(57)【要約】【課題】既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く向上させることができるタービン排気装置及びその改造方法を提供する。【解決手段】タービンロータ１を内包する内部ケーシング３と、タービンロータ１の最終段動翼出口環帯４の外周部に連続して設けられたフローガイド５と、最終段動翼出口環帯４の内周部に連続して設けられたベアリングコーン６と、ベアリングコーン６と内部ケーシング３とともに、復水器に接続する排気室７を形成する外部ケーシング８と、フローガイド５及びベアリングコーン６によって形成される環状のディフューザ流路９と、このディフューザ流路９の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、ディフューザ流路９に臨むようにベアリングコーン６に設けられた流路調整部材とを備える。【選択図】図１
2007303324.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復水器に導くタービン排気装置において、
前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、
前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、
前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、
このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、
前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、
このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記ベアリングコーンに設けられた流路調整部材とを備えることを特徴とするタービン排気装置。
【請求項２】
タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置において、
前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、
前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、
前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、
このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、
前記フローガイド、前記ベアリングコーン、及び前記排気室外部ケーシングの内壁面のうち前記最終段動翼出口環帯と対向する内部側面によって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、
このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記内部側面に設けられた流路調整部材とを備えることを特徴とするタービン排気装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のタービン排気装置において、
前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられていることを特徴とするタービン排気装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のタービン排気装置において、
前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の排気流通方向における流路断面積の変化を測定した結果に基づいて、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられていることを特徴とするタービン排気装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載のタービン排気装置において、
前記流路調整部材は前記タービンロータの回転軸心を中心に放射状に前記ベアリングコーンに取り付けられていることを特徴とするタービン排気装置。
【請求項６】
請求項１乃至４いずれか記載のタービン排気装置において、
前記流路調整部材は前記ベアリングコーンに左右対称に取り付けられていることを特徴とするタービン排気装置。
【請求項７】
タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置の改造方法において、
前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路とを備える既設のタービン排気装置の前記ベアリングコーンに、
板状の部材である流路調整部材を前記ディフューザ流路に臨むように追設して前記ディフューザ流路内の有効流断面積を縮小することを特徴とするタービン排気装置の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置及びその改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
復水器を有する蒸気タービン設備は、タービン内部で仕事をした蒸気を排気装置へ排出して、その排気装置内で圧力回復させた後に復水器へ供給している。排気装置による圧力回復幅が大きいと、タービン出口圧力が低くなってタービンの仕事量が増加し、タービンの駆動によって得られるエネルギーは増加する。このように排気装置による蒸気の圧力回復性能はタービンプラント性能に大きく影響を与える。
【０００３】
上記のような排気装置には、タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部と連続して設けられたフローガイドと、最終段動翼出口環帯の内周部と連続して設けられたベアリングコーン等から形成された環状流路であって、下流側に向かって断面積が徐々に拡大するディフューザ流路を有するものがある。この種の排気装置には、ディフューザ流路を形成する部材自体の形状（例えば、フローガイドの形状や、ベアリングコーンの形状）を工夫することによってディフューザ流路形状を適正化したものがあり（特許文献１等参照）、排気がディフューザ流路を通過する際に生じる圧力損失を低減させて排気装置の圧力回復性能の向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３３１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような技術を既設の排気装置に適用する場合、フローガイド若しくはベアリングコーン、又はその両方を交換してディフューザ流路形状を適正化することが考えられる。しかし、その場合の交換作業は、使用材料の量、加工性、施工性等の点からみると、どうしても大掛かりとなってコストがかさんでしまう。また、排気装置全体を交換する場合には、部材のみを交換する場合と比較して、より一層大掛かりな作業になることは言うまでもない。
【０００６】
本発明の目的は既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く向上させることができるタービン排気装置及びその改造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置において、前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記ベアリングコーンに設けられた流路調整部材とを備えるものとする。
【０００８】
（２）本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置において、前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド、前記ベアリングコーン、及び前記排気室外部ケーシングの内壁面のうち前記最終段動翼出口環帯と対向する内部側面によって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記内部側面に設けられた流路調整部材とを備えるものとする。
【０００９】
（３）上記（１）又は（２）は、好ましくは、前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられているものとする。
【００１０】
（４）上記（１）又は（２）は、好ましくは、前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の排気流通方向における流路断面積の変化を測定した結果に基づいて、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられているものとする。
【００１１】
（５）上記（１）から（４）いずれかは、好ましくは、前記流路調整部材は前記タービンロータの回転軸心を中心に放射状に前記ベアリングコーンに取り付けられているものとする。
【００１２】
（６）上記（１）から（５）いずれかは、好ましくは、前記流路調整部材は前記ベアリングコーンに左右対称に取り付けられていることを特徴とするタービン排気装置。
【００１３】
（７）本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置の改造方法において、前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路とを備える既設のタービン排気装置の前記ベアリングコーンに、板状の部材である流路調整部材を前記ディフューザ流路に臨むように追設して前記ディフューザ流路の有効流断面積を縮小するものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、既設のタービン排気装置の全体又はこれを構成する部材を交換することなくディフューザ流路形状を適正化できるので、既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く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】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明のタービン排気装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態のタービン排気装置の基本構造を模式的に表す側断面図であり、図２は図１中のII−II断面における断面図であり、図３は本発明の実施の形態のタービン排気装置におけるタービン最終段落付近を拡大して詳細に示す側断面図であり、図４は図１中の矢印IV方向から見た矢視斜視断面図である。
【００１７】
図示したタービン排気装置は、タービンロータ１を駆動させた後の排気を下方に設けた復水器（図示せず）に排気室出口２を介して導くものである。このタービン排気装置は、タービンロータ１を内包する排気室内部ケーシング（内部ケーシング）３と、タービンロータ１の最終段動翼出口環帯（出口環帯）４（後述）の外周部に連続して設けられたフローガイド５と、出口環帯４の内周部に連続して設けられ、タービンロータ１の軸受（図示せず）を覆うベアリングコーン６と、ベアリングコーン６と排気室内部ケーシング３とともに、復水器に接続する排気室７を形成する排気室外部ケーシング（外部ケーシング）８と、フローガイド５及びベアリングコーン６によって形成される環状流路であって、タービンロータ１を駆動して出口環帯４を通過した排気を排気室７に吹き出させるディフューザ流路９と、ディフューザ流路９の有効流断面積（後述）を縮小するための板状の部材であり、ディフューザ流路９内に臨むようにベアリングコーン６に設けられた流路調整部材４０とを備えている。
【００１８】
タービンロータ１は、タービンロータ１の周方向に複数配された動翼（図１及び図３では簡略して最終段動翼１０のみを示す。）を有している。動翼はここを通過する蒸気によって駆動され、タービンロータ１に軸回転力を与える。
【００１９】
内部ケーシング３は内周側に環状に設けられたダイヤフラム１１（図３参照）を有し、タービンロータ１を内包している。図３において、ダイヤフラム１１は、タービンロータ１からその径方向外側に適当な間隔を介して設けられた内輪１３と、この内輪１３からタービンロータ１径方向外側に適当な間隔を介して設けられた外輪１４とを有している。内輪１３と外輪１４との間の空間は、蒸気が流通する蒸気流通路１５となっており、この蒸気流通路１５にはタービンロータ１に配された動翼に対向するように静翼（図３では簡略して最終段静翼１６のみを示す）が設けられている。動翼とこれに対応して設けられた静翼とは対となって１つのタービン段落を構成し（最終段動翼１０と最終段静翼１６は最終段落を構成している）、このようなタービン段落がタービンロータ１の軸方向に沿って所定の間隔で複数連なっている。また、最終段動翼出口環帯４は最終段動翼１０の先端径と根元径で形成される環状の開口部であり、蒸気流通路１５を通過しながらタービンロータ１を駆動させた後の排気（蒸気）はここを介してディフューザ流路９に流入する。
【００２０】
ベアリングコーン６は、軸方向における一方端部が出口環帯４の内周部に連続して設けられ、他方端部が外部ケーシング８の内壁面のうち出口環帯４と対向する内部側面１７まで延びており、軸方向の断面形状が内部側面１７に向かうにつれて徐々に大きくなるような錘状部材である。また、ベアリングコーン６の内部にはタービンロータ１の軸を支持する軸受（図示せず）が設けられている。
【００２１】
フローガイド５は、軸方向における一方端部が出口環帯４の外周部に連続して設けられ、他方端部が排気室７中に臨むように設けられており、ベアリングコーン６の出口環帯４の一部を外周から取り囲むように配されている。
【００２２】
ディフューザ流路９は、ベアリングコーン６とフローガイド５とによって形成される環状流路であり、排気流通方向の下流側に向かって徐々に流路断面積が拡大する形状を成している。このディフューザ流路９は、タービンロータ１を駆動して最終段動翼１０の出口環帯４を通過した排気を復水器に向かって吹き出させている。出口環帯４から排出された蒸気（排気）は、前記のように徐々に拡大するディフューザ流路９を通過しながら減速する一方で、その減速分のエネルギーを圧力に変換することにより圧力回復される。ディフューザ流路９における圧力回復幅を向上させると、タービン出口圧力が低くなってタービンの仕事量が増加するので、タービンの駆動によって得られるエネルギーが増加する。タービンプラント性能を向上させるために排気装置（排気室）の圧力回復性能を改良する方法が様々研究されているが、その中でもディフューザ流路９を適正化することが特に効果的であることが知られている。
【００２３】
ここで流路調整部材４０について詳しく説明する。
【００２４】
図４において、流路調整部材４０は、ディフューザ流路９の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、ベアリングコーン６に取り付けられている方の端面（取り付け端面）が取り付け箇所におけるベアリングコーン６の曲面に沿うように成形されており、取り付け端面の反対側に位置し流路９内に臨む端面が有効流断面積を縮小するために必要な分だけディフューザ流路９の流路中心方向に突き出すように成形されている。この調整部材４０は、あくまで板状であるので幾何学形状としての流路断面積を積極的に縮小するものではないが、排気が通過する際の障害物としては効果的に作用するので流路内に形成される排気流（蒸気流）の断面積（有効流路断面積）を縮小することができる。この調整部材４０は、ディフューザ流路９の排気流通方向における流路断面積変化の測定結果（後述）に基づいて成形・配置され、ディフューザ流路９の有効流断面積が出口環帯４からの距離に比例して徐々に拡大するようにベアリングコーン６に設けられており、例えば溶接等によってベアリングコーン６の周方向に適宜の枚数が取り付けられている。なお、図４においては、簡略して調整部材４０を３枚（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）のみ示す。
【００２５】
調整部材４０は、１枚のみ取り付けても有効流断面積を縮小する効果を発揮するが、通常は、図４における調整部材４０ａ〜４０ｃのように、ベアリングコーン６の周方向に所定の間隔で複数枚の調整部材４０を並列して取り付ける。このように適当な間隔で並列して取り付けると、ベアリングコーンを交換する場合と比較して容易に有効流断面積を縮小することができる。これは、排気流が流体として有する粘性の作用を利用するものであり、部材４０の取り付け間隔を適当に調整するとその間隙に排気流が流れ込みにくくなり、ベアリングコーンを交換して流路断面積を縮小させた場合と同様の効果を数枚の調整部材４０だけで容易に得ることができる。このように、本実施の形態では、既設のベアリングコーン６に調整部材４０を追設するだけでベアリングコーン６を交換することなく有効流断面積を縮小することができるので、既設の排気装置の圧力回復性能を向上させる改造が容易にできる。
【００２６】
調整部材４０は、好ましくは、調整部材４０ａ〜４０ｃのように、板面がタービンロータ１径方向に倣うように、タービンロータ１の回転軸心に対して放射状にベアリングコーン６に取り付けると良い。これは排気（蒸気）が出口環帯４からタービンロータ１の回転軸心に対して放射状に排出されることを考慮したものであり、このように配列するとディフューザ流路９内で排気の速度成分が変更されて、圧力損失が発生したりすることを抑制することができる。
【００２７】
また、調整部材４０は、好ましくは、調整部材４０ｂ，４０ｃのように、ベアリングコーン６に対して配置と形状が左右対称となるように取り付けるとよい。これは、一般的に、ディフューザ流路９がタービンロータ１の回転軸心を通過する鉛直な直線を対称軸として線対称（左右対称）に形成されているからであり、このように構成すると流路７内で乱流が発生することを抑制できる。図４においては、調整部材４０ｂと調整部材４０ｃがベアリングコーン６にそれぞれ左右対称かつ放射状に取り付けられている。
【００２８】
なお、排気流の流れの解析結果等からディフューザ流路９内において左右非対称な流れが発生していることが判明した場合には、上記のような放射状配置や対称配置をすることなく、乱流を解消するように調整部材４０を適宜配置すれば、乱流を解消しながら有効流断面積を調整することもできる。
【００２９】
次に、図５から図９を用いて、ディフューザ流路９の排気流通方向における流路断面積変化の計測方法、及び流路調整部材４０の取り付け箇所の特定方法について説明する。
【００３０】
ここでは流路断面積の計測方法の理解を容易にするために、ディフューザ流路９の流路形状はタービンロータ１の回転軸心を中心としてロータ１の周方向に対称であり、その流路内の排気流も同じであると仮定し、このような仮定によって簡略化したディフューザ流路９Ａにおいて排気流の主流（後述）に直交する流路断面を定義し、その断面積の変化を計測するものとする。
【００３１】
図５は本発明の実施の形態におけるディフューザ流路９下半側をタービンロータ１の回転軸心を通る鉛直面で切断した断面図であり、図６は図５に示した断面図に流路断面積の計測位置の一例を付した図であり、図７は本発明の実施の形態における簡略化したディフューザ流路９Ａの内部空間を立体的に表したものを示す図であり、図８は本発明の実施の形態における簡略化したディフューザ流路９Ａの流路断面積の変化を表す図であり、図９は本発明の実施の形態における流路調整部材追設後の簡略化したディフューザ流路９Ａの有効流断面積の変化を表す図である。
【００３２】
図５において、円Ｒｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）は、フローガイド５の切断面５Ｓ及びベアリングコーン６の切断面６Ｓの両方に内接する円であり、切断面５Ｓとは接点Ｆｋにおいて、切断面６Ｓとは接点Ｂｋにおいて接している。主流点Ｐｋは接点Ｂｋと接点Ｆｋとを結んだ直線Ｌｋの中点である。このように定める主流点Ｐｋを、図６に示すように、ディフューザ流路９の開始部である出口環帯４（Ｐ１）からディフューザ流路９の終了部（Ｐｎ）に至るまで適当な間隔で設定する。ここで主流とはディフューザ流路９内においてフローガイド５及びベアリングコーン６から等距離のところを流れる排気流のことを指し、上記主流点Ｐｋは主流上に位置する点である。
【００３３】
このように主流点Ｐを設定すると、ディフューザ流路９Ａの開始部からｋ番目に位置する主流点Ｐｋにおける流路断面積（Ｓｋとする）は、直線Ｌｋをタービンロータ１の回転軸心回りに回転させて得ることができる回転体の面積となる。図７（ｃ）に示した立体は、主流点Ｐ１〜Ｐｎの間隔を極限まで小さくして各点における回転体を求め、その各回転体を滑らかに繋げたものであり、図７（ａ）はその側面図、図７（ｂ）はその断面図である。即ち、この立体は簡略化したディフューザ流路９Ａの内部空間を示している。
【００３４】
各主流点Ｐｋにおける流路断面積Ｓｋを上記のように算出し、ディフューザ流路９の排気流通方向における流路断面積Ｓの変化をまとめたものが図８である。図８において、横軸は出口環帯４（開始点Ｐ１）からの距離を示し、縦軸は各主流点における流路断面積Ｓを示す。図８中の流路断面積Ｓは、ディフューザ流路９Ａの開始部（Ｐ１）から終了部（Ｐｎ）に向かって概ね比例して拡大している（比例部３０）が、一部、流路断面積が急拡大してグラフの形状が上に凸になっている部分（凸部）３１が見られる。
【００３５】
本発明の発明者らは、ディフューザ流路の有効流断面積が出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するようにディフューザ流路を形成すれば、排気がディフューザ流路を通過する際に生じる圧力損失を低減できることを知見した。この知見に基づくと、前記の比例関係が成立していない図８中の凸部３１は、流路断面積が急拡大して有効流断面積も急拡大するため排気流に圧力損失が生じている箇所であり、流路調整部材４０を設けて有効流断面積を縮小すべき箇所（断面積調整箇所）であると特定できる。
【００３６】
このように特定した断面積調整箇所に流路調整部材４０をベアリングコーン６の周方向に放射状かつ左右対称に複数取り付ける。取り付ける各流路調整部材４０の形状は、前述した方法によって計測した流路断面積の変化を目安にして決定する。計測結果が図８のようになった本実施の形態の場合には、凸部３１の形状に合わせて、排気流の上流側では先太るような形状に、排気流の下流側では先細るような形状に流路調整部材４０を成形すると良い。図９に流路調整部材４０追設後のディフューザ流路９Ａの有効流断面積の変化を表す。図９において、流路調整部材４０を追設したことにより図８中で凸部３１となっていた部分が無くなり、有効流断面積が出口環帯４からの距離に比例して徐々に拡大するような流路が形成されている。また、流路調整部材４０の形状、取り付け位置、及び取り付け枚数を更に最適化する際には、ディフューザ流路９内における排気流の数値解析を行い、その解析結果に基づき微調整を加えることにより最終的な形状等を決定すると良い。
【００３７】
なお、以上においては、簡略化した流路断面積の計測方法を用いて説明してきたが、流路断面積をより正確に計測しても勿論良い。この場合には、例えば、図５のようなディフューザ流路９の一部分の断面を利用して、主流点Ｐｋにおける接点Ｂｋと接点Ｆｋの距離（即ち、直線Ｌｋの長さ）を算出し、これをディフューザ流路９のタービンロータ１の周方向における全ての断面について個別に算出し、その結果を合計すれば、Ｐｋにおける流路断面積をより正確に算出できる。このようにディフューザ流路９の全周に渡って正確な流路断面積を求めてディフューザ流路９の流路断面積の変化を明確にすれば、その断面積変化に基づいて正確な調整部材の形状、配置位置、配置枚数等を特定することができる。これにより一層ディフューザ流路９における圧力低減を低減することができ、排気装置の圧力回復性能を向上することができる。
【００３８】
次に本実施の形態の効果について説明する。
【００３９】
配置等を考慮しても流路を比較的長く設定できるような一般的なディフューザ流路の最適化の研究は実験を主体に従来から行われており、圧力回復を効果的に行わせるための条件について詳しく検討されている。一方、本実施の形態で対象としているようなタービン排気装置内のディフューザ流路の場合、建屋の制限や他の装置との配置等の関係上、タービンロータ軸方向に排出される蒸気の進行方向を非常に短い距離で復水器の設置された下方側に転向させながら圧力回復させる必要がある。そのため上記の一般的なディフューザ流路の最適化条件を直接適用することができず、フローガイドの形状やベアリングコーンの形状を工夫することにより性能向上が行われてきた。
【００４０】
ところで、過去から用いられている既設のタービンプラントの排気装置におけるディフューザ流路部は、主に実験を主体に改良が施されてきたものが多く、数値解析等が発達した現在の視点から再検討すると改善の余地が残されていることが少なくない。
【００４１】
このような既設の排気装置のディフューザ流路部の根本的な改善策として上記のように形状を工夫したベアリングコーン等の部材を利用する場合には、フローガイド若しくはベアリングコーン、又はその両方を交換してディフューザ流路形状を適正化することが考えられる。しかし、その場合の交換作業は、使用材料の量、加工性、施工性等の点からみると、どうしても大掛かりとなってコストがかさんでしまう。また、排気装置全体を交換する場合には、部材のみを交換する場合と比較して、より一層大掛かりな作業になることは言うまでもない。
【００４２】
これに対して、本実施の形態のタービン排気装置は、ディフューザ流路９の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、ベアリングコーン６に設けられた流路調整部材４０を備えている。このように流路調整部材４０をディフューザ流路９に設けると有効流断面積を縮小することによって既設のタービン排気装置の全体又はこれを構成する部材を交換することなくディフューザ流路形状を適正化して圧力損失を低減できるので、既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く向上させることができる。
【００４３】
また、流路調整部材４０の取り付け作業の施工性を更に向上させるためには、ベアリングコーン６と外部ケーシング８を直接結合することを避け（例えば、ベアリングコーン６が内部側面１７に近接する部分において、両部材６，８を溶接等で接合することを避ける。）、両部材６，８が互いに独立した部材となるように構成すると良い。このように構成すると、取り付け作業の際にベアリングコーン６に加えられる外力（例えば、荷重や熱ひずみ）が外部ケーシング８に容易に伝わることが避けられ、事後的にその外力が外部ケーシング８に残留しないように処置する作業（例えば、外部ケーシング８全体を熱して徐々に冷やして熱ひずみを取る。）が不要若しくは軽減するので、取り付け作業の施工性を向上することができる。また、排気室７を構成する外部ケーシング８内は圧力が低くなるため熱ひずみ等の残留応力が生じると損傷する可能性が高くなるが、上記のように構成すれば、そのような損傷の可能性も低減することができるので、改造後も排気装置の信頼性を維持することができる。この点について、上記した部材交換によってディフューザ流路形状を適正化する技術が、交換作業の際にフローガイドやベアリングコーン等を支持するガイド鋼材を内部ケーシングや外部ケーシングから切り離す作業によって外部ケーシング等に熱ひずみを残留させる場合があることを鑑みても、本実施の形態が優れた効果を発揮することが指摘できる。
【００４４】
また、本実施の形態の流路調整部材４０は、形状に充分注力して製作する交換用部材を利用する場合と比較して、加工が容易な板状の部材を利用しているので製作が容易であり、また、ベアリングコーン６の周方向に所定間隔を介して複数配せば有効流断面積を縮小する効果を奏するので使用材料量も低減することができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態の流路調整部材４０は、ディフューザ流路９の排気流通方向における流路断面積の変化を測定した結果に基づいて、ディフューザ流路９の有効流断面積が出口環帯４からの距離に比例して徐々に拡大するようにベアリングコーン６に設けられている。このように流路断面積変化の測定結果を基に、出口環帯４からの距離と流路断面積との関係が比例関係から外れて急拡大している箇所を調整部材４０の取り付け箇所であると特定し、さらに、両者の関係が他の箇所と同様な比例関係になるように、部材４０の形状や個数を決定することによって、より的確かつ効果的に排気装置の性能を向上させることができる。
【００４６】
以上においては、ディフューザ流路９がベアリングコーン６とフローガイド５によって構成されるものに限って説明してきたが、外部ケーシング８の一部である上記内部側面１７がディフューザ流路９の一部を構成し、その周辺で流路断面積が上記のように急拡大しているような場合もある。このような場合には、ベアリングコーン６に取り付ける場合と同様に内部側面１７に流路調整部材４０を取り付ければ、上記同様、有効流断面積を適正化することができる。なお、内部側面１７に直接流路調整部材４０を溶接等で取り付ける際には、外部ケーシングに熱ひずみが残留しないように処置（例えば、外部ケーシング８全体を熱して徐々に冷やしてひずみを取る。）をすることが必要となる。このような処置を避けてさらに施工性を向上させるには、例えば、外部ケーシング８に調整部材４０を直接取り付けることを避けて、内部側面１７の排気室７側（内側）に調整部材４０を取り付けるための板部材（取り付け部材）を外部ケーシング８とは独立している部材に接合（例えば溶接）し、この取り付け部材を介して調整部材４０を適宜取り付けても良い。なお、このように外部ケーシング８に調整部材４０を取り付ける場合（又は、上記取り付け部材を介して取り付ける場合）としては、ベアリングコーン６に相当する部材（錘状の形状を有するタービンロータ１の軸受カバー部材）が備えられていない排気装置も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態のタービン排気装置の基本構造を模式的に表す側断面図である。
【図２】図１中のII−II断面における断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のタービン排気装置におけるタービン最終段落付近を拡大して詳細に示す側断面図である。
【図４】図１中の矢印IV方向から見た矢視斜視断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のタービン排気装置におけるディフューザ流路下半側をタービンロータの回転軸心を通る鉛直面で切断した断面図である。
【図６】図５に示した断面図に流路断面積の計測位置の一例を付した図である。
【図７】本発明の実施の形態のタービン排気装置における簡略化したディフューザ流路の内部空間を立体的に示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態のタービン排気装置における簡略化したディフューザ流路の流路断面積の変化を表す図である。
【図９】本発明の実施の形態のタービン排気装置における流路調整部材追設後の簡略化したディフューザ流路の有効流断面積の変化を表す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      タービンロータ
３      排気室内部ケーシング
４      最終段動翼出口環帯
５      フローガイド
６      ベアリングコーン
７      排気室
８      排気室外部ケーシング
９      ディフューザ流路
１０    最終段動翼
１１    ダイヤフラム
１５    蒸気流通路
１６    最終段静翼
１７    内部側面
３０    比例部
３１    凸部
４０    流路調整部材
Ｐ      主流点
Ｓ      流路断面積
【図１】
2007303324.tif 000003
【図２】
2007303324.tif 000004
【図３】
2007303324.tif 000005
【図４】
2007303324.tif 000006
【図５】
2007303324.tif 000007
【図６】
2007303324.tif 000008
【図７】
2007303324.tif 000009
【図８】
2007303324.tif 000010
【図９】
2007303324.tif 000011