン全般に適用可能である。
【００４９】
まず、図１を参照して、幾つかの実施形態に係る軸流排気室及び該軸流排気室が適用されるタービンの基本的な構成について説明する。
【００５０】
図１は、一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。同図に示すように、蒸気タービン１は、回転シャフト２とともに回転するタービン翼群を含むタービン部４と、タービン１の軸方向においてタービン部４の下流側に設けられる軸流排気室１０と、を含む。
【００５１】
タービン部４は、回転シャフト２と、回転シャフト２の周囲に設けられる複数の静翼（不図示）及び動翼と、回転シャフト２、複数の静翼及び動翼が収容されるケーシング６と、を含む。
【００５２】
複数の静翼は、回転シャフト２の周り周方向に配列されて静翼列を形成しているとともに、各々の静翼は、ケーシング６に支持されている。複数の動翼は、回転シャフト２の周り周方向に配列されて動翼列を形成しているとともに、各々の動翼は、回転シャフト２に支持されて回転シャフト２とともに回転するようになっている。静翼列と動翼列とは、軸方向において隣接して配列されている。なお、タービン部４は、軸方向において交互に配列される複数の静翼列と複数の動翼列とを含んでいてもよい。
【００５３】
複数の動翼は、これらの複数の動翼のうち、軸方向において最も下流側に位置する最終段動翼３を含む。
タービン部４において、流体（即ち蒸気）は、ケーシング６と回転シャフト２との間に形成される通路を軸方向に沿って流れる。このとき、該通路内に設けられた静翼列によって流体が整流及び増速されるとともに、流体の速度エネルギーが動翼を介してロータの回転エネルギーに変換される。
最終段動翼３を通過した流体（蒸気）は、タービン部４から排出されて、軸方向に沿って軸流排気室１０に流入する。すなわち、最終段動翼３は、軸流排気室１０の上流側に設けられている。
【００５４】
軸流排気室１０は、蒸気タービン１の回転軸に沿った方向の中心軸線を有し、内側静止壁１４と、軸流排気室１０の径方向（以下、単に「径方向」ともいう。）において内側静止壁１４の外周側に設けられる外側静止壁１２と、を含む。内側静止壁１４の外周面１５と、外側静止壁１２の内周面１３との間に環状の内部空間が形成され、タービン部４から排出された流体は、この内部空間を軸流排気室１０の軸方向（以下、単に「軸方向」ともいう。）に流通可能になっている。
【００５５】
軸方向を含む断面において、内側静止壁１４の軸方向に対する傾斜角度θｉｎと、外側静止壁１２の軸方向に対する傾斜角度θｏｕｔとは、θｉｎ＜θｏｕｔの関係を満たすように設定されている。すなわち、内側静止壁１４と外側静止壁１２との間に形成される環状の内部空間は、下流側に向かうにつれて、断面積が拡大するようになっている。
【００５６】
なお、図１に示すように、軸方向に対して傾斜する内側静止壁１４の下流側端には、軸方向に沿った内側接続壁９が接続されていてもよい。また、軸方向に対して傾斜する外側静止壁１２の下流側端には、軸方向に沿った外側接続壁７が接続されていてもよい。
【００５７】
軸流排気室１０の下流側には、蒸気タービン１で仕事を取り出した後の蒸気を冷却して低圧の飽和液に戻すための復水器（不図示）が設けられていてもよい。この場合、内部空間を通過した流体は、軸流排気室１０から軸方向に沿って排出されて、軸方向に沿って復水器に流入するようになっていてもよい。
【００５８】
以上説明した蒸気タービン１及び軸流排気室１０の基本的構成は、以下に説明する各実施形態においても共通である。
【００５９】
次に、幾つかの実施形態に係る軸流排気室１０についてより具体的に説明する。
ここで、図３は、図１とは別の一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。
【００６０】
図１及び図３に示すように、軸流排気室１０は、内側静止壁１４の外周側、かつ、外側静止壁１２の内周側において、径方向又は軸方向に沿って移動自在に設けられた可動壁１６をさらに備えている。この可動壁１６は、径方向に沿って延在する支持部２１によって外側静止壁１２に支持されている。支持部２１は、外側静止壁１２に設けられたスリット１１を貫通するように設けられており、例えば外側静止壁１２の外部から支持部２１に対して駆動力を与えることにより、支持部２１とともに可動壁１６が移動するようになっている。
【００６１】
この可動壁１６は、第１位置１０１と第２位置１０２との間で、径方向又は軸方向に沿って移動可能に構成されている。
【００６２】
図１に示す例示的な実施形態では、上述のスリット１１が軸方向に沿って延びるように設けられており、可動壁１６は、支持部２１とともに、軸方向に沿って第１位置１０１と第２位置１０２との間で移動可能に設けられている。
【００６３】
図３に示す例示的な実施形態では、上述のスリット１１は、支持部２１の断面形状に合わせた形状に形成されており、可動壁１６は、支持部２１とともに、径方向に沿って第１位置１０１と第２位置１０２との間で移動可能に設けられている。
この場合、スリット１１の面積を比較的小さくすることができるので、軸流排気室１０の内部空間からの流体の漏れを低減することができる。
【００６４】
ここで、図２は、図１に示す実施形態に係る蒸気タービン１の部分的な概略断面図であり、可動壁１６が第２位置１０２に位置する場合を示している。また、図４は、図３に示す実施形態に係る蒸気タービン１の部分的な概略断面図であり、可動壁１６が第２位置１０２に位置する場合を示している。また、図５は、図３に示す実施形態に係る蒸気タービン１の軸方向に直交する断面図である。
なお、図１、図３及び図５おいて、第１位置１０１に位置する可動壁１６が実線で、第２位置１０２に位置する可動壁１６が二点鎖線で示されている。
【００６５】
軸流排気室１０には、軸方向の下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大するディフューザ部５０が形成されている。ディフューザ部５０の外周側境界及び内周側境界は、それぞれ、第１ディフューザ壁面（外周側のディフューザ壁面）２０及び第２ディフューザ壁面（内周側のディフューザ壁面）２２によって画定される。すなわち、軸方向を含む断面において、第１ディフューザ壁面２０の軸方向に対する傾斜角度は、第２ディフューザ壁面２２の軸方向に対する傾斜角度よりも大きい。
そして、ディフューザ部５０は、第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２の少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度が変更可能に構成されている。
【００６６】
図１〜図２、及び、図３〜図５にそれぞれ示す例示的な実施形態では、可動壁１６の位置が第１位置１０１と第２位置１０２との間で切り替わることにより、第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２の少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度が変更されるようになっている。
【００６７】
ここで、可動壁１６が第１位置１０１にあるとき、第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２の何れか一方のディフューザ壁面が可動壁１６によって形成される。また、可動壁１６が第２位置１０２にあるとき、内側静止壁１４又は外側静止壁１２の一方によって、第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２のうち上述の一方のディフューザ壁面が形成されるように、該一方のディフューザ壁面を形成する内側静止壁１４又は外側静止壁１２から可動壁１６が退避している。
【００６８】
すなわち、図１〜図２に示す例示的な実施形態では、可動壁１６が第１位置１０１にあるときには（図１参照）、第１ディフューザ壁面２０は可動壁１６の内周壁面１８によって形成されるとともに、第２ディフューザ壁面２２は、内側静止壁１４の外周面１５によって形成される。また、可動壁１６が第２位置１０２にあるときには（図２参照）、第１ディフューザ壁面２０は、外側静止壁１２の内周面１３によって形成されるとともに、第２ディフューザ壁面２２は、内側静止壁１４の外周面１５によって形成される。このとき、可動壁１６は、第１ディフューザ壁面２０が外側静止壁１２によって形成されるように、該外側静止壁１２から退避している。
【００６９】
また、図３〜図５に示す例示的な実施形態では、可動壁１６が第１位置１０１にあるときには（図３参照）、図１に示す場合と同様、第１ディフューザ壁面２０は可動壁１６の内周壁面１８によって形成されるとともに、第２ディフューザ壁面２２は、内側静止壁１４の外周面１５によって形成される。また、可動壁１６が第２位置１０２にあるときには（図４参照）、第１ディフューザ壁面２０は、外側静止壁１２の内周面１３によって形成されるとともに、第２ディフューザ壁面２２は、可動壁１６の外周壁面１７によって形成される。このとき、可動壁１６は、第１ディフューザ壁面２０が外側静止壁１２によって形成されるように、該外側静止壁１２から退避している。
【００７０】
ここで、図１〜図２、及び、図３〜図５に示す実施形態では、軸方向を含む断面において、可動壁１６の軸方向に対する傾斜角度θｍ１は、内側静止壁１４の傾斜角度θｉｎよりも大きく、外側静止壁１２の傾斜角度θｏｕｔよりも小さい（すなわち、θｉｎ＜θｍ１＜θｏｕｔの関係が満たされる）。
したがって、図１〜図２、及び、図３〜図５に示す実施形態において、可動壁１６を第１位置１０１と第２位置１０２との間で移動させることで、第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２の少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度が変更される。
【００７１】
すなわち、図１〜図２に示す例示的な実施形態では、可動壁１６が第１位置１０１にあるときは、第１ディフューザ壁面２０は可動壁１６によって形成されているため、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度はθｍ１であるのに対し、可動壁１６が第２位置１０２にあるときは、第１ディフューザ壁面２０は外側静止壁１２によって形成されているため、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度はθｏｕｔ（＞θｍ１）である。
つまり、可動壁１６が第１位置１０１にあるときに比べて、可動壁１６が第２位置１０２にあるときは、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度が拡大している。
【００７２】
また、図３〜図５に示す例示的な実施形態では、可動壁１６が第１位置１０１にあるときは、第１ディフューザ壁面２０は可動壁１６によって形成されているため、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度はθｍ１であるとともに、第２ディフューザ壁面２２は内側静止壁１４によって形成されているため、第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度はθｉｎであるのに対し、可動壁１６が第２位置１０２にあるときは、第１ディフューザ壁面２０は外側静止壁１２によって形成されているため、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度はθｏｕｔ（＞θｍ１）であるとともに、第２ディフューザ壁面２２は可動壁１６によって形成されているため、第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度はθｍ１（＞θｉｎ）である。
つまり、可動壁１６が第１位置１０１にあるときに比べて、可動壁１６が第２位置１０２にあるときは、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度及び第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度は、ともに拡大している。
【００７３】
このように、図１〜図２、及び、図３〜図５に示す実施形態では、可動壁１６を第１位置１０１と第２位置１０２との間で移動させることで、第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２の少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度を変更することができる。
【００７４】
ここで、軸流排気室１０においてディフューザ部５０を形成する第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度が変更可能であることの利点について、簡単に説明する。
【００７５】
ディフューザ部５０において流れの剥離が生じやすい位置は、蒸気タービン１の運転条件に応じて異なる。
ここで、図１５は、ディフューザ部５０の入口における、径方向位置と、流れの旋回成分の大きさとの関係の一例を示すグラフである。図１５のグラフにおいて、縦軸は、旋回成分の大きさを示し、０°は、旋回成分がない（即ち、流れの速度は軸方向成分のみである）ことを示し、０°より上側は、流れの旋回方向がタービンの回転シャフト２の回転方向と同じ方向であり、０度より下側は、流れの旋回方向がタービンの回転シャフト２の回転方向と逆方向であることを示す。
また、図１６及び図１７は、ディフューザ部５０において、径方向外側（翼先端側）位置及び径方向内側（翼根側）位置で生じる流れの剥離をそれぞれ示す模式図である。
【００７６】
図１５のグラフからわかるように、ディフューザ部５０に流入する流れの体積流量が比較的小さいとき、径方向外側（翼先端側）の位置では、流れの旋回成分が比較的大きくなるが、剥離しようとする流れが遠心力によってディフューザ壁面に押さえつけられるため、剥離は比較的生じにくい。一方、径方向内側（翼根側）の位置では、流れの旋回成分が比較的大きく、流れが外周側に向かおうとして剥離が助長されるため、図１７に示すような翼根側における剥離が比較的生じやすい。
【００７７】
また、図１５のグラフからわかるように、ディフューザ部５０に流入する流れの体積流量が比較的大きいとき、径方向外側（翼先端側）の位置では、流れの旋回成分が比較的小さくなるため、軸方向に高速な流れとなるため、流れがディフューザ壁面に追従しにくくなり、図１６に示すような翼先端側における剥離が比較的生じやすい。一方、径方向内側（翼根側）の位置では、流れの旋回成分が比較的小さいため、剥離は比較的生じにくい。
【００７８】
ディフューザ部５０に流入する流れの体積流量が比較的大きく、径方向外側の位置において剥離が生じやすい運転条件の場合、径方向外側に位置する第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度を比較的小さく設定することで、流れが第１ディフューザ壁面２０を追従しやすくなり、該第１ディフューザ壁面２０での剥離を抑制することができる。
【００７９】
例えば、図１〜図２、及び、図３〜図４に示す例示的な実施形態では、上述の体積流量が比較的大きい場合、可動壁１６を第１位置１０１に位置させることで、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度を比較的小さくすることができるので、該第１ディフューザ壁面２０での剥離を抑制することができる。
なお、図１〜図２に示す実施形態では、可動壁１６を第１位置１０１に位置させた場合であっても、第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度は比較的小さいままに維持されるので、ディフューザ部５０における流路断面積の拡大率の低下を抑制しながら、上述のように、径方向外側に位置する第１ディフューザ壁面２０での剥離を抑制することができる。
【００８０】
また、ディフューザ部５０に流入する流れの体積流量が比較的小さく、径方向内側の位置において剥離が生じやすい運転条件の場合、径方向内側に位置する第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度を比較的大きく設定することで、流れが第２ディフューザ壁面２２を追従しやすくなり、該第２ディフューザ壁面２２での剥離を抑制することができる。
【００８１】
例えば、図３〜図５に示す例示的な実施形態では、上述の体積流量が比較的小さい場合、可動壁１６を第２位置１０２に位置させることで、第２ディフューザ壁面２２の傾斜角度を比較的大きくすることができるので、該第２ディフューザ壁面２２での剥離を抑制することができる。
【００８２】
なお、図１〜図２に示す例示的な実施形態では、上述の体積流量が比較的小さい運転条件である場合、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角度を比較的大きくしても、径方向外側の第１ディフューザ壁面２０の剥離が生じにくい。そこで、可動壁１６を第２位置に位置させることで、第１ディフューザ壁面２０と、第２ディフューザ壁面２２とのなす角度を比較的大きくできるので、ディフューザ部５０の静圧回復性能を向上させることができる。
【００８３】
このように、図１〜図２、及び、図３〜図５に示す実施形態では、可動壁１６を第１位置１０１と第２位置１０２との間で移動させることにより、ディフューザ部５０を形成する第１ディフューザ壁面２０及び第２ディフューザ壁面２２のうち少なくとも一方の軸方向に対する傾斜角度が変更可能である。よって、蒸気タービン１の運転条件に応じて該傾斜角度を適切に設定することができ、複数の運転条件においてディフューザ部５０における流れの剥離を効果的に抑制することができる。よって、蒸気タービン１の運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制することができる。
【００８４】
なお、ディフューザ部５０に流入する流れの体積流量は、軸流排気室１０の下流側に設けられる復水器の真空度にも影響を受け、該真空度が大きいほど（すなわち圧力が低いほど）、体積流量は大きくなる。
そこで、例えば、図１〜図２、及び、図３〜図５に示す実施形態の蒸気タービン１において、復水器の冷却水が比較的低温であるため真空度が比較的大きくなる冬場には、上述の体積流量が比較的大きくなるため、可動壁１６を第１位置１０１に位置させて、ディフューザ部５０の径方向外側位置における剥離を抑制するようにてもよい。また、復水器の冷却水が比較的高温であるため真空度が比較的小さくなる夏場には、上述の体積流量が比較的小さくなるため、可動壁１６を第２位置１０２に位置させて、ディフューザ部５０の径方向内側位置における剥離を抑制する、あるいは、ディフューザ部５０の面積拡大率を大きくとるようにしてもよい。
【００８５】
図１〜図２に示す例示的な実施形態では、可動壁１６は、第２位置１０２において（図２参照）、外側静止壁１２及び内側静止壁１４の間に形成される軸流排気室１０の内部空間を、径方向外側に位置する第１環状空間５２と、径方向内側に位置する第２環状空間５４とに仕切るように構成されている。
【００８６】
このように、可動壁１６が第２位置１０２にあるときに、可動壁１６によって軸流排気室１０の内部空間を仕切ることにより、径方向位置が異なる第１環状空間５２及び第２環状空間５４を形成することにより、第１環状空間５２及び第２環状空間５４はディフューザ部５０を構成することができる。すなわち、可動壁１６が第２位置１０２にあるときには、内側静止壁１４と外側静止壁１２との間の内部空間において、ディフューザ部５０として機能しないデッドスペースを形成せずに、該内側空間の全体をディフューザ部５０として有効利用することができる。これにより、複数の運転条件においてディフューザ部５０における流れの剥離を効果的に抑制することができる。
【００８７】
上述のように、第２位置１０２における可動壁１６によって、第１環状空間５２及び第２環状空間５４が形成される場合、第１環状空間５２の上流端における流路断面積Ｓｕｐ（図２参照）と、第１環状空間５２の下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎ（図２参照）とが、Ｓｕｐ＜Ｓｄｏｗｎを満たすように設定されていてもよい。
【００８８】
この場合、第１環状空間５２の上流端における流路断面積Ｓｕｐよりも下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎのほうを大きく設定したので、該第１環状空間５２を、静圧回復のためのディフューザとして機能させることができる。よって、第１環状空間５２及び第２環状空間５４が形成されたディフューザ部５０によって、ディフューザ効果を確実に得ることができる。
【００８９】
なお、第２環状空間５４の上流端における流路断面積Ｓｕｐ２（図２参照）と、第２環状空間５４の下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎ２（図２参照）とが、Ｓｕｐ２＜Ｓｄｏｗｎ２を満たすように設定されていてもよい。この場合、第２環状空間５４の上流端における流路断面積Ｓｕｐ２よりも下流端における流路断面積Ｓｄｏｗｎ２のほうを大きく設定したので、該第２環状空間５４を、静圧回復のためのディフューザとして機能させることができる。よって、第１環状空間５２及び第２環状空間５４が形成されたディフューザ部５０によって、ディフューザ効果をより確実に得ることができる。
【００９０】
図６は、一実施形態に係るタービンにおける可動壁１６の形状の特徴を示す図である。
図６に示すように、可動壁１６は、上流側に向かうにつれて厚さが減少するテーパ形状を有していてもよい。この場合、可動壁１６の外周壁面１７の傾斜角度θ１ａと内周壁面１８の傾斜角度θ１ｂとは、θ１ｂ＜θ１ａとなる。
図６に示す形状の可動壁１６を、図３〜図５に示すような、可動壁１６が径方向に移動可能な実施形態に適用した場合、厚さが一定の可動壁を用いる場合に比べて、可動壁１６の第１位置１０１においては、第１ディフューザ壁面２０の傾斜角（すなわち可動壁１６の内周壁面１８の傾斜角）を比較的小さくすることができるので、第１ディフューザ壁面２０における流れの剥離をより効果的に抑制することができる。
また、同様に、可動壁１６の第２位置１０２においては、第２ディフューザ壁面２２の傾斜角（すなわち可動壁１６の外周壁面１７の傾斜角）を比較的大きくすることができるので、第２ディフューザ壁面２２における流れの剥離をより効果的に抑制することができる。
【００９１】
図７〜図９は、それぞれ、一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図であり、可動壁１６の特徴を示す図である。
【００９２】
図１〜図４においては、可動壁１６として、軸方向を含む断面の形状が平板上のものを示したが、可動壁１６の形状はこれに限られない。
【００９３】
例えば、図７に示す例示的な実施形態では、可動壁１６の下流端は、軸方向に沿った平坦部２４が接続されている。
【００９４】
また、図８に示す例示的な実施形態では、ディフューザ壁面を形成する可動壁１６の壁面（外周壁面１７及び／又は内周壁面１８）は、軸方向を含む断面において、下流側に向かうにつれて軸流排気室１０の中心線からの距離が増加する曲線形状を有する。
この場合、曲線形状を有する可動壁１６の壁面によってディフューザ壁面（第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２）が形成されるときに、ディフューザ部５０における流路断面積拡大率をより大きくすることができ、ディフューザ部５０による静圧回復性能を向上させることができる。
【００９５】
図９に示すように、一実施形態に係る蒸気タービン１の最終段動翼３は、翼先端側にシュラウド８を有していてもよい。
【００９６】
幾つかの実施形態では、ディフューザ壁面（第１ディフューザ壁面２０又は第２ディフューザ壁面２２）を形成する可動壁１６の壁面（例えば内周壁面１８）のうち上流端部（例えば図１及び図９の１８ａ）は、軸方向を含む断面内において、最終段動翼３のシュラウド壁面（図９参照）の下流端８ａ又は該最終段動翼３の外周側の静止壁面（ケーシング６の内周面）の下流端６ａの径方向位置をｒ０としたとき、０．９５ｒ０≦ｒ≦１．０５ｒ０の径方向位置範囲内に設けられる（図１及び図９参照）。
【００９７】
この場合、ディフューザ壁面を形成する可動壁１６の壁面のうち上流端部の径方向位置ｒが、最終段動翼３のシュラウド壁面又は該最終段動翼３の外周側の静止壁面の下流端８ａ，６ａの径方向位置に近くなるように設定されるので、最終段動翼３を通過した流体がディフューザ部５０に流入する際に乱れが生じるのを抑制することができる。
【００９８】
幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、可動壁１６の上流端部１８ａは、円弧状の断面形状を有していてもよい。この場合、可動壁１６の上流端部１８ａにおいて、流体が可動壁１６の表面に沿って流れやすくなり、流れの乱れを抑制することができるため、可動壁１６の上流端部１８ａにおいて生じ得る圧力損失を低減することができる。
【００９９】
図１０及び図１１は、それぞれ、一実施形態に係る可動壁１６の支持部２１及び外側静止壁１２（又は内側静止壁１４）に形成されるスリット１１の構成を示す図である。
なお、可動壁１６が、支持部２１とともに軸方向に沿って動く実施形態（例えば、図１〜図２に示す実施形態）における可動壁１６及びスリット１１の構成の一例である。
【０１００】
幾つかの実施形態では、図１０及び図１１に示すように、支持部２１は、軸方向に沿って延在する支持板を含む。そして、可動壁１６は、支持部２１を構成する支持板とともに支持板の板幅方向に移動可能に構成される。
【０１０１】
この場合、支持部２１を構成する支持板の移動方向（軸方向に沿った方向）を支持板の板幅方向としたので、支持板の移動方向が他の方向（例えば該支持板の板厚方向）である場合に比べて、支持板を移動させるために静止壁に設けるスリット１１の幅を小さくすることができる。これにより、ディフューザ壁面の凹凸による流れの乱れを抑制することができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【０１０２】
幾つかの実施形態では、例えば図１１に示すように、支持部２１を構成する支持板は、径方向視において、該支持板の板幅方向が、軸方向に対して下流側に向かうに従いタービン回転方向の下流側にずれるように傾斜して配置される。
【０１０３】
この場合、旋回流の方向に合わせて支持板を配置することができるので、流れの乱れをより効果的に抑制し、タービン効率低下を抑制することができる。
なお、板幅方向と軸方向とがなす角度をφ１（図１１参照）としたとき、φ１は、０度より大きく、３０度以下であってもよい。
【０１０４】
図１２〜図１４は、それぞれ、一実施形態に係る軸流排気室を含む蒸気タービンの部分的な概略断面図である。なお、図１２に示す蒸気タービン１は、図１〜図２に示す軸流排気室１０を含み、可動壁１６は軸方向に沿って移動可能である。また、図１３及び図１４に示す蒸気タービン１は、それぞれ、図３〜図５に示す軸流排気室１０を含み、可動壁１６は、径方向に沿って移動可能である。
【０１０５】
幾つかの実施形態では、例えば図１２〜図１４に示すように、軸流排気室１０は、蒸気タービン１の最終段動翼３よりも上流側から抽気された蒸気の圧力を用いて可動壁１６を動かすように構成された駆動部５１をさらに備える。
【０１０６】
図１２〜図１４に示す例示的な実施形態では、可動壁１６を動かすための駆動部５１は、シリンダ２６と、シリンダ２６の内部を往復動可能なピストン３２と、第１抽気ライン３４と、第１抽気ライン３４に設けられた第１バルブ５６と、を含む。
【０１０７】
シリンダ２６の内部には、ピストン３２によって隔てられる第１室２８及び第２室３０が形成される。
ピストン３２は、可動壁１６とともに移動可能に構成されている。図１２に示す例示的な実施形態では、ピストン３２は、可動壁１６に接続された支持部２１によって構成されている。図１３及び図１４に示す例示的な実施形態では、ピストン３２は、可動壁１６に接続された支持部２１の一端に接続されている。
【０１０８】
第１抽気ライン３４は、最終段動翼３よりも上流側から抽気された蒸気の圧力を第１室２８に導入するように構成されている。
図１２〜図１４に示す例示的な実施形態では、最終段動翼３の上流側において、ケーシング６にドレンポケット５８が設けられている。ドレンポケット５８は、最終段動翼３よりも上流側の翼面または翼間部から、ケーシング６内で生じたドレンを回収するように構成され、該ドレンポケット５８を介して、第１抽気ライン３４には、最終段動翼３よりも下流側の空間（即ち、軸流排気室１０の内部空間）よりも高圧の蒸気が導かれるようになっている。
【０１０９】
また、第１抽気ライン３４には第１バルブ５６が設けられており、これにより、第１抽気ライン３４から第１室２８への蒸気の導入の切り替えを制御したり、流量の調節をしたりするようになっている。
【０１１０】
また、シリンダ２６の内部において、ピストン３２によって第１室２８と隔てられた第２室３０は、第１室２８に導入される比較的高圧の蒸気よりも低圧の空間（例えば、軸流排気室１０の内部空間や、復水器）に接続されている。
【０１１１】
図１２に示す例示的な実施形態では、第１バルブ５６は、絞り弁３６を含む。また、シリンダ２６の内部に形成される第１室２８及び第２室３０は、外側静止壁１２に設けられたスリット１１を介して、軸流排気室１０の内部空間に連通可能となっている。
【０１１２】
この実施形態に係る蒸気タービン１において、可動壁１６は、以下の手順により第１位置１０１と第２位置１０２との間で移動させることができる。
例えば、復水器の真空度が低いとき（即ち、ディフューザ部５０に流入する流体の体積流量が比較的小さい場合）、可動壁１６を第２位置１０２に位置させることとする。この時に、第１室２８の圧力Ｐ１と、第２室３０の圧力Ｐ２とが、ほぼ等しくなるように（Ｐ１≒Ｐ２となるように）、第１抽気ライン３４に設けられた絞り弁３６の絞りを調節しておく。
【０１１３】
ここで、復水器の真空度が高くなると、軸流排気室１０の内部空間の圧力が低下するため、該内部空間に連通可能な第２室３０の圧力Ｐ２が低下するため、Ｐ２＜Ｐ１となり、この差圧によって、第２室３０から第１室に向かって、ピストン３２が移動する。すなわち、ピストン３２に接続された可動壁１６は、第２位置１０２から第１位置１０１に向かって移動する。
【０１１４】
なお、第１室２８の圧力Ｐ１は、絞り弁３６によって調節することができる。あるいは、絞り弁３６を適度に調節することにより、蒸気タービン１の負荷変動に対して、自動調律が可能な構成とすることができる。
【０１１５】
図１２に示す例示的な実施形態において、駆動部５１は、ピストン３２に対して、第２室３０から第１室２８に向かう方向の付勢力を付与可能な付勢部材（例えばバネ；不図示）をさらに含んでいてもよい。
この場合、絞り弁３６（第１バルブ５６）を操作する等して第１室２８の圧力Ｐ１を低下させたときに、付勢部材による付勢力によって、第２室３０から第１室２８に向けてピストン３２を動かして、可動壁１６の位置を第２位置１０２に移動させることができる。
【０１１６】
図１３及び図１４に示す例示的な実施形態では、駆動部５１は、最終段動翼３よりも上流側からの蒸気を第２室３０に導入するための第２抽気ライン３８と、第２抽気ライン３８に設けられた第２バルブ４２と、を含む。
【０１１７】
このうち、図１３に示す実施形態では、第１バルブ５６は、第１室２８とドレンポケット５８との接続状態を切替え可能な開閉弁４０であり、第２バルブ４２は、第２室３０とドレンポケット５８との接続状態を切替え可能な開閉弁である。なお、図示するように、第２抽気ライン３８は、第１抽気ラインから３４分岐して設けられていてもよい。
また、第１室２８は、低圧ライン４４及び低圧ライン４４に設けられた第３バルブ４６を介して、ドレンポケット５８からの蒸気よりも低圧の空間（例えば、軸流排気室１０の内部空間又は復水器等）に接続可能になっている。
また、第２室３０は、外側静止壁１２に設けられたスリット１１を介して、軸流排気室１０の内部空間に連通可能となっている。
【０１１８】
この実施形態に係る蒸気タービン１において、可動壁１６を第２位置１０２に位置させたい場合には（体積流量が比較的小さい場合等）、第３バルブ４６を閉じて、第１バルブ５６を開けることにより、第１室２８に比較的高圧の蒸気を導入するとともに、第２バルブ４２を閉じることにより、第２室３０が低圧（軸流排気室１０の内部空間の圧力）となる。このため、第１室２８の圧力Ｐ１と、第２室３０の圧力Ｐ２との関係は、Ｐ１＜Ｐ２となるので、ピストン３２が第１室２８から第２室３０に向かって移動し、すなわち、可動壁１６は、第１位置１０１から第２位置１０２に移動する。
【０１１９】
また、この実施形態に係る蒸気タービン１において、可動壁１６を第１位置１０１に位置させたい場合には（体積流量が比較的大きい場合等）、第３バルブ４６を開き、第１バルブ５６を閉じることにより、第１室２８の圧力を低圧（軸流排気室１０の内部空間の圧力）にして、第２バルブ４２を開けば、第１室２８の圧力Ｐ１と、第２室３０の圧力Ｐ２との関係は、Ｐ１＜Ｐ２となるので、ピストン３２が第２室３０から第１室２８に向かって移動し、すなわち、可動壁１６は、第２位置１０２から第１位置１０１に移動する。
【０１２０】
次に、図１４に示す例示的な実施形態は、第１室２８に低圧ライン４４が接続されない点を除き、図１３に示す実施形態と同じ構成を有する。
この実施形態では、可動壁１６は、自重により、ピストン３２とともに、第１位置１０１又は第２位置１０２のうち一方に向かって下降可能である。また、駆動部５１は、第１室２８及び第２室３０のうち下方の室にドレンポケット５８からの比較的高圧の蒸気を導入することにより、第１位置１０１又は第２位置１０２の他方に向かって可動壁１６をピストン３２とともに上昇させるように構成される。
【０１２１】
すなわち、図１４に示す例示的な実施形態において、下半側においては、第１バルブ５６及び第２バルブ４２を閉じた状態では、自重により、ピストン３２及び可動壁１６は下降した状態となるので、径方向外側（翼先端側；すなわち第１位置１０１）に可動壁１６が位置する。この状態の可動壁１６を径方向内側（翼根側；すなわち第２位置１０２）に位置させたい場合には、第２バルブ４２を閉じるとともに、第１バルブ５６を開くことで、第１室２８に比較的高圧の蒸気が導入される。これにより、第１室２８の圧力Ｐ１と、第２室３０の圧力Ｐ２との関係は、Ｐ１＞Ｐ２となるので、ピストン３２が第１室２８から第２室３０に向かって移動し、すなわち、可動壁１６は、第２位置１０２に移動する。
【０１２２】
また、図１４に示す例示的な実施形態において、上半側においては、第１バルブ５６及び第２バルブ４２を閉じた状態では、自重により、ピストン３２及び可動壁１６は下降した状態となるので、径方向内側（翼根側；すなわち第２位置１０２）に可動壁１６が位置する。この状態の可動壁１６を径方向外側（翼先端側；すなわち第１位置１０１）に位置させたい場合には、第１バルブ５６を閉じるとともに、第２バルブ４２を開くことで、第２室３０に比較的高圧の蒸気が導入される。これにより、第１室２８の圧力Ｐ１と、第２室３０の圧力Ｐ２との関係は、Ｐ１＜Ｐ２となるので、ピストン３２が第２室３０から第１室２８に向かって移動し、すなわち、可動壁１６は、第１位置１０１に移動する。
【０１２３】
このように、図１２〜図１４に示す例示的な実施形態では、最終段動翼３よりも上流側の比較的高圧の蒸気を可動壁１６の駆動力として用いるようにしたので、ドレン排出ラインを介して排出されるドレン排気圧（捨てる蒸気）を有効利用して、余計なエネルギーを使用することなく、可動壁１６の位置を変更することができる。よって、タービン全体として効率を高めることができる。
【０１２４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【０１２５】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【０１２６】
１            蒸気タービン
２            回転シャフト
３            最終段動翼
４            タービン部
６            ケーシング
６ａ          下流端
７            外側接続壁
８            シュラウド
８ａ          下流端
９            内側接続壁
１０          軸流排気室
１１          スリット
１２          外側静止壁
１３          内周面
１４          内側静止壁
１５          外周面
１６          可動壁
１７          外周壁面
１８          内周壁面
２０          第１ディフューザ壁面
２１          支持部
２２          第２ディフューザ壁面
２４          平坦部
２６          シリンダ
２８          第１室
３０          第２室
３２          ピストン
３４          第１抽気ライン
３６          絞り弁
３８          第２抽気ライン
４０          開閉弁
４２          第２バルブ
４４          低圧ライン
４６          第３バルブ
５０          ディフューザ部
５１          駆動部
５２          第１環状空間
５４          第２環状空間
５６          第１バルブ
５８          ドレンポケット
１０１        第１位置
１０２        第２位置
【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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