(57)【要約】【課題】最終段動翼を出た後の流れを効率良く排気室出口へと導くと共に、排気室出口へ向かう流れ、流れの干渉などによる圧力損失を低減し、タービン効率を向上させる。【解決手段】最終段動翼出口のタービンロータ側に排気流れを抽気するための抽気室を設けローター全周方向から抽気する構造にし、最終段動翼出口のタービンロータ側と排気室を形成するケーシングとの間に抽気のための孔あるいはスリットを設けたフローガイドを設置た。さらに、抽気室にシール機能を設け、フローガイドをディスク外径よりも小さくなるように設置し、これに接続するケーシング形状もフローガイドに合わせて形成した。【選択図】図１
2007092704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流タービン最終段からの軸流流れの排気を、半径方向流れへと偏向させる軸流タービン排気室において、最終段動翼出口のタービンロータ側に排気流れを抽気する抽気室を設けたことを特徴とする軸流タービン排気室。
【請求項２】
前記排気室を形成するケーシングと前記最終段動翼出口のタービンロータとの間に排気を導くフローガイドを設置し、該フローガイドに前記排気の一部を抽気する孔あるいはスリットを設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン排気室
【請求項３】
前記抽気室とタービンロータの間にシール部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流タービン排気室。
【請求項４】
前記フローガイドを、前記タービンロータのディスク外径よりも小さくなるように設置し、これに接続するケーシング形状をフローガイドの形状に合わせて形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流タービン排気室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流タービン出口部の排気室に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な軸流タービン排気室としては、タービン最終段動翼から排出された排気の軸流流れを、ケーシング等により形成される環状流路を介して半径方向流れへと偏向させて排気室出口および抽気管へと導くように構成されている。すなわち、排気室は最終段動翼から軸方向に流出する排気流れを環状空間にて周方向に偏向後、排気室出口あるいは抽気管へと導く役割を果たすと共に、内部ケーシングの先に設置したスチームガイドにて速度エネルギーを圧力エネルギに変換して圧力回復を促し、タービンの有効仕事を増加させる役割を果たしている。
【０００３】
また、最終段動翼を出た排気流れは、排気室出口へ直接向かう流れと、排気室出口に比べて口径が小さい抽気管側へと向かう流れに大別できる。抽気管側へ向かう流れはケーシングの内壁面に沿ってスチームガイドの裏側へと回り込む際に、一部の流れは抽気管へと流入するが、残りの流れは排気室出口へと向かう。この際、スチームガイドの裏側へと回り込んだ流れはロータ中心の水平部付近を通過する際に、排気室出口へ直接向かう流れとの干渉や、水平フランジでの流路の閉塞による損失の発生がタービン効率低下の原因となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１７８７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術による軸流タービンの排気室構造では、タービン最終段動翼を出た流れは短い距離かつ限られた幅で軸方向流れから周方向流れへと偏向する。このため、抽気管側へ流出した流れは一部のみが抽気管へと向かうが、残りの大半の流れは排気室出口へ向かい、排気室出口側へ直接流出した流れと混在した流れ場が形成される水平フランジ部近傍で、流れの淀みや合流領域の干渉などにより圧力損失が発生しやすい。
【０００６】
本発明の目的は、最終段動翼を出た後の流れを効率良く排気室出口へと導くと共に、排気室出口へ向かう流れの干渉などによる圧力損失を低減し、タービン効率を向上させることができる軸流タービンの排気室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、軸流タービン最終段からの軸流流れの排気を、半径方向流れへと偏向させる軸流タービン排気室において、最終段動翼出口のタービンロータ側に排気流れを抽気する抽気室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、最終段動翼を出た後の流れを効率良く排気室出口へと導くと共に、排気室出口へ向かう流れの干渉などによる圧力損失を低減し、タービン効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図５に一般的な軸流タービン排気室の全体構造を主要な部材を含む子午面断面にて示し、図６にタービン最終段と排気室入口部に絞った子午面断面を模式的に示す。
【００１０】
ダイヤフラム内輪３およびダイヤフラム外輪４にて固定された静翼５およびタービンロータ１のディスク２に設置されて回転する動翼６を通過した排気流れ２０は、最終段動翼６根元部のパッキンヘッド９およびケーシング８と、最終段動翼６の先端側の内部ケーシング７により形成された環状流路を通過した後、軸流流れを、半径方向流れへと偏向させて排気室出口２１および抽気管２２へと導かれる。すなわち、排気室１２は最終段動翼６から軸方向へ流出する排気流れ２０をパッキンヘッド９、ケーシング８および内部ケーシング７で形成された環状空間にて周方向に偏向後、排気室出口２１あるいは抽気管２２へと導く役割を果たすと共に、内部ケーシング７の先に設置したスチームガイド１０にて速度エネルギーを圧力エネルギに変換して圧力回復を促し、タービンの有効仕事を増加させる役割を果たしている。
【００１１】
このような構成の軸流タービン排気室において、効率良く圧力を回復させるためには適正な面積の拡大に伴うロータ軸方向長さの確保や幅方向の拡幅が必要となるが、実際にはタービン設備全体の寸法はコンパクト化の傾向にあり、最終段動翼６を出た排気流れ２０は短い距離かつ限られた幅で軸方向の流れを周方向へと転向させる。
【００１２】
また、最終段動翼６を出た排気流れ２０は排気室出口２１へ直接向かう流れ２０Ａと、排気室出口に比べて口径が小さい抽気管２２側へと向かう流れ２０Ｂに大別できる。抽気管２２側へ向かう流れ２０Ｂはケーシング８の内壁面に沿ってスチームガイド２０の裏側へと回り込む際に、一部の流れは抽気管２２へと流入するが、残りの流れは排気室出口
２１へと向かう。この際、スチームガイド２０の裏側へと回り込んだ流れはロータ中心の水平部付近を通過する際に、排気室出口２１へ直接向かう流れ２０Ａとの干渉や、水平フランジでの流路の閉塞による損失の発生がタービン効率低下の原因となっている。
【００１３】
以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１４】
図１に軸流タービン排気室の子午面形状をタービン最終段と排気室入口部に絞って模式的に示す。ダイアフラム内輪３およびダイアフラム外輪４にて支持された静翼５と、タービンロータ１のディスク２に設置されて回転する動翼６にて形成される環状流路を通過した排気流れ２０は動翼６根元部のパッキンヘッド９およびケーシング８と、動翼６の先端側の内部ケーシング７により形成された空間である排気室１２へ流入する。この際、動翼６を出た排気流れ２０は、内部ケーシング７の端部に設置したスチームガイド１０およびケーシング８により軸方向流れから半径方向流れへと偏向し、図示しない排気室出口へと導かれる。
【００１５】
このような構成の軸流タービン排気室において、動翼６出口の根元側にあるパッキンヘッド９とケーシング８の空間を広げ、ケーシング８のタービンロータ１側に抽気ケース
１３を設置して抽気室１４を形成し、抽気ケース１３はパッキンケース１６でケーシング８に固定したものである。なお、抽気は抽気ケース１３とパッキンケース１６を貫通する抽気口１５から抽気するようにしている。すなわち、従来は図５に示すように排気室１２の外周側に接続された抽気管２２から抽気していた構造をタービンロータ１側の周方向全域から抽気する構成にしたものである。本構造により動翼６の根元側を出た流れを全周で抽気するため、翼長方向の流速分布を均等化する作用が働く。そのため、動翼６先端側での高速流れが低減され、スチームガイド１０での剥離を防止でき、効率良く圧力を回復できる。
【００１６】
本実施例によれば、最終段動翼を出て排気室へ流入した流れをタービンロータ側の全周から抽気する構成にしているため、翼長方向の流速分布を均等化する作用が働く。そのため、動翼先端側での高速流れが低減され、スチームガイドでの剥離を防止でき、効率良く圧力を回復できる。また、抽気ケースにシールおよびパッキンケースの機能を備えているため、パッキンヘッドが不要となりコストの削減が可能となる。また、タービンロータの小径部に適用できることからシール性能の向上あるいはシール構造の簡略化・簡素化が可能となる。さらに、フローガイドをディスクの外径よりも小さくなるように設置しているので、排気室容量が拡大し、圧力損失を低減できる。以上により、軸流タービン排気室内での損失低減に伴うタービン効率の大幅な向上とコストの低減が可能となる。
【００１７】
次に本発明の第２の実施例を図２にて説明する。パッキンヘッド９とケーシング８の空間にフローガイド１７を設置し、フローガイド１７を貫通する抽気孔１８を設けたものである。なお、抽気孔１８は円形や矩形に係わらず、その配置も千鳥あるいは整列されていない不規則な配置でも良い。さらに、抽気孔１８は周方向あるいは軸方向あるいはらせん状のスリットでも良い。本構造により動翼６からの排気流れ２０を滑らかに排気室出口へと排出すると共にタービンロータ１側の周方向全域からの抽気を可能にしたものである。
【００１８】
次に本発明の第３の実施例を図３にて説明する。ケーシング８のタービンロータ１側に設置した抽気ケース１３にシール１１を設置したものである。なお本構造は抽気ケース
１３にシール１１を具備しているためパッキンケースの機能も抽気ケース１３に備えている。さらに、ディスク２とケーシング８の空間にフローガイド１７を設置し、フローガイド１７を貫通する抽気孔１８を設けたものである。抽気孔１８の形状に関しては本発明の第２の実施例にて説明したものと同様である。本構造によれば抽気ケース１３にシール
１１を具備しているため、第１および第２の実施例で説明したパッキンヘッド９が不要となり、コストの削減が可能となる。また、抽気ケース１３に設置したシール１１はタービンロータ１の径が小さい位置に配置できるため、タービンロータ１とシール１１間の面積を小さくできる。そのため、シール性能の向上あるいはシール構造の簡略化・簡素化が可能となり、コストの削減と性能の向上に寄与できる。
【００１９】
次に本発明の第４の実施例を図４にて説明する。ケーシング８のタービンロータ１側に設置した抽気ケース１３にシール１１を設置し、ディスク２とケーシング８の空間にフローガイド１７を設置し、フローガイド１７を貫通する抽気孔１８を設けた構成において、フローガイド１７をディスク２の外径よりも小さくなるように設置し、これに接続するケーシング８の形状もフローガイド１７に合わせて滑らかに形成したものである。本構造によれば破線で示す従来形状に比べ、タービンロータ１側の空間を排気室１２として使うことができるため、排気室容量が拡大し、圧力損失を低減できる。また、動翼６の根元側の排気流れ２０が剥離してもフローガイド１７に設けた抽気孔１８より抽気室１４へ向かう流れ１９が発生するため、動翼６を出た排気流れ２０は緩やかに拡大して軸流流れから半径方向流れへと偏向するので圧力回復を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施例の排気室および抽気構造を示す部分断面図。
【図２】本実施例の排気室および抽気構造に係わる第２の実施形態を示す部分断面図。
【図３】本実施例の排気室および抽気構造に係わる第３の実施形態を示す部分断面図。
【図４】本実施例の排気室および抽気構造に係わる第４の実施形態を示す部分断面図。
【図５】一般的な排気室構造を示す断面図。
【図６】一般的な排気室入口部を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１…タービンロータ、２…ディスク、３…ダイアフラム内輪、４…ダイアフラム外輪、５…静翼、６…動翼、７…内部ケーシング、８…ケーシング、９…パッキンヘッド、１０…スチームガイド、１１…シール、１２…排気室、１３…排気ケース、１４…抽気室、
１５…抽気口、１６…パッキンケース、１７…フローガイド、１８…抽気孔、１９…抽気流れ、２０…排気流れ、２１…排気室出口、２２…抽気管。
【図１】
2007092704.tif 000003
【図２】
2007092704.tif 000004
【図３】
2007092704.tif 000005
【図４】
2007092704.tif 000006
【図５】
2007092704.tif 000007
【図６】
2007092704.tif 000008