(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気タービンの排気損失を低減させることが可能な蒸気タービンを提供する。【解決手段】蒸気タービンの外部ケーシングはタービンロータ中心軸を通る水平面で上半側外部ケーシング１１０ａと下半側外部ケーシング１１０ｂに分割される構造であり、かつ、上半側外部ケーシング１１０ａの内面の下半側外部ケーシング１１０ｂと接続される開口部寸法は、下半側外部ケーシング１１０ｂの開口部寸法より短い構造を有する。【選択図】図２
2017172383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周表面に複数の動翼が固定されたタービンロータと、前記外周表面の半径方向外側に配
置されて、作動流体である作動蒸気を軸方向に流通させる蒸気流路を形成するノズルと、
前記ノズルを固定するとともに前記タービンロータを回転可能に収容する内部ケーシング
と、前記内部ケーシングを収容する外部ケーシングから構成される蒸気タービンであって
、
前記外部ケーシングはタービンロータ中心軸を通る水平面で上半側外部ケーシングと下半
側外部ケーシングに分割される構造であり、かつ、上半側外部ケーシングの内面の下半側
外部ケーシングと接続される開口部寸法は、下半側外部ケーシングの開口部寸法より短い
ことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記上半側外部ケーシングが前記下半側外部ケーシングに組みあがる前における、前記
上半側外部ケーシングの開口部寸法と、下半側外部ケーシングの開口部寸法との差は、20
mm以上であることを特徴とする外部ケーシングを有する、請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記上半側外部ケーシングの内側フランジ面に面取り加工が施されていることを特徴と
する外部ケーシングを有する、請求項１及び２記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記上半側外部ケーシングの内側フランジ面にＲ加工が施されていることを特徴とする
外部ケーシングを有する、請求項１及び２記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記上半側外部ケーシングの内側フランジ面端部に、弾性変形が可能な材料で構成され
たガイド板を持つことを特徴とする外部ケーシングを有する、請求項１及び２記載の蒸気
タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、特に蒸気タービンの排気損失を抑制することが可能な蒸気ター
ビンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所などで用いられる蒸気タービンの効率を向上させることは、エネルギー資源の
有効利用、ＣＯ２排出量の削減のための重要な課題となっている。蒸気タービンの効率向
上は、与えられたエネルギーを有効に機械仕事に変換することであり、このためには様々
な内部損失の低減が必要である。
【０００３】
蒸気タービン内の内部損失には、翼の形状に起因する損失、二次流れ損失、漏洩損失、湿
り損失などの蒸気タービン翼列内の損失と、蒸気弁・クロスオーバー管などの損失、排気
損失がある。排気損失は、蒸気タービン全損失の１０％〜２０％と非常に大きな割合を占
める。
【０００４】
排気損失は、最終段出口から、復水器入口までの間で発生する損失であり、その内訳はさ
らにリービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンアップ損失に分類される。
【０００５】
このうち、フード損失は、排気室から復水器までの圧力損失であり、排気室の形式・形状
、サイズに大きく依存する。一般に圧力損失は、流速の二乗で大きくなるため、許される
範囲で排気サイズを大きくして流速を低減することが効果的であるが、サイズにはコスト
や建屋などからの制約がある。フード損失も軸流速度、すなわち排気室を通過する体積流
量に依存する。フード損失は排気室設計に依存するが、低圧排気室は蒸気タービン全体で
も非常に大きな容量を占めるため、損失を低減させるためにそのサイズを拡大することは
、全体のサイズやコストに大きな影響を与えるため、限られたサイズで損失の小さい排気
室形状とすることが重要となる。
【０００６】
復水器が蒸気タービンの下側に配置されるプラント配置は最も一般的であるが、この場合
に使用される下方排気型低圧排気室の従来例を図６に示す。図６は２つの低圧段落が一つ
にまとめられたダブルフロー型と呼ばれる低圧排気室の例を示している。この場合、クロ
スオーバー管１０１から流入した蒸気１０２は、図６の左右の低圧段落に分岐して流入し
て仕事をし、それぞれの最終段落の静翼１０３、動翼１０４を通過した後、スチームガイ
ド１０５、およびパッキンヘッド１０６と後方コーン部１０７から成るベアリングコーン
１０８で形成された拡大流路であるディフューザ１０９で流速を減じ、静圧を回復した後
、外部ケーシング１１０で囲まれた空間で下向きに転向し、さらに排気室の下に位置する
復水器（図に示していない）に流出する。
【０００７】
排気室内での損失（静圧損失）を低減するためには、スチームガイド１０５とベアリング
コーン１０８で構成される環状のディフューザ１０９にて流れを減速させ、十分に静圧を
回復させると共に、ディフューザ１０９から出た流れを外部ケーシング１１０の内側壁面
に沿ってスムーズに流し、復水器まで落とし込むことが極めて重要である。
【０００８】
これまでの構造では、ディフューザ１０９形状やケーシング１１０形状が設計通りの形に
なっていることが前提で、性能向上についての方策が述べられてきたが、蒸気タービン低
圧ケーシング１１０のような数メートルの寸法を持つ大型の成形品では、ミリ単位で正確
に部品を製作することは極めて困難である。低圧ケーシング１１０のような数メートルの
寸法をもつ大型の溶接構成品では、組立てた後に20 mm程度の寸法のずれが実際に起こり
うるものと考えられ、特に、上半側外部ケーシング１１０ａと下半側外部ケーシング１１
０ｂの内側接続面１１０ｃ、１１０ｄなどの流れが沿う面にこのずれが生じる場合がある
。
【０００９】
図７は図６をＡ−Ａ線で切った断面図であるが、外部ケーシングの上半１１０ａと下半１
１０ｂとを比べた場合、下半の外部車室１１０ｂは断面矩形であるのに対して、上半１１
０ａの外部車室は半円状であるため、上半の方が下半に比べて元の平板の形に戻ろうとす
る力が大きい。このため、上半側外部ケーシングの内面寸法Ｗ１が下半側Ｗ２より大きく
なることが多い。
【００１０】
このため、図８に示すとおり、下半側外部ケーシング１１０ｂのフランジ面１１０ｅが流
体１０２ａの流れる部分に突き出る形となり、当該面に上半側外部ケーシング内面１１０
ｃに沿って流れてきた流体１０２ｂが衝突し、大きな損失が発生する。更に、衝突した流
れが内側に曲げられて、壁付近に淀んだ流れ１０２ｃの領域が発生し、スムーズに流体が
流れる面積（＝有効面積）を狭くすることによって、更に性能が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−２２６４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、メートル単位の寸法を持つ蒸気タービン外部ケーシング１１０のような大
型の溶接品では、ミリ単位オーダーで正確に部品を製作することは極めて困難であり、正
確に製作しても、下半側外部ケーシングに対して上半側外部ケーシングが20 mm程度ずれ
てしまうことを避けることは極めて困難である。これによって、前述のように下半側外部
ケーシング１１０ｂのフランジ面１１０ｅが内側に突き出した形になる場合がある。この
ような場合、当該部への流体１０２ｂの衝突、及び淀み流れ１０２ｃの発生による有効面
積の狭小化による損失発生、即ち性能低下が発生してしまう。
【００１３】
そこで本発明は、特別な精密製造法を用いることなく、従来の製造法にて製作した場合で
も、前述のような損失が発生することを抑制する外部ケーシング１１０を持つ蒸気タービ
ン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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、外周表面に複数の動翼が固定されたタービンロー
タと、前記外周表面の半径方向外側に配置されて、作動流体である作動蒸気を軸方向に流
通させる蒸気流路を形成するノズルと、前記ノズルを固定するとともに前記タービンロー
タを回転可能に収容する内部ケーシングと、前記内部ケーシングを収容する外部ケーシン
グから構成される蒸気タービンであって、前記外部ケーシングはタービンロータ中心軸を
通る水平面で上半側外部ケーシングと下半側外部ケーシングに分割される構造であり、か
つ、上半側外部ケーシングの内面の下半側外部ケーシングと接続される開口部寸法は、下
半側外部ケーシングの開口部寸法より短くすることにより上記目的を達成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、下半側外部ケーシングの内面と下半側外部ケーシングと接続される部分
は、下半側が内側に突き出した形になることがなく、引っ込んだ形になることから、上半
側外部ケーシング内面に沿って流れてきた流れがスムーズになることにより、損失を抑制
することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す低圧蒸気タービン正面断面図
【図２】本発明の第１の実施形態を示す低圧蒸気タービン正面フランジ部拡大図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す低圧蒸気タービン正面フランジ部拡大図
【図４】本発明の第３の実施形態を示す低圧蒸気タービン正面フランジ部拡大図
【図５】本発明の第４の実施形態を示す低圧蒸気タービン正面フランジ部拡大図
【図６】従来の低圧蒸気タービン側面断面を示した図
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である低圧蒸気タービン正面断面図
【図８】図６の低圧蒸気タービン正面フランジ部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態を以下に図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
本発明に係る蒸気タービンの外部ケーシングの実施形態について図１、図２を参照して説
明する。本実施形態では、上半側外部ケーシング１１０ａの、下半側外部ケーシング１１
０ｂと結合される開口部内面の寸法Ｗ１が、結合される下半側外部ケーシングの開口部内
面の寸法Ｗ２と比較して20 mm以上短くなるように、製作する前の上半、下半それぞれの
外部ケーシング開口部内面の寸法として設定されている。
【００１９】
前述のように外部ケーシング１１０のような大型の溶接品は、正確に製作しても20 mm程
度の寸法のずれが発生する可能性がある。本構成によれば、予め上半側外部ケーシング１
１０ａの、下半側外部ケーシング１１０ｂと結合される開口部内面の寸法Ｗ１が20 mm以
上短くなっているため、製作した後に上半側外部ケーシング１１０ａが変形したとしても
、必ず上半側外部ケーシング１１０ａの開口部内面寸法Ｗ１が、下半側外部ケーシングの
当該部Ｗ２と比較して短くなる。このため、下半側外部ケーシング１１０ｂのフランジ面
１１０ｅが内側に突き出した形になることはない。
【００２０】
下半側外部ケーシング１１０ｂのフランジ面１１０ｅが内側に突き出した形になることが
なく、引っ込んだ形になることから、上半側外部ケーシング１１０ａ内面に沿って流れて
きた流れ１０２ａにはフランジ面１１０ｅに流れが衝突することによっておきる損失が発
生することはない。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明に係る蒸気タービンの外部ケーシング１１０の第２の実施形態について図３を参照
して説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様の寸法関係にて上半側外部ケーシ
ング１１０ａ及び下半側外部ケーシング１１０ｂが製作されている。また、上半側外部ケ
ーシングの内側フランジ面角部には面取り加工１１０ｆが施されている。
【００２２】
実施形態１では、上半側外部ケーシング内側接続面１１０ｃと下半側外部ケーシング内側
接続面１１０ｄの間に段差があるため、いわゆるバックステップ流れの状態になるため、
上半側外部ケーシングフランジ面の後ろに淀み流れ１０２ｃが発生するが、ここでは、当
該フランジ面角部に面取り加工１１０ｆが施されているため、淀み流れ１０２ｃの領域を
、実施形態１の場合より小さくすることができる。
【００２３】
第１の実施形態では、淀み流れ１０２ｃが完全に無くなることは無いので、損失発生を完
全に抑制することはできなかったが、本実施形態では、第１の実施形態に比べて、淀み流
れ１０２ｃの領域を小さくできるため、損失の発生を第１の実施形態の場合よりさらに抑
制することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
本発明に係る蒸気タービンの外部ケーシング１１０の実施形態について図４を参照して説
明する。本実施形態においても、第１、第２の実施形態同様の寸法関係にて上半側外部ケ
ーシング１１０ａ及び下半側外部ケーシング１１０ｂが製作されている。また、上半側外
部ケーシングの内側フランジ面角部には１／４円弧状のＲ加工１１０ｇが施されている。
【００２５】
本実施形態では、第２の実施形態と同様に、上半側外部ケーシングに加工を施しているの
で、淀み流れ１０２ｃの領域を、第１の実施形態の場合より小さくすることができるが、
上半側外部ケーシングの内側フランジ面角部が円弧状のＲ加工であるため、第２の実施形
態より更に淀み流れ１０２ｃの領域を小さくできる。
【００２６】
第１、第２の実施形態の場合より、淀み流れ１０２ｃの領域を小さくできるため、損失の
発生をさらに抑制することができる。
【００２７】
（第４の実施形態）
本発明に係る蒸気タービンの外部ケーシング１１０の実施形態について図５を参照して説
明する。本実施形態においては、上記実施形態同様の寸法関係にて上半側外部ケーシング
１１０ａ及び下半側外部ケーシング１１０ｂが製作されている。上記実施形態と異なる点
は、上半側外部ケーシングの内側フランジ面端部には弾性変形可能な材料で製作されたガ
イド板１１０ｈが取り付けられている。このガイド板は、外部ケーシングの外側方向に湾
曲している形状となっている。なお、上半側外部ケーシング１１０ａと下半側外部ケーシ
ング１１０ｂを組み立てる場合には、このガイド板１１０ｈを内側に湾曲するように治具
等で固定しておき、組立完了後、治具を外して湾曲を外側になるようにすることによって
、組立時の弊害も取り除かれる。
【００２８】
ガイド板１１０ｈによって、上半側外部ケーシング内面１１０ｃを流れてきた流れ１０２
ａは、スムーズに下半側外部ケーシング内面１１０ｄに流れ、淀み流れ１０２ｃの発生を
、実施形態１〜３の場合よりも抑制することができる。
【００２９】
上記実施形態の場合よりも淀み流れ１０２ｃの領域をさらに小さくできるため、損失の発
生をさらに抑制することができる。また、組立性も損なうことはない。
【００３０】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したも
のであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規
な蒸気タービンは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明
した蒸気タービンの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、
変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲
や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００３１】
Ｗ１・・・上半側外部ケーシング内面寸法、Ｗ２・・・下半側外部ケーシング内面寸法
１０１・・クロスオーバー管、１０２・・蒸気、１０２ａ・外部ケーシング内側壁面に沿
う蒸気流、１０２ｂ・フランジ面で衝突する蒸気流、１０２ｃ・淀み流れ、１０３・・最
終段静翼、１０４・・最終段動翼、１０５・・スチームガイド、１０６・・パッキンヘッ
ド、１０７・・後方コーン部、１０８・・ベアリングコーン、１０９・・ディフューザ、
１１０・・外部ケーシング、１１０ａ・上半側外部ケーシング、１１０ｂ・下半側外部ケ
ーシング、１１０ｃ・上半側外部ケーシング内側接続面、１１０ｄ・下半側外部ケーシン
グ内側接続面、１１０ｅ・下半側外部ケーシングフランジ面、１１０ｆ・上半側外部ケー
シングフランジ面取り部、１１０ｇ・上半側外部ケーシングフランジＲ部、
１１０ｈ・上半側外部ケーシングガイド板、１１１・・内部車室、１１２・・構造部材
１１３・・タービンローター軸
【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】
2017172383.tif 000009
【図８】
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