(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧蒸気タービンのための排蒸気ケーシングを備えたアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザであって、翼配列蒸気を排蒸気ケーシング（２０）内に導き、内側のデフューザリング（４）と、外側のデフューザリング（５）と、２つの案内板（８，９）とを有し、これら２つの案内板はデフューザを３つの部分デフューザ、すなわち内側の部分デフューザ（１０）と、中間の部分デフューザ（１１）と、外側の部分デフューザ（１２）とに分割しており、
その際内側のデフューザリング（４）は低圧蒸気タービンのハブに対して屈曲角度（θＮ）で配置され、かつ外側のデフューザリング（５）は低圧蒸気タービンの翼支持体（７）の最後の部分片（７′）に対して屈曲角度（θＺ）で配置されている形式のものにおいて、
２つの案内板（８，９）はデフューザの全長にわたって延びており、かつ２つの案内板（８，９）は、入口面における３つの部分デフューザ（１０，１１，１２）に対する面積分配が不均一であるように、内側のデフューザリング（４）と外側のデフューザリング（５）との間で分配されており、
その際デフューザ全体の流動入口面の８８〜９０％は内側の部分デフューザ（１０）及び中間の部分デフューザ（１１）に割り当てられ、デフューザ全体の流動入口面の１０〜１２％が外側の部分デフューザ（１２）に割り当てられており、
かつ案内板（８，９）の始端接線が、最終段の翼通路の、直線状に近似化されたハブ側の境界及びケーシング側の境界と共に、少なくとも近似的に、１つの共通の交点（Ａ）を形成しており、
かつ案内板（８，９）が最後の動翼列（３）の後縁の可及的に近くに配置されていて、その際最後の動翼列（３）と案内板（８，９）の前縁との間隔が、すべての運転条件に対して許容される最小間隔によって定められている、
ことを特徴とする、低圧蒸気タービンのための排蒸気ケーシングを備えたアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項２】
中間の部分デフューザ（１１）の出口面積（Ｓ２２）の入口面積（Ｓ２１）に対する比が少なくとも２であり、外側の部分デフューザ（１２）の出口面積（Ｓ３２）の入口面積（Ｓ３１）に対する比が少なくとも３であり、かつ内側の部分デフューザ（１０）の出口面積（Ｓ１２）の入口面積（Ｓ１１）に対する比が、少なくともデフューザの下半部において、１.５〜１.８の範囲内である、
ことを特徴とする、請求項１記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項３】
各部分デフューザ（１０，１１，１２）について、少なくともデフューザの下半部において、その長さの、入口平面におけるその通路高さに対する比が、少なくとも２.５である、
ことを特徴とする、請求項２記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項４】
３通路デフューザの全出口面積の全入口面積に対する比が２である、
ことを特徴とする、請求項３記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項５】
内側の部分デフューザ（１０）の入口面積（Ｓ１１）がデフューザの全入口面積の５５〜６０％、中間の部分デフューザ（１１）の入口面積（Ｓ２１）がデフューザの全入口面積の３０〜３５％及び外側の部分デフューザ（１２）の入口面積（Ｓ３１）がデフューザの全入口面積の１０〜１２％である、
ことを特徴とする、請求項４記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項６】
案内板（８，９）の始端接線がそれぞれ、案内板（８，９）の第１の屈曲点（Ｂ，Ｃ）を中心として、案内板（８，９）の第１の屈曲点（Ｂ，Ｃ）と最終段の翼通路の直線状に近似化されたハブ側及びケーシング側の境界の交点（Ａ）とを通る基準始端接線から８°の角度範囲内に位置している、
ことを特徴とする、請求項５記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項７】
案内板（８，９）の前縁と最後の動翼の後縁との間隔（ａ）が動翼列の全高（ｈｗ）の４％である、
ことを特徴とする、請求項６記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項８】
案内板（８，９）の前縁が先細に構成されている、
ことを特徴とする、請求項７記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項９】
案内板（８，９）が支材（１３）によって支持されており、これらの支材は内側のデフューザリング（４）及び外側のデフューザリング（５）から案内板（８，９）に延びており、かつ下流側で増大する直径を有しており、かつ中間の部分デフューザ（１１）は支材がない、
ことを特徴とする、請求項８記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項１０】
内側の部分デフューザ（１０）と中間の部分デフューザ（１１）との間に配置されている案内板（８）に、半径方向で延長して、排蒸気案内板（８′）が配置されている、
ことを特徴とする、請求項９記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項１１】
排蒸気ケーシング（２０）の、排蒸気ケーシング（２０）の上半部（２１）と下半部（２２）との間の分割平面（２３）における出口面の大きさが、部分デフューザ（１０，１１，１２）の出口面（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２）の大きさに調和せしめられている、
ことを特徴とする、請求項１０記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項１２】
中間の部分デフューザ（１１）の出口面積（Ｓ２２）及び外側の部分デフューザ（１２）の出口面積（Ｓ３２）の和が、デフューザの上半部と下半部との間の分割平面（２３）における、排蒸気ケーシング（２０）のフード（２１）と、内側の部分デフューザ（１０）及び中間の部分デフューザ（１１）の間の排蒸気案内板（８′）との間に形成される面積（２５）と同じである、
ことを特徴とする、請求項１１記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項１３】
デフューザの上半部における内側の部分デフューザ（１０）の出口面積（Ｓ１２）が、内側の部分デフューザ（１０）の入口面積（Ｓ１１）に対して１.３の比であり、内側の部分デフューザ（１０）の、３通路デフューザの１回転にわたる出口面積（Ｓ１２）の半分が、排蒸気ケーシング（２０）の上半部（２１）と下半部（２２）との間の分割平面（２３）における、排蒸気ケーシング（２０）の衝突壁（２７）、フード（２１）及び内側の部分デフューザ（１０）と中間の部分デフューザ（１１）との間の案内板（８）及び排蒸気案内板（８′）によって形成される面積（２６）に等しい、
ことを特徴とする、請求項１２記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項１４】
デフューザの上半部における内側の部分デフューザ（１０）の出口面積（Ｓ１２′）が内側の部分デフューザ（１０）の入口面積（Ｓ１１）に対して１.８の比であり、かつデフューザの上半部における内側の部分デフューザ（１０）の、３通路デフューザの１回転にわたる出口面積（Ｓ１２′）の半分が、排蒸気ケーシング（２０）の上半部（２１）と下半部（２２）との間の分割平面（２３）における、排蒸気ケーシング（２０）の衝突壁（２７′）、フード（２１′）、排蒸気案内板（８′）並びに排蒸気案内板（８′）からタービンに向いた排蒸気ケーシング（２０）の壁（３１）に通じている軸方向の線（３０）によって形成される面積（２８）に等しく、
かつ１回転にわたっての中間の部分デフューザ（１１）の出口面積（Ｓ２２）及び外側の部分デフューザ（１２）の出口面積（Ｓ３２）の和が、排蒸気ケーシング（２０）の下半部と上半部との間の分割平面（２３）における、排蒸気案内板（８′）、排蒸気ケーシング（２０）の、タービンに向いた壁（３１）、かつ排蒸気案内板（８′）からタービンに向いた壁（３１）への軸方向の線（３０）によって形成される面積（２９）に等しい、
ことを特徴とする、請求項１１記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【請求項１５】
３通路デフューザの全出口面積が排蒸気ケーシング（２０）の出口面積（２４）よりも１５％小さい、
ことを特徴とする、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に貫流される低圧蒸気タービンであって、翼配列蒸気をわずかな損失で導くためのアキシャル/ラジアル型の複数通路デフューザ及び排蒸気ケーシングを備えている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この形式のデフューザは DE 44 22 700 に記載されている。ここに開示されているデフューザは低圧蒸気タービンの最後の動翼列に続いて軸方向の流動入口及び半径方向の流動出口を有している。デフューザは最大限可能な圧力回収によってタービン出力の最適化が行われるように、構成されている。このために内側のデフューザリング及び外側のデフューザリングの第１の部分片はそれぞれハブ若しくは翼支持体に対して屈曲角度で整向せしめられている。この手段は最後の動翼列の範囲内でのデフューザの通路高さにわたっての全圧力プロフィールの均等化に役立つ。更にデフューザは半径方向で外方に向かって湾曲せしめられた１つの案内板を有しており、この案内板はデフューザを内側の通路と外側の通路とに分割している。外側の通路及び内側の通路の内部においてはこの場合流動フィンが配置されており、この流動フィンには半径方向若しくは斜めに蒸気が流れる。案内板は排流の転向並びにまた案内に役立つ。流動フィンは案内板の支持を目的とし、特に遅滞領域内でのねじれ流を減少させることを目的とし、これによって圧力回収の最適化に寄与する。実現された流動フィンはしかしながら、特定の運転負荷においてだけ最適のねじれ流減少をもたらす。異なった運転負荷においては、ねじれ流減少は必ずしも最適に行われない。この手段を有するデフューザはしたがって特定の運転負荷においてだけ最適の圧力回収を達成する。更に流動フィン及び案内板におけるその固定は比較的に大きな構造的経費と結びついている。更に超音波のギャップ流動が残りの亜音速の流動に干渉する。
【０００３】
EP 581 978、特にその図４、においては、軸方向に貫流されるガスタービンのための、軸方向の流動入口と半径方向の流動出口とを有している複数通路排ガスデフューザが開示されている。この複数通路デフューザはその長さに沿って３つの領域を有している。第１の領域はベル形デフューザの形式で構成されていて、単通路で最後の動翼列から複数の流動フィンの出口平面にまで延びている。デフューザリングはこの場合においても屈曲角度を有していて、全圧力プロフィールの均質化が達成されるように、固定されている。第２の領域は流動フィンの下流側に流動を導く案内リングを有しており、これらの案内リングは複数の通路を形成している。第３の領域は半径方向への排ガス流動の強い転向に役立ち、次いでガスタービンの煙突内に開口している。この目的のために第２の領域の案内リングは第３の領域の長さにわたって引き続き導かれていて、その際これらの案内リングはそこで湾曲せしめられている。第２の領域はわずかな転向、しかし大きなデフューザ作用を有しており、第３の領域な大きな転向、しかし単に極めてわずかなデフューザ作用を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低圧蒸気タービンのための、排蒸気ケーシングを備えたアキシャル/ラジアル型の複数通路デフューザが、背景技術のデフューザに比較して、改善された圧力回収を達成し、これによって低圧蒸気タービンの効率が高められるようにすることである。更に複数通路デフューザが蒸気タービンの可及的に多い運転条件に対して一様に最適化されており、減少せしめられた構造的経費と結びついているようにする。最後に排蒸気ケーシングがタービン出力に関してデフューザに調和せしめられているようにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１による、排蒸気ケーシングを備えたアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザによって解決されている。３通路デフューザは３つの部分デフューザ、すなわち内側の部分デフューザ、中間の部分デフューザ及び外側の部分デフューザ、を有しており、これらの部分デフューザは、内側のデフューザリングと、外側のデフューザリングと、これらのデフューザリングの間に配置されている２つの案内板とによって形成されている。内側のデフューザリングの第１の部分片はこの場合ハブに関して、内方のロータ軸線に向いた屈曲角度で配置されており、かつ外側のデフューザリングの第１の部分片は最後の動翼列の高さのところで翼通路に関して、ロータ軸線から外方に離れる方向の屈曲角度で配置されている。
【０００６】
本発明によるアキシャル/ラジアル型の３通路デフューザにおいては、特に、２つの案内板はデフューザの全長にわたって延びている。これらの案内板は内側のデフューザリングと外側のデフューザリングとの間で不均一に分配されており、したがってデフューザの入口面における３つの部分デフューザへの面積分配は不均一である。この場合入口平面内で、入口面の大部分は内側の部分デフューザ及び中間の部分デフューザに割り当てられており、かつ入口面の小部分は外側の部分デフューザに割り当てられている。更に両方の案内板の始端接線は、低圧蒸気タービンの最終段における翼通路の、直線状に近似化されたハブ側の境界及びケーシング側の境界と共に、少なくとも近似的に、子午線平面内で１つの共通の交点を形成している。最後に、案内板は最後の動翼列の可及的に近くに配置されていて、その際最後の動翼列と案内板の前縁との間隔は、すべての運転条件に対して許容される最小間隔によって定められている。
【０００７】
これによりデフューザの、最後の段とのその相互作用領域における特徴が記載された。
【０００８】
【発明の実施の形態】
デフューザのデフューザ領域は次の特徴によって特徴付けられている。個々の部分デフューザの出口面の入口面に対する比は、中間の部分デフューザについては２よりも大きく、かつ外側の部分デフューザについては３よりも大きい。内側の部分デフューザについては相応する幾何学的な面比は１.５〜１.８の範囲内である。
【０００９】
更に中間の部分デフューザについて、その長さの、入口面における通路高さに対する比は少なくとも４である。外側の部分デフューザについては、長さの、入口面における通路高さに対する比は少なくとも１０であり、かつ内側の部分デフューザについては相応する比は少なくとも２.５である。この比較的に大きな通路高さに対する長さの比に基づいて、部分デフューザの転向は相応して比較的にゆっくりとしている。
【００１０】
デフューザ全体の出口面の入口面に対する比は約２である。
【００１１】
最後にデフューザの排蒸気ケーシングは次のように構成されている。すなわち排蒸気ケーシングの上半部と下半部との分割平面の面積の大きさが部分デフューザの出口面の大きさに調和せしめられている。
【００１２】
２つの案内板はデフューザ通路を３つの部分デフューザに分割するのに役立ち、これらの部分デフューザ内で翼配列の排流が案内される。生ぜしめられる流動案内はこの場合、デフューザ全体が同じで、部分デフューザが多いほど、それだけ良好になる。これに対し、案内板が多く配置されているほど、それだけ摩擦損失が大きくなりかつ閉塞作用が大きくなる。ここで選ばれている数、すなわち３つの部分デフューザ及び２つの案内板は、案内板の表面における是認可能な摩擦損失並びに閉塞作用のもとで、最適化された流動案内が生ぜしめられるという利点を有している。
【００１３】
案内板及び部分デフューザは翼配列排流の案内及び安定化並びに半径方向への転向を生ぜしめる。案内板はデフューザの全長にわたって延びているので、この案内は更に補助される。
【００１４】
部分デフューザの半径方向の延びは更に自然の形式で接線方向速度の減少に役立つ。部分デフューザはこれによってすべての運転条件に対して接線方向速度の減少に関して最適である。更に案内板のための構造的経費は比較的にわずかであり、接線方向速度の減少のために転向フィン及び流動フィンのような別の構造的な手段を必要とすることはない。
【００１５】
流動案内及び流動安定化は更に、特にデフューザ入口面を３つの部分デフューザに分配することによって、生ぜしめられる。入口面の大部分は内側の通路及び中間の通路に割り当てられ、これによって流動の大部分が翼配列から排蒸気ケーシングに案内される。入口面の小部分は外側の通路に割り当てられ、この外側の通路によって超音波のギャップ流動並びにギャップ流動により影響を受けるタービンからの流動が受容され、かつ子午線方向に転向せしめられ、かつ流動の大部分から遮へいされて排蒸気ケーシングに導かれる。この遮へいによって流動の大部分と高エネルゲティクのギャップ流動との間の流動干渉が回避される。このような流動干渉はデフューザ作用に不利な影響を及ぼすことになる。
【００１６】
最後の翼列と案内板の前縁との間の最小の間隔は更にギャップ流動の最適の遮へいのため及び流動干渉及び流動線の収束の回避のために寄与する。各部分デフューザの長さの通路高さに対する２.５以上の比は、軸方向のあるいは斜めの流動方向から半径方向の流動方向へのゆっくりとした転向を可能にし、このことは、出口面の入口面に対する比が１.６である場合でも、遅延せしめられた流動の剥離を阻止する。
【００１７】
３つの部分デフューザによる翼配列排流の案内及び安定化、高エネルゲティクのギャップ流動の遮へい並びに通路の長さの通路高さに対する比に基づくゆっくりとした転向は全体として、最後の動翼列の高さにおける全圧力プロフィールの均一化及び低下を生ぜしめる。これによって生ぜしめられる出力増大は低圧蒸気タービンの効率の増大をもたらす。
【００１８】
本発明によるデフューザの構成は、最初に支配的である流動フィールドを調べる逆のデザイン法を基礎としている。次いで、これからその都度理想的な流動フィールドが計算され、デフューザの幾何形状がこの理想的な流動フィールドに基づいて決定される。特にこの３通路デフューザは限界負荷条件において構成された。限界負荷において、その案内板の始端接線が整向されている本発明による３通路デフューザが最高の圧力回収を達成する流動フィールドが調べられた。経験的な立証によって、この設計から得られる幾何形状がタービンの全運転範囲において背景技術のデフューザの上に置かれた。この設計は更に次のような利点をもたらす。すなわち同じコンデンサ（復水器）圧力でより大きなタービン出力が達成され、あるいはより大きなコンデンサ圧力で同じタービン出力が達成され、かつこれによって蒸気タービンのためにより小型で、より安価な冷却システムが必要とされる。
【００１９】
本発明の特別な構成において、以下においてデフューザの相互作用領域の別の特別な特徴が開示されている。
【００２０】
本発明の第１の特別な構成においては、案内板の始端接線は、案内板の第１の屈曲点を中心として、少なくとも近似的に案内板の第１の屈曲点を通ってかつ翼通路の直線状に近似化された境界の交点を通って導かれる基準始端接線に対して傾斜した角度範囲内に位置している。
【００２１】
本発明の別の特別な構成では、外側の部分デフューザにはデフューザの全体の流動入口面の１０〜１２％が割り当てられている。残りの入口面はその５５〜６０％が内側の部分デフューザに、かつその３０〜３５％が中間の部分デフューザに割り当てられている。
【００２２】
別の構成では、案内板の前縁と最後の動翼の後縁との間隔は動翼列の全高の約４％である。
【００２３】
別の構成では、案内板の前縁がデフューザの流動入口のところで成形されて構成されており、これによって部分デフューザ内に入る場合にやわらかい加速が生ぜしめられる。
【００２４】
別の構成では、デフューザのデフューザ領域は次のように特徴付けられている。
【００２５】
案内板はそれぞれウェブ又は支材によって支持されており、これらのウェブ又は支材は内側のデフューザリング及び外側のデフューザリングから案内板に延びている。中間の部分デフューザは支材がなく、これによって流動障害及び損失が最低限である。
【００２６】
デフューザの排蒸気領域の別の特別な構成では、内側の部分デフューザと中間の部分デフューザとの間の案内板に、半径方向で延長して、排蒸気案内板が配置されている。この排蒸気案内板は排蒸気ケーシング内での良好な流動分配を生ぜしめ、これによって流動損失が最低限にされ、並びにコンデンサが一様に負荷される。
【００２７】
【実施例】
図１は３通路デフューザを低圧蒸気タービンの一部分として示す。これは翼配列排流を排蒸気ケーシング２０内に導く。低圧蒸気タービンについては、ロータ軸線２を有するロータ１と最後の動翼列の動翼３とが示されている。３通路デフューザは内側のデフューザリング４と外側のデフューザリング５とによって制限されている。外側のデフューザリング５は翼支持体７と結合されている。内側のデフューザリング４と外側のデフューザリング５とは動翼３の後縁の範囲において屈曲角度θＮ若しくはθＺを有しており、その際、図１ａ及び１ｂに示すように、角度θＮは内側のデフューザリング４の第１の部分片４′とハブ６の延長部とによって形成され、かつ角度θＺは翼支持体７の最後の部分片７′と外側のデフューザリング５の第１の部分片５′とによって形成される。これらの屈曲角度は例えば１０〜２０°であって、最後の動翼列の出口における可及的に均質な全圧力プロフィールを達成するのに寄与する。
【００２８】
デフューザはその内部に２つの案内板８及び９を有しており、これらの案内板はデフューザを３つの部分通路に、すなわち内側の部分デフューザ１０と、中間の部分デフューザ１１と、外側の部分デフューザ１２とに、分割している。案内板はこの場合支材１３によって支持されており、これらの支材は内側のデフューザリング４及び外側のデフューザリング５から案内板に延びている。強度の理由から、流動方向で上流側の支材１３は下流側の支材よりも太くかつそれぞれ円形の横断面をもって構成されている。中間の部分デフューザ１１は特に支材を有していない。
【００２９】
案内板はデフューザの通路高さにわたって、全圧力プロフィールを考慮して、流体力学的に最適の面積分配が３つの部分通路に対して達成されるように、分配されている。第１の案内板８は、内側の部分デフューザ１０が全デフューザの流動入口面の例えば約６０％の流動入口面を有しているように、配置されている。第２の案内板９は更に、中間の部分デフューザ１１が全流動入口面の例えば約３０％の流動入口面を有しているように、配置されている。これによって全入口面の大部分が内側及び外側の両方の通路１０及び１１に割り当てられている。外側の部分デフューザ１２はこれに対し全流動入口面の例えば約１０％の流動入口面を有している。
【００３０】
デフューザ出口面は、出口面の、全デフューザ、要するにその上半部及び下半部、の入口面に対する比が約２であるように、構成されている。
【００３１】
個々の部分デフューザにおいては出口面の入口面に対する幾何学的な比は次の通りである。
【００３２】
内側の部分デフューザ１０について、例えばデフューザの上半部の出口面Ｓ１２の入口面Ｓ１１に対する比は約１.３である。
【００３３】
デフューザの下半部の出口面Ｓ１３の入口面Ｓ１１に対する比はより大きく、約１.６である。内側の部分デフューザ１０の出口面Ｓ１３はしたがってデフューザの下半部においては上半部におけるよりも更に外方に位置している。（この出口面は、それが本来はデフューザの下半部に位置しているにもかかわらず、この図並びに図４においてもＳ１３で示されている。）
中間の部分デフューザ１１について、出口面Ｓ２２の入口面Ｓ２１に対する比は約２.１である。
【００３４】
外側の部分デフューザについて、出口面Ｓ３２の入口面Ｓ３１に対する比は約３.３である。このような面積比は、タービンの効率を著しく増大させることができることの前提である。
【００３５】
デフューザは流動のやわらかい案内を顧慮して、通路高さに比してわずかな曲率で構成されている。３つの部分デフューザはこのために長さの通路高さに対する大きな比を有している。この比は内側の部分デフューザ１０については、デフューザの下半部において例えば２.７よりも大きい。中間の部分デフューザ１１及び外側の部分デフューザ１２については、この比は図示の例では４.４よりも若しくは１２よりも大きい。内側のデフューザリング及び外側のデフューザリング並びに両方の案内板はその横断面において製作技術上の理由から複数の直線状の部分片を有しており、これらの部分片は、長さの通路高さに対する大きな比に基づいて互いになだらかな傾斜角度をなしている。このなだらかな傾斜角度は翼配列排流の改善された案内を可能にする。これによって特に流動の干渉及び流動の剥離が回避される。デフューザ及び部分デフューザの比較的に大きな半径方向の延びによって、接線方向速度の自然の減少も、接線方向速度の減少のための付加的な流動フィンあるいは他の手段なしに、達成される。
【００３６】
３つの部分デフューザはその半径方向の延びに基づいてなだらかな転向を有している。各部分デフューザの全転向は、個々の部分デフューザ１０，１１若しくは１２の中心線１５における角度θ１，θ２及びθ３によって示されている。これらの角度は例えば約７０°，３６°若しくは４７°である。
【００３７】
案内板８及び９は近似的に、それらの始端接線の延長線が交点Ａを形成するように、構成されている。この場合翼通路の直線状に近似化されたハブ側及びケーシング側の境界はこの交点Ａを通って延びる。案内板８及び９の始端接線は図示の実施例ではロータ軸線２に関して角度ε１若しくはε２で整向されている。本発明の変化形では、タービンの最終段にわたっての翼通路の直線状に近似化されたハブ側及びケーシング側の境界の間の交点Ａ及び案内板８及び９の始端接線は少なくとも近似的に共通の交点を形成する。この変化形では案内板８の始端接線は直線状に近似化されたハブ側の境界とε１+８°の角度を形成する。案内板９の始端接線はε２±４°の範囲内の角度を形成する。翼配列通路の境界に関する案内板のこの幾何学的な設計は、例えば完全に円すい状に直線状のケーシング輪郭、部分片が最後の動翼列にわたって円筒状又はほとんど円筒状に延びているケーシング輪郭のような別のケーシング輪郭及び翼タイプに対しても、当てはまる。更にこの幾何形状は、単にトップシールを有する動翼においてだけではなしに、カバーバンドを有する動翼においても、適用可能である。この場合において、翼通路のケーシング側の境界は最後の動翼の後縁とカバーバンドとの交点を通って延びる。
【００３８】
本発明の実際の構成では、案内板８，９の始端接線は、案内板８若しくは９の第１の交点Ｂ及びＣを中心として、交点Ｂ若しくはＣと交点Ａとを通る基準接線に対して傾斜した角度範囲内に位置している。
【００３９】
デフューザリング４及び５と案内板８及び９とは図示の例では複数の直線状の部分片から成っており、これらの部分片は互いに小さな傾斜角度をなして接合されている。これらの部分片の代わりに、連続的に湾曲せしめられた案内板及びデフューザリングも実現可能である。
【００４０】
部分デフューザ１０及び１１は、翼配列からの流動の主部分がこれら両方の部分デフューザを通って排蒸気ケーシング２０内に排出されるように、配置されている。この場合流動の主部分の安定した案内は中間の部分デフューザの範囲内でそこで支配的であるマッハ数に基づいて閉塞作用に対して最も敏感である。支材のない中間の部分デフューザ１１はこれによって主流動のその部分を別の障害なしに案内する。最後の動翼列からの高エネルゲティックな、超音速のギャップ流動はこれに対し外側の部分デフューザ一１２内に達し、その際この部分デフューザの通路高さは支配的なギャップ流動との関係で定められている。ギャップ流動は外側の部分デフューザ１２によって、流動の主部分とは別個に、排蒸気ケーシング２０内に導かれる。
【００４１】
長さの通路高さに対する大きな比は、デフューザ流動の安定化及び最後の動翼列の高さにおける全圧力プロフィールの均質化並びに低下を生ぜしめる。これによってデフューザの圧力回収が高められ、全低圧蒸気タービンの効率増大が達成される。
【００４２】
案内板８及び９はデフューザへの入口において動翼列の近くにまで延びている。案内板は有利には、動翼列の軸方向の熱的な動き並びに種々の運転条件のために必要な安全間隔が許容する程度に近くに、接触が生じることがないように、配置されている。例えば案内板８及び９の前縁と最後の動翼３の後縁との間隔ａは最後の動翼列３の全高ｈｗの４％である。更に案内板８及び９の前縁は成形されて構成されており、これにより部分デフューザ内へ可及的にわずかな超過速度でなだらかに流入することが可能にされている。前縁は例えば、図２に示すように、例えば規格ＮＡＣＡによって、なだらかに先細にされて成形されており、その際成形長さｅは厚さδの３倍である。更に案内板は可及的に薄く構成されており、したがってマッハ数は可及的にわずかに増大する。このためにその厚さは中間の部分デフューザ１１の通路高さの例えば約５％である。
【００４３】
案内板８及び９の前縁の動翼列３からの可及的にわずかな間隔及び前縁のなだらかな成形は圧力回収に著しく寄与する。案内板が更に離れて配置されている場合には、音場及び流動の干渉が生じ、この範囲内での圧力回収が不可能になる。
【００４４】
内側の部分デフューザと中間の部分デフューザとの間の案内板８には、図示の構成では、半径方向に延長して、排蒸気案内板８′が配置されている。この排蒸気案内板８′は排蒸気ケーシング２０内での流動の改善及びコンデンサ内での流動の均一化を生ぜしめる。排蒸気案内板８′は約５０°のなだらかな全転向角度θＬを有している。この転向はこの実施例では２つの部分片によって実現されており、これらの部分片の全体の長さの、出口平面における通路高さに対する比は約０.７である。
【００４５】
図３は、分割平面２３によって互いに分割されている上半部２１と下半部２２とを有する排蒸気ケーシング２０の横断面図を示す。デフューザの上半部の出口面を通って排蒸気ケーシング２０の上半部２１内に達したタービン蒸気は、次いで分割平面２３を通って下半部２２内に流れ、かつそこから排蒸気ケーシングの出口面２４を通って、そこに接続されているコンデンサ内に流れる。
【００４６】
排蒸気ケーシングは、デフューザと調和して、排蒸気ケーシング２０の出口面２４がデフューザ全体の出口面よりもほぼ１５％大きいように、構成されている。このことは、排流内に万一閉塞作用が生じた場合の分割平面における予備面積を保証する。
【００４７】
図４によれば、デフューザの上半部における部分デフューザ１１及び１２の出口面の和が分割平面２３における面積２５にほぼ等しく、面積２５は排蒸気ケーシングと案内板８の排蒸気案内板８′との間に形成され、図では実線でハッチングして示されている。このことは、部分デフューザ１１若しくは１２の、デフューザの１回転にわたる出口面Ｓ２２及びＳ３２の和の半分が、図においてハッチングして示した分割平面面積２５に等しいことを意味する。更に内側の部分デフューザ１０の、デフューザの１回転にわたる出口面Ｓ１２の半分は破線でハッチングして示した面積２６に等しい。これらの面積の適合により、部分デフューザ１１及び１２のデフューザ排流はデフューザから排蒸気ケーシング内に出る際に可及的に同じ大きさの貫流面積を有し、隘路を有していない。このこと自体は圧力回収にポジティブに作用する。
【００４８】
図５には、図１の構成に比して最適化されている、本発明による排蒸気ケーシングを有する３通路デフューザの変化形が示されている。排蒸気ケーシングを有する最適化されたデフューザは特に内側の部分デフューザを顧慮して、内側の部分デフューザ１０の出口面Ｓ１２′が図１の構成に比して更に外方に規定されているように、構成されている。出口面Ｓ１２′が、破線で示すように、更に外方に位置していると、各部分デフューザの出口面の入口面に対する比が増大し、かつタービンの効率が相応して増大せしめられる。このために出口面Ｓ１２′は、その面積の入口面Ｓ１１に対する比が約１.８に増大するように、規定されており、このことは図１の変化形における約１.３の比に比して著しい増大である。ところで更に、デフューザから排蒸気ケーシング内への可及的に大きな貫流面積を保証するために、排蒸気ケーシングの上半部の壁２１′又はフードは図１の排蒸気ケーシングの壁２１に比して半径方向で更に外方に配置されている。同時に排蒸気ケーシングの衝突壁２７′も軸方向で更に外方に配置されている。相応して転向角度θ１は図１の転向角度に比して約６０°に減少せしめられている。
【００４９】
図６はこの変化形を、デフューザの上半部と下半部との間の分割平面２３において示す。この図はまた、排蒸気ケーシングの寸法の調和及び部分デフューザの出口面の大きさの相互の調和がどのように行われているかを示している。デフューザは次のように、すなわち内側の部分デフューザ１０の、デフューザの１回転にわたる出口面Ｓ１２′の半分が、デフューザの上半部と下半部との間の分割平面２３における破線のハッチングで示した面積２８とほぼ等しいように、構成されている。面積２８は、軸方向で更に外方に配置されている衝突壁２７′と、半径方向で更に外方に配置されているフード２１′と、タービンに向いた壁３１と、排蒸気案内板８′とによって形成される。面積２８は最後に、排蒸気案内板８′と、壁３１との間の仮定の軸方向に延びる線３０によって閉じられる。
【００５０】
更に、外方及び中間の両方の部分デフューザの出口面Ｓ２２及びＳ３２の和は分割平面における実線のハッチングで示した面積２９とほぼ等しい。この面積２９は排蒸気案内板８′と、線３０と、壁３１とによって形成される。
【００５１】
更にデフューザの下半部における出口面Ｓ１３′は、この場合、デフューザの上半部のための出口面Ｓ１２′と同じ箇所になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排蒸気ケーシングを有する本発明によるデフューザの鉛直断面図を示す。
【図１ａ】デフューザのシリンダ側の相互作用領域の細部を示す。
【図１ｂ】デフューザのハブ側の相互作用領域の細部を示す。
【図２】デフューザ入口における案内板の成形された前縁の細部を示す。
【図３】デフューザの排蒸気ケーシングの横断面を示す。
【図４】デフューザの上半部と下半部との間の分割平面を見た図を示す。
【図５】排蒸気ケーシングを有する本発明によるデフューザの別の変化形の鉛直断面図を示す。
【図６】図５の別の変化形の上半部と下半部との間の分割平面を見た図を示す。
【符号の説明】
１  ロータ、  ２  ロータ軸線、  ３  動翼、  ４  内側のデフューザリング、４′  内側のデフューザリングの第１の部分片、  ５  外側のデフューザリング、  ５′  外側のデフューザリングの第１の部分片、  ６  ハブ、  ７  翼支持体、  ７′  翼支持体の最後の部分片、  ８  第１の案内板、  ８′  排蒸気案内板、  ９  第２の案内板、  １０  内側の部分デフューザ、  １１  中間の部分デフューザ、  １２  外側の部分デフューザ、  １３  支材又はウェブ、  １５  部分デフューザの幾何学的な中心線、  ２０  排蒸気ケーシング、  ２１排蒸気ケーシングの上半部、  ２１′  壁、  ２２  排蒸気ケーシングの下半部、  ２３  分割平面、  ２４  排蒸気ケーシングからの出口面、  ２５  部分デフューザ１１及び１２のための分割平面の貫流面積、  ２６  部分デフューザ１０のための分割平面の貫流面積、  ２７  衝突壁、  ２７′  衝突壁、  ２８別の変化形の部分デフューザ１０のための分割平面の貫流面積、  ２９  別の変化形の部分デフューザ１１及び１２のための分割平面の貫流面積、  ３０  補助分割線、  ３１  排蒸気ケーシングのタービンに向いた壁、  ａ  間隔、  Ａ交点、  Ｂ  交点、  Ｃ  交点、  ｅ  案内板前縁の成形長さ、  ｈｗ  最後の動翼列の長さ、  Ｓ１１  内側の部分デフューザ１０内への入口面、  Ｓ１２デフューザの上半部における内側の部分デフューザ１０からの出口面、  Ｓ１２′  別の変化形のデフューザの上半部における内側の部分デフューザ１０からの出口面、  Ｓ１３  デフューザの下半部における内側の部分デフューザ１０からの出口面、  Ｓ１３′  別の変化形のデフューザの下半部における内側の部分デフューザ１０からの出口面、  Ｓ２１  中間の部分デフューザ１１内への入口面、  Ｓ２２  中間の部分デフューザ１１からの出口面、  Ｓ３１  外側の部分デフューザ１２内への入口面、  Ｓ３２  外側の部分デフューザ１２からの出口面、  δ  案内板の厚さ、  ε１  案内板の始端接線のロータ軸線に対する角度、  ε２  案内板の始端接線のロータ軸線に対する角度、  θ１  部分デフューザの転向角度、  θ２  部分デフューザの転向角度、  θ３  部分デフューザの転向角度、  θＬ  排蒸気案内板の転向角度、  θＮ  内側のデフューザリングの屈曲角度、  θＺ  外側のデフューザリングの屈曲角度
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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