(57)【要約】【課題】現状の低圧タービン外部車室の下半部の寸法等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を一層発揮することができる蒸気タービンの低圧排気室を提供する。【解決手段】低圧排気室は、低圧タービン内部車室２、軸受コーン３、フローガイド４を取り囲む上下二分割構造の低圧タービン外部車室５と、低圧タービン外部車室内部に設けた内部強度部材１５とを備えている。低圧タービン外部車室５の上半部の軸方向寸法は、低圧タービン外部車室５の下半部より長く、軸受コーン３の上半部の軸方向寸法は、低圧タービン外部車室５の上半部の軸方向伸長に応じて軸受コーン３の下半部より長く、タービンロータ１の中心軸に直交する面内の各断面おける軸受コーン３の外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離は上半部の方が下半部より短い。【選択図】  図１
2015098824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータを駆動させた後の排気を下方の復水器に導く蒸気タービンの低圧排気室であって、
前記タービンロータを内包する低圧タービン内部車室と、
前記タービンロータの軸受を取り囲むように設置された軸受コーン又はその軸受コーンの周囲に設けられたカバーと、
前記タービンロータに固定された最終段落を構成する動翼の下流に、前記低圧タービン内部車室の外周部に連続して設置された環状のフローガイドと、
前記低圧タービン内部車室、前記軸受コーン又は前記カバー、及び前記フローガイドを取り囲む上下二分割構造の低圧タービン外部車室と、
前記低圧タービン外部車室内部に設けられた内部強度部材とを備え、
前記低圧タービン外部車室の上半部は、その軸方向寸法が前記低圧タービン外部車室の下半部より長くなるように形成され、
前記軸受コーン又は前記カバーの上半部は、その軸方向寸法が前記低圧タービン外部車室の上半部の下半部に対する軸方向伸長分に応じて、前記軸受コーン又は前記カバーの下半部より長くなるように形成され、
前記タービンロータの中心軸に直交する面内の各断面おける前記軸受コーン又は前記カバーの外壁から前記タービンロータの中心軸までの距離は、上半部の方が下半部より短い
ことを特徴とする蒸気タービンの低圧排気室。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンの低圧排気室において、
前記軸受コーン又は前記カバーの上半部は、
前記タービンロータの中心軸を含む面内の各断面における外壁から前記タービンロータの中心軸までの距離が前記低圧タービン外部車室の上半部と下半部との接合面から前記低圧タービン外部車室の上方に向かって漸減すると共に、前記接合面内の断面における前記距離は前記接合面内の断面における前記軸受コーン又は前記カバーの下半部の外壁から前記タービンロータの中心軸までの距離と同じであるガイド部を有する
ことを特徴とする蒸気タービンの低圧排気室。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蒸気タービンの低圧排気室において、
前記低圧タービン外部車室の上半部の前記軸受コーン側又は前記カバー側の端壁面と前記低圧タービン外部車室の上半部の幅方向の側壁面とで形成される角部に、前記端壁面と前記側壁面とを結ぶように配置されたガイド板を更に備える
ことを特徴とする蒸気タービンの低圧排気室。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気タービンの低圧排気室において、
前記ガイド板は、前記端壁面と前記側壁面とで形成される角部に向かって湾曲する
ことを特徴とする蒸気タービンの低圧排気室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの低圧排気室に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ等の蒸気発生器で発生する蒸気によりタービンを回転させて発電する発電プラントは、一般に高圧タービンや低圧タービンなど、蒸気圧力に応じた複数のタービンで構成されている。蒸気発生器で発生した蒸気は、高圧タービンから低圧タービンまで順に通過して回転仕事を終え、最終的に復水器に導入される。そこで凝縮して復水となり、再度蒸気発生器に還流する。
【０００３】
高・中・低圧タービン各々の出口直後には、排気室と呼ばれる蒸気流路部が設けられており、この流路部の改良に伴う静圧回復性能向上によるタービン効率の向上が図られている。排気室は、一般に、急激な流れの転向を伴う形状を有する。このため、排気室では、蒸気の流れが乱れ、圧力損失が生じやすい。特に、低圧タービンの出口から復水器にかけての蒸気流路部である低圧排気室における圧力損失は、プラント性能に与える影響が大きい。このため、低圧排気室での圧力損失を低減することは重要である。
【０００４】
近年の低圧排気室は、一般的に、タービンロータを内包する低圧タービン内部車室と、低圧タービン内部車室を取り囲む上下二分割構造の低圧タービン外部車室とを備えている。さらに、低圧タービン内部車室の端部に接続されたフローガイドと、タービンロータの軸受を取り囲む軸受コーンの外壁又はその周囲に設けたカバーとで構成されるディフューザと呼ばれる拡大流路を備えており、この流路形状を工夫することにより高い静圧回復性能を実現している。
【０００５】
低圧排気室の圧力損失を低減する最も効果的な方法は、低圧排気室の外形寸法、すなわち低圧タービン外部車室の寸法を大きくすることである。これにより、低圧タービンから排出された蒸気流速を大幅に減速させて圧力損失を極めて小さくすることが原理的に可能である。しかしながら、外形寸法を大きくすることは、タービン本体やタービン建屋コストの増大を招くだけではなく、ロータ軸振動の点からも好ましくはない。そのため、実際には、低圧排気室の外形寸法はある程度の寸法幅に制限される。ただし、この制限を受けるのは、主にタービンロータ等の荷重を支持する下半側の低圧タービン外部車室であり、タービンロータや軸受との直接的な干渉から分離される上半側の低圧タービン外部車室は、下半側より寸法変化に対する制約が緩い。
【０００６】
こうした低圧タービン外部車室の上下半部に対する制約の違いを考慮した低圧排気室の圧力損失の低減方法として、低圧タービン外部車室上半の側板を低圧タービン外部車室下半の側板に対し軸方向に伸長させて上半部のディフューザ流路を拡大することで、ディフューザより流出した流体を円滑に転向させるものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２６０９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した特許文献１に記載の技術は、二次元的な構成のみを開示するものであり、３次元的な流れ場の影響を十分に考慮しているわけではないと思われる。このため、低圧タービン外部車室の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を十分に発揮できない場合がある。特に、タービン最終段落の動翼長に対するディフューザ流路の軸方向寸法の比が適正な寸法比を大きく下回っている場合、その影響が大きくなる。
【０００９】
例えば、軸受コーンやそのカバーは、通常、上下対称、つまり軸受コーン等の上下半部の壁面の曲率が同じとなるように形成されている。しかし、低圧タービン外部車室の軸方向寸法を上下半部で異なるようにした場合、軸受コーン等の適正な曲率もそれに応じて上下半部で異なる。そのため、低圧タービン外部車室の上半部をその下半部に対して軸方向へ伸長させた場合に、軸受コーンの上半部をその分軸方向へ曲率を変えずに伸長しても、低圧排気室の性能向上のための適正なディフューザ流路とはならず、圧力損失の低減効果が十分に発揮されない。特に、動翼長に対するディフューザ流路の軸方向寸法の比が小さくなると、軸受コーン等の上下半部の適正な曲率の差は一層顕著になり、圧力損失の低減効果に大きな影響がある。
【００１０】
また、低圧排気室内は、極めて３次元的な流れ場であると共に、排気室を補強する複数の強度部材により複数の小部屋（空間）に分割された状態にあるため、低圧タービン外部車室の上半部を部分的に拡大しただけでは必ずしも意図した流れにならない。特に、ディフューザ流路から排出された流れの内、低圧タービン外部車室の上下半部の接合面を通過する仮想水平面近傍の流れ（側方流れ）は、低圧タービン外部車室の幅方向に拡がりつつ下方に転向するが、低圧タービン外部車室の下半部に設けた板状の強度部材により大きく影響を受けることが解析によりわかっている。すなわち、この側方流れがこの強度部材により分割された複数の小部屋（空間）のうちいずれの空間を通過するかにより、流れ分布の均一性に大きな違いが生じる。一般的に、不均一な流れ分布である方が圧力損失は大きくなる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、現状の低圧タービン外部車室の下半部の寸法やタービンロータの支持構造等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を一層発揮することができる蒸気タービンの低圧排気室を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、タービンロータを駆動させた後の排気を下方の復水器に導く蒸気タービンの低圧排気室であって、前記タービンロータを内包する低圧タービン内部車室と、前記タービンロータの軸受を取り囲むように設置された軸受コーン又はその軸受コーンの周囲に設けられたカバーと、前記タービンロータに固定された最終段落を構成する動翼の下流に、前記低圧タービン内部車室の外周部に連続して設置された環状のフローガイドと、前記低圧タービン内部車室、前記軸受コーン又は前記カバー、及び前記フローガイドを取り囲む上下二分割構造の低圧タービン外部車室と、前記低圧タービン外部車室内部に設けられた内部強度部材とを備え、前記低圧タービン外部車室の上半部は、その軸方向寸法が前記低圧タービン外部車室の下半部より長くなるように形成され、前記軸受コーン又は前記カバーの上半部は、その軸方向寸法が前記低圧タービン外部車室の上半部の下半部に対する軸方向伸長分に応じて、前記軸受コーン又は前記カバーの下半部より長くなるように形成され、前記タービンロータの中心軸に直交する面内の各断面おける前記軸受コーン又は前記カバーの外壁から前記タービンロータの中心軸までの距離は、上半部の方が下半部より短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軸受コーン又はカバーの上半部を下半部より軸方向に伸長させ、軸受コーン又はカバーの上半部の外壁からタービンロータの中心軸までの距離を下半部における距離より短くしたので、低圧タービン外部車室の上半部内の流れを適切に膨張・減速、転向可能となり、現状の低圧タービン外部車室の下半部の寸法やロータの支持構造等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を一層発揮することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造を透視した状態で示す側面図である。
【図２】図１に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造を透視した状態で示す平面図である。
【図３】図１に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造を透視した状態で示す斜視図である。
【図４】従来の一般的な低圧排気室の基本構造を模式的に示す縦断面図である。
【図５】図４に示す従来の一般的な低圧排気室をV−V矢視から見た横断面図である。
【図６】従来の一般的な低圧排気室の内部流れの解析結果を正面から見た状態で示す流線図である。
【図７】図６に示す従来の一般的な低圧排気室の内部流れの解析結果を側面から見た状態で示す流線図である。
【図８】本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用を示す説明図であり、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態を透視した状態で示す側面図である。
【図９】本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用を示す説明図であり、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態を透視した状態で示す平面図である。
【図１０】本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態の構造を透視した状態で示す側面図である。
【図１１】図１０に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態の構造を透視した状態で示す平面図である。
【図１２】図１０に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態の構造を透視した状態で示す斜視図である。
【図１３】本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態の構造を透視した状態で示す側面図である。
【図１４】図１３に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態の構造を透視した状態で示す平面図である。
【図１５】図１３に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態の構造を透視した状態で示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の実施の形態を図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１乃至図３は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態を示す図であり、図１は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造を透視した状態で示す側面図、図２は図１に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造を透視した状態で示す平面図、図３は図１に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造を透視した状態で示す斜視図である。図１中、低圧排気室内のタービンロータを二点鎖線で示している。
【００１６】
図１乃至図３において、蒸気タービンの低圧排気室は、タービンロータ１を駆動させた後の排気を下方の復水器（図示せず）に導くものである。低圧排気室は、タービンロータ１を内包する低圧タービン内部車室２と、タービンロータ１の軸受（図示せず）を取り囲むように設置された軸受コーン３と、タービンロータ１に固定された最終段落（後述）を構成する動翼１０の下流に、低圧タービン内部車室２の外周部に連続するように設置された環状のフローガイド４と、低圧タービン内部車室２、軸受コーン３、及びフローガイド４の全てを取り囲む低圧タービン外部車室５とを備えている。
【００１７】
低圧タービン内部車室２は、その内周側に静翼（図示せず）を備えている。静翼は、動翼（図１では最終段落の動翼１０のみ図示）とともにタービン段落を構成している。最終段動翼１０の先端径と根元径との間に環状の開口部が形成されており、この開口部を最終段動翼出口環帯１１（図５参照）と称している。
【００１８】
低圧タービン外部車室５は、タービンロータ１の中心軸Ｏを含む水平面付近の高さで上下に分割されており、タービンロータ１の上方を包囲する外部車室上半部６と、外部車室上半部６の下部側に連接された外部車室下半部７とから構成されている。外部車室上半部１０６と外部車室下半部７はタービンロータ１の中心軸Ｏ付近の高さで接合している。外部車室上半部６の壁面部は、図３に示すように、タービンロータ１（図３では図示せず）の中心軸Ｏに直交する面に沿った断面で見ると天井部が弧状に形成されている。外部車室下半部７は、水平断面が矩形で鉛直方向の断面積が略一定の枠体に形成されている。外部車室下半部７は、図１に示すように、その下端部に下方に開口する低圧排気室出口１４を設けており、低圧排気室出口１４を介して下方の復水器（図示せず）に連結されている。
【００１９】
軸受コーン３は、軸方向の一端側が最終段動翼出口環帯１１の内周部に連続して設けられ、他端側が低圧タービン外部車室５の軸方向の端壁面に延びている。また、低圧タービン外部車室５と同様に、上下二分割構造で、上半部３ａと下半部３ｂとで構成されている。フローガイド４は、軸受コーン３の外周側を囲うようにして最終段動翼出口環帯１１の外周部に連続して設けられている。
【００２０】
軸受コーン３の外壁面、フローガイド４の内壁面、及び低圧タービン外部車室５の内壁面は、最終段動翼出口環帯１１より排出された蒸気を、圧力回復を図りながら滑らかに下方の復水器に導くディフューザ流路を形成している。
【００２１】
低圧タービン外部車室５の内部には、低圧タービン外部車室５を補強する複数の板状の内部強度部材が設けられている。例えば、外部車室下半部７の内部には、低圧タービン内部車室２を支持する内部強度部材としての第１の支持リブ１５及び第２の支持リブ１６が設けられている。第１の支持リブ１５はタービンロータ１の中心軸Ｏに直交する面に沿って、第２の支持リブ１６はタービンロータ１の中心軸Ｏに平行な垂直面に沿ってそれぞれ外部車室下半部７内に架け渡されており、第１及び第２の支持リブ１５、１６は互いに直交している。第１の支持リブ１５は外部車室下半部７の軸方向中央部に、第２の支持リブ１６は低圧タービン内部車室２の幅方向両端部に配置されている。
【００２２】
また、低圧タービン外部車室５の内部上側には、フローガイド４上側から排出された排気を下方の復水器に導く上部フローガイド１７が設けられている。上部フローガイド１７は、低圧タービン内部車室２の外周面に沿って設けられており、低圧タービン内部車室２の上端部から斜め下方に向かって延びている。
【００２３】
上記のように構成された低圧排気室における最大の特徴は、外部車室上半部６の外部車室下半部７に対する軸方向軸受コーン３側への伸長による外部車室上半部６内の空間拡大及びそれに伴う軸受コーン３の上半部３ａの形状変更による低損失な流れの転向を図る点にある。
【００２４】
具体的には、外部車室上半部６は、その軸方向寸法が外部車室下半部７より長くなるように形成されており、外部車室下半部７と軸方向寸法が同じ車室本体部８と、車室本体部８から軸方向外側に伸長した車室伸長部９とから構成されている。すなわち、外部車室上半部６の軸受コーン３側の端壁面６ａは、外部車室下半部７の軸受コーン３側の端壁面７ａに対して軸方向外側に位置している。
【００２５】
また、軸受コーン３の上半部３ａは、その軸方向寸法が外部車室上半部６の外部車室下半部７に対する軸方向の伸長分に応じてその下半部３ｂより長くなるように形成されている。また、タービンロータ１の中心軸Ｏに直交する面内の各断面おける軸受コーン３の上半部３ａの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃａは、その下半部３ｂの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃｂより短くなるように設定されている。すなわち、軸受コーン３が湾曲面を有している場合には、軸受コーン３の上半部３ａは、タービンロータ１の中心軸Ｏを含む面内の各断面の曲率が下半部３ｂの曲率より小さくなるように形成されている。また、軸受コーン３が円錐台状に形成されている場合には、軸受コーン３の上半部３ａは、タービンロータ１の中心軸Ｏを含む面内の各断面のタービンロータ１の中心軸Ｏに対する傾き角が下半部３ｂの傾き角より小さくなるように形成されている。軸受コーン３の上半部３ａ及び下半部３ｂは、それぞれタービンロータ１の中心軸Ｏに直交する面の各断面が半円状に形成されている。
【００２６】
次に、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用を図４乃至図９を用いて説明する。
まず、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用の理解を容易にするために、比較例としての従来の一般的な低圧排気室の基本構造とその流れの場を図４乃至図７を用いて説明する。
図４は従来の一般的な低圧排気室の基本構造を模式的に示す縦断面図、図５は図４に示す従来の一般的な低圧排気室をV−V矢視から見た横断面図、図６は従来の一般的な低圧排気室の内部流れの解析結果を正面から見た状態で示す流線図、図７は図６に示す従来の一般的な低圧排気室の内部流れの解析結果を側面から見た状態で示す流線図である。図４中、軸受コーンを省略している。図６及び図７中、流線は半面のみの表示とし、流線の濃淡は流線の始点の違いを示している。なお、図４乃至図７において、図１乃至図３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の構造と従来の一般的な低圧排気室の構造との相違点は、主に以下の２点である。
第１に、本実施の形態においては、外部車室上半部６は、その軸方向寸法が外部車室下半部７より長くなるように形成されている。一方、従来の一般的な低圧排気室において、図４及び図５に示すように、外部車室上半部１０６はその軸方向寸法が外部車室下半部７と同一になるように形成されている。
【００２８】
第２に、本実施の形態においては、軸受コーン３の上半部３ａは、その下半部３ｂより軸方向に伸長するように形成されている。また、タービンロータ１の中心軸Ｏに直交する面内の各断面おける軸受コーン３の上半部３ａの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃａは、その下半部３ｂの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃｂより短くなるように設定されている。一方、従来の一般的な低圧排気室においては、図４及び図５に示すように、軸受コーン１０３は、上下対称になるように形成されている。すなわち、タービンロータ１の中心軸Ｏに直交する面内の各断面おける軸受コーン３の上半部３ａの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃａは、その下半部３ｂの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃｂと同じになるように設定されている。
【００２９】
次に、従来の一般的な低圧排気室の内部の流れ場の様子と、低圧排気室内に設けられた内部強度部材が低圧排気室内の流れ場及び圧力損失に与える影響を図６及び図７を用いて概念的に説明する。
従来の一般的な低圧排気室の構造において、図６及び図７に示すように、ディフューザ流路を通過する蒸気Ｓは、概ね放射状に流れた後、次第に合流しながら下流の復水器（図示せず）へ排出される。具体的には、放射状に流れる蒸気Ｓのうち、低圧排気室の下半部側に流れる蒸気（下方流れ）Ｓ１は、進行方向をそれほど変えることなく下方の復水器に向かう。低圧排気室の上半部側に流れる蒸気（上方流れ）Ｓ２は、低圧タービン内部車室２側に進行方向を急転向させた後、外部車室上半部１０６に沿って下方に転向し、次第に下方流れに合流して復水器に向かう。また、低圧タービン外部車室１０５の外部車室上半部１０６と外部車室下半部７との接合面近傍を流れる蒸気（側方流れ）Ｓ３は、低圧排気室の幅方向に拡がりつつ下方へ転向した後、次第に下方流れ等に合流して復水器に向かう。
【００３０】
ところで、図７に示すように、外部車室下半部７に設けられた内部強度部材としての第１の支持リブ１５の左右で蒸気の流れが異なっており、第１の支持リブ１５が流れ場に大きな影響を与えることがわかる。
【００３１】
従来の構造において、内部強度部材は、必ずしも低圧排気室の性能面を優先して配置してあるわけではなく、主に強度上の要請を優先して配置されている。そのため、この低圧排気室の流路性能は、一般的に、理想的な状態より劣化していると考えられる。特に、第１の支持リブ１５のような低圧タービン内部車室２を支持するための板状部材は、低圧排気室の下半部の内部流路を強制的に複数の流路に分割するため、ディフューザ流路から排出された蒸気は、第１の支持リブ１５により分割された各流路に等分配されず、一部の流路に偏った流量配分となりやすい。実際、流体解析により流れ場を詳細に分析すると、多くの場合で、蒸気の各流路への流量配分は偏り、結果的に流速の速い領域と遅い領域が生じることが分かる。
【００３２】
具体的には、図７に示すように、第１の支持リブ１５より軸受コーン１０３側（図７の右側）の流路の方に流量配分が偏り、第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図７の左側）の流路の流量は右側の流路より少なくなっている。特に、側方流れＳ３は、その大部分が第１の支持リブ１５の右側の流路に流れ、残りの一部分のみが第１の支持リブ１５の左側の流路に流れている。このため、第１の支持リブ１５の右側の領域は左側の領域より流速の速い領域となっている。
【００３３】
低圧排気室内で生じる圧力損失の原因は、主に、蒸気の混合によるものと、壁面での摩擦によるものの２つである。どちらの圧力損失も流速の二乗に比例して大きくなるので、局所的に流速の速い領域があると、全体的に平均化した流れの場合よりも圧力損失が大きくなる。
【００３４】
次に、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用効果のうち、外部車室上半部の軸方向伸長による流れの均一化（各流路への流量配分の適正化）について、従来の低圧排気室と比較して図８及び図９を用いて概念的に説明する。
図８及び図９は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用を示す説明図であり、図８は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態を透視した状態で示す側面図、図９は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態を透視した状態で示す平面図である。図８及び図９中、符号Ａで示す破線の領域は領域Ａ、符号Ｂで示す破線の領域は領域Ｂ、符号Ｃで示す破線の領域は領域Ｃを示している。また、矢印は流線を、二点鎖線は前述した従来の低圧排気室の外部車室上半部１０６の端壁面１０６ａの位置を示している。なお、図８及び図９において、図１乃至図７に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
流れ場のある特定領域に注目した場合、一般的には、その部分の慣性力と周囲の圧力勾配とのバランスにより、その後の流れの方向が決まる。通常は、元々の流れの方向に沿っているほど、又は負の圧力勾配が大きいほどその方向に流れやすい。
【００３６】
具体的には、図８及び図９において、タービンから領域Ａに排出された蒸気は、最終的に下方にある復水器に向かって流れるが、一部が領域Cを通過し、残りが領域Bを通過する。ここで、領域Ａは外部車室上半部６内のフローガイド４出口近傍の領域を、領域Ｂは低圧タービン内部車室２の上方における幅方向両側で上部フローガイド１７付近の領域を、領域Ｃは外部車室下半部７内の幅方向両側で第１の支持リブ１５より右側の領域を示している。
【００３７】
ディフューザ流路の開始部である領域Ａでは、流れが加速されるため、圧力が低くなる。その後、流れは流路面積の増加に伴い減速し、圧力が上昇する。もし、従来の低圧排気室のように、車室伸長部９が無く、外部車室上半部６の軸方向寸法が外部車室下半部７と同一である場合、図８に示すように、領域Ａから領域Ｂへの流れＳｂは、非常に短い距離で転向する必要があるため、領域Ｂの手前で損失を伴う急激な圧力上昇が生じやすい。結果的に、領域Ｂの圧力は領域Ａよりも高くなる。一方、図８及び図９に示すように、領域Ｃは領域Ａより広いスペースがあるため、領域Ａからの流れＳｃが損失を出さずに滑らかに膨張減速しやすい。このため、領域Ｃの圧力は領域Ｂよりもさらに高くなる。
【００３８】
三つの領域の相対的な圧力を定性的に表現すると、車室伸長部９がない従来の低圧排気室では、例えば、領域Ａでは低、領域Ｂでは中から高、領域Ｃでは高と表せる。この場合、慣性力により圧力の低い領域Ａから相対的に圧力の高い領域Ｂに蒸気は流れるが、領域Ｂでの圧力は中から高であるので、領域Ａから領域Ｂまでの逆圧力勾配が大きく抵抗となるため、圧力の高い領域Cにも流れやすい。
【００３９】
これに対して、本実施の形態においては、外部車室上半部６の車室伸長部９により、領域Ａの空間が従来の低圧排気室より拡張されるので、領域Ａの流れが一層減速し、圧力がその分上昇する。この場合、三つの領域の圧力は、例えば、領域Ａが中、領域Ｂも中、領域Ｃが高となり、領域Ａから領域Ｂへの逆圧力勾配が緩和される。また、流れは、減速後に転向するため、よりスムーズ（低損失）に領域Ｂに流れやすくなる。その結果、第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図８、図９の左側）の領域の流量が増加し、第１の支持リブ１５の右側及び左側の領域への流量配分が適正化され、圧力損失が低減する。
【００４０】
次に、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態の作用効果のうち、適正なディフューザ流路による流れの均一化（各流路への流量配分の適正化）について図１、図６、図７及び図９を用いて説明する。
【００４１】
本実施の形態においては、静圧回復性能の向上及び流れの均一化のために、外部車室上半部６を軸方向に伸長させているので、外部車室上半部６の空間拡大に伴い、適正なディフューザ流路を構成するための軸受コーンの上下半部の形状は、必ずしも対称ではない。特に、タービン最終段落動翼長に対するディフューザ流路の軸方向寸法の比が小さい場合に、外部車室上半部６と外部車室下半部７との間で軸方向寸法に差を設けると、軸受コーンの上下半部の適正な形状の差も一層顕著になる。
【００４２】
外部車室上半部６を軸方向に伸長しても、適正なディフューザ流路を構成しない場合には、図６及び図７に示すように、外部車室上半部６と外部車室下半部７との接合面近傍を通過する流れ（側方流れ）Ｓ３は、第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図７の左側）に流れずに、第１の支持リブ１５より軸受コーン１０３側（図７の右側）に流れやすいので、結果的に部分的にしか流れの均一化が行われない。
【００４３】
そこで、本実施の形態においては、軸受コーン３の外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離を、図１に示すように、軸受コーン３の上半部３ａの方が下半部３ｂより短くなるように設定しているので、外部車室上半部６の外部車室下半部７に対する軸方向伸長に対して適正なディフューザ流路が構成され、ディフューザ流路の流れを一層減速でき、圧力を回復させることができる。また、流れは、減速後に転向するため、より低損失な転向が可能となる。特に、側方流れＳ３は、図９に示すように、軸受コーン３により転向して低外部車室上半部６の側壁面６ｂに沿って第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図９の左側）の領域に流れやすくなる。このため、第１の支持リブ１５の左側の領域の流量が増加し、第１の支持リブ１５の右側及び左側の領域への流量配分がより適正化され、圧力損失が一層低減する。
【００４４】
したがって、動翼長に対するディフューザ流路の軸方向寸法の比が小さい場合であっても、低圧排気室の上半部の流れを適切に膨張・減速、転向可能であるため、従来型の低圧排気室よりも高い圧力損失低減効果が得られる。
【００４５】
上述した本実施の形態の低圧排気室の構造は、ＣＦＤ解析の結果から得られた知見に基づいて考案したものであり、その効果を従来技術と比較して、より確実に期待できる。
【００４６】
また、既設の従来型の低圧排気室に対して、外部車室下半部７と軸方向寸法が同じ外部車室上半部１０６を、外部車室下半部７より軸方向に伸長した外部車室上半部６に交換し、上下対称である軸受コーン１０３の上半部１０３ａを、軸方向寸法が下半部３ｂより外部車室上半部６の軸方向伸長分長く、軸受コーン３の外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離が下半部３ｂより短い上半部３ａに交換することにより、既設の低圧タービン外部車室５の下半部の寸法やタービンロータ１の支持構造等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室５の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を一層発揮できる低圧排気室に容易に改造することもできる。
【００４７】
上述したように、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第１の実施の形態によれば、軸受コーン３（又はカバー）の上半部３ａを下半部３ｂより軸方向に伸長させ、軸受コーン３（又はカバー）の上半部３ａの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離を下半部３ｂより短くしたので、低圧タービン外部車室５の上半部内の流れを適切に膨張・減速、転向可能となり、現状の低圧タービン外部車室５の下半部の寸法やタービンロータ１の支持構造等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室５の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を一層発揮することができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態を図１０乃至図１２を用いて説明する。
図１０乃至図１２は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態を示す図であり、図１０は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態の構造を透視した状態で示す側面図、図１１は図１０に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態の構造を透視した状態で示す平面図、図１２は図１０に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態の構造を透視した状態で示す斜視図である。なお、図１０乃至図１２において、図１乃至図９に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態は、図２及び図３に示す第１の実施の形態の軸受コーン３の不連続面３ｃにガイド部３０を設けるものである。
【００４９】
第１の実施の形態のように、軸受コーン３の外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離を上半部３ａと下半部３ｂとで異なるように軸受コーン３を製造した場合、図２及び図３に示すように、不連続面３ｃが生ずる。この不連続面３ｃは、その近傍での上下方向の速度成分を持つ流れ場に対して擾乱を発生させ、最終的には圧力損失の発生原因となりうる。
【００５０】
そこで、本実施の形態においては、図１０乃至図１２に示すように、軸受コーン３の不連続面３ｃ（図２及び図３参照）にガイド部３０を設けている。ガイド部３０は、タービンロータ１の中心軸Ｏを含む面内の各断面における外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離が外部車室上半部６と外部車室下半部７との接合面１２から外部車室上半部６の上方に向かって漸減している。また、外部車室上半部６と外部車室下半部７との接合面１２内の断面における外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃａは、その接合面１２内の断面における軸受コーン２３の下半部３ｂの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離Ｃｂと同じである。すなわち、軸受コーン２３のガイド部３０は、上半部２３ａを下半部３ｂに滑らかに繋げるものである。これにより、図２に示す不連続面３ｃが解消され、圧力損失を低減できる。
【００５１】
上述したように、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第２の実施の形態によれば、軸受コーン２３の上半部２３ａをガイド部３０により下半部３ｂに滑らかに繋げているので、現状の低圧タービン外部車室５の下半部の寸法やタービンロータ１の支持構造等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室５の上半部の拡大による圧力損失の低減効果をより一層発揮することができる。
【００５２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態を図１３乃至図１５を用いて説明する。
図１３乃至図１５は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態を示す図であり、図１３は本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態の構造を透視した状態で示す側面図、図１４は図１３に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態の構造を透視した状態で示す平面図、図１５は図１３に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態の構造を透視した状態で示す斜視図である。図１４中、矢印は流線を示している。なお、図１３乃至図１５において、図１乃至図１２に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
図１３乃至図１５に示す本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態は、第２の実施の形態を構成する外部車室上半部６の軸受コーン２３側の端壁面６ａと外部車室上半部６の幅方向の側壁面６ｂとで形成される角部にガイド板４０を配置するものである。
【００５４】
前述した第１の実施の形態において説明したように、外部車室上半部６と外部車室下半部７との接合面１２付近を通過する流れ（側方流れ）Ｓ３は、第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図７の左側）に流れずに、第１の支持リブ１５より軸受コーン１０３側（図７の右側）に流れやすい（図７参照）。このため、第１及び第２の実施の形態の場合であっても、ディフューザ流路の上半部から排出された蒸気の一部は、第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側の流路へ流れることなく、直接ディフューザ流路の下方へ流れてしまい、流れの均一化が最大限には行われない。
【００５５】
そこで、本実施の形態においては、図１３乃至図１５に示すように、外部車室上半部６の軸受コーン２３側の端壁面６ａと外部車室上半部６の幅方向の側壁面６ｂとで形成される角部に、端壁面６ａと側壁面６ｂと結ぶようにガイド板４０を配置している。ガイド板４０は、図１４に示すように、端壁面６ａと側壁面６ｂとで形成される角部に向かって湾曲するように形成されている。ガイド板４０は、側方流れＳ３を滑らかに外部車室上半部６の側壁面６ｂに沿うように導くものである。これにより、側方流れＳ３が第１の支持リブ１５を越えて第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図１４の左側）の領域に流れ、更なる流れの均一化が行われる。
【００５６】
上述したように、本発明の蒸気タービンの低圧排気室の第３の実施の形態によれば、外部車室上半部６の端壁面６ａと側壁面６ｂとで形成される角部に、端壁面６ａと側壁面６ｂと結ぶようにガイド板４０を配置したので、第１の支持リブ１５により分割された各流路への流量配分を更により一層均一化することができる。このため、現状の低圧タービン外部車室５の下半部の寸法やタービンロータ１の支持構造等の基本仕様を変更することなく、低圧タービン外部車室５の上半部の拡大による圧力損失の低減効果を更により一層発揮することができる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、ガイド板４０を、端壁面６ａと側壁面６ｂとで形成される角部に向かって湾曲するように形成したので、側方流れＳ３を第１の支持リブ１５より低圧タービン内部車室２側（図１４の左側）の領域に一層効果的に流すことができる。
【００５８】
［その他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態においては、軸受コーン３の外壁面、フローガイド４の内壁面、及び低圧タービン外部車室５の内壁面によりディフューザ流路を構成する例を示したが、軸受コーンの周囲に設けられたカバーの外壁面、フローガイド４の内壁面、及び低圧タービン外部車室５の内壁面によりディフューザ流路を構成することも可能である。この場合、タービンロータ１の中心軸Ｏに直交する面内の各断面おけるカバーの外壁からタービンロータ１の中心軸Ｏまでの距離は、カバーの上半部の方がカバーの下半部より短くなるように設定する。このことにより、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  タービンロータ
２  低圧タービン内部車室
３、２３  軸受コーン
３ａ  上半部
３ｂ  下半部
４  フローガイド
５  低圧タービン外部車室
６  外部車室上半部（低圧タービン外部車室の上半部）
６ａ  端壁面
６ｂ  側壁面
７  外部車室下半部（低圧タービン外部車室の下半部）
１０  動翼
１２  接合面
１５  第１の支持リブ（内部強度部材）
３０  ガイド部
４０  ガイド板
Ｏ  中心軸
【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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