JP4342840B2 - 蒸気タービン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンに係り、特に、膨張仕事を終えたタービン排気を下方（底部）から復水器に排出させる下方（底部）排出型のタービン排気室を備えた蒸気タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の火力発電所等に適用される蒸気タービンでは、性能向上の強化が見直されており、その一つにタービン排気室がある。
【０００３】
このタービン排気室は、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器に供給するものであり、この構成として図１２に示すものがある。
【０００４】
図１２は、火力発電所等で最も多く使用されている２つのタービン段落が１つのタービンケーシングにまとめられたダブルフロー型（対向流型）と称する低圧タービンの例を示している。
【０００５】
この低圧タービンは、横断中心線Ｈを境にタービンケーシング１を二分割構造にする外部ケーシング上半部１ａ１および内部ケーシング上半部１ｂ１と、外部ケーシング下半部１ａ２および内部ケーシング下半部１ｂ２とを備える、いわゆる二重タービンケーシング構造になっている。
【０００６】
二重タービンケーシング構造の低圧タービンは、縦断中心線Ｖの頭部側に位置する蒸気入口部２に接続するクロスオーバ管３を備えるとともに、蒸気入口部２に交差し、横断面中心線Ｈに沿って延びるタービンロータ４を収容し、このタービンロータ４と内部ケーシング上半部１ｂ１および内部ケーシング下半部１ｂ２との間に蒸気が左右に分流して流れるダブルフロー型式の蒸気通路５ａ，５ｂを形成している。
【０００７】
ダブルフロー型式の蒸気通路５ａ，５ｂには、タービンロータ４の周方向に沿って環状列に配置するタービンノズル６ａとタービン動翼７ａとを組み合わせたタービン段落８ａがタービンロータ４の軸長方向に向って複数段落に亘って設けられている。
【０００８】
なお、複数に亘って設けられたタービン段落８ａのうち、タービンノズル６ａ１とタービン動翼７ａ１とを組み合わせた最初の段落をタービン初段落８ａ１と称し、タービンノズル６ａ２とタービン動翼７ａ２とを組み合わせた最終の段落をタービン最終段落８ａ２と称す。
【０００９】
タービン最終段落８ａ２の出口側には、その頂部に設けたチップフローガイド９と、その根元部に設けたルートフローガイド１０とで構成され、膨張仕事を終えたタービン排気１１の案内通路として使用する曲面拡開状のディフューザ１２と、タービンロータ４を軸支する軸受１３を覆設するベアリングコーン１４とが設けられている。ディフューザ１２とベアリングコーン１４とは、タービン最終段落８ａ２からのタービン排気１１を１箇所に集め反転させ復水器（図示せず）に案内するタービン排気室１５に連通している。
【００１０】
タービン排気１１の案内通路として使用されるディフューザ１２は、図１３に示すように、タービン排気１１を減速して静圧を回復させるものであり、静圧を回復させるために面積比Ａ２／Ａ１（ディフューザ１２の環状出口面積Ａ２とタービン最終段落８ａ２の環状開口面積Ａ１との面積比）を大きくしている。
【００１１】
しかし、面積比Ａ２／Ａ１を大きくすると、ディフューザ１２は、タービン排気１１の流れに剥離を発生させ、静圧の回復の妨げとなるので、ディフューザ長さＬ０Ｄ０と面積比Ａ２／Ａ１との制約を勘案して許される最大限の範囲内で面積比を確保し、効果的な静圧の回復を図っている。
【００１２】
一方、ディフューザ１２に連通するタービン排気室１５は、補強リブ１６を備えた外部ケーシング上半部１ａ１と外部ケーシング下半部１ａ２とで囲われて広い空間部を形成し、ディフューザ１２から外部ケーシング上半部１ａ１に流れたタービン排気１１を反転させ、反転させたタービン排気１１にディフューザ１２から外部ケーシング下半部１ａ２に流れたタービン排気１１を合流させ、その合流タービン排気を復水器（図示せず）に供給している。
【００１３】
このような構成を備える蒸気タービンにおいて、クロスオーバ管３から蒸気入口部２に供給された主蒸気（駆動蒸気）は、タービン段落８ａで膨張仕事をした後、復水器に供給されている間にタービン内部損失を発生させている。
【００１４】
タービン内部損失には、翼の形状に起因する翼型損失、翼列間を蒸気が通過する際に発生する二次流れ損失、膨張仕事中に発生する蒸気の湿り損失、クロスオーバ管等から発生する管路損失、ディフューザからタービン排気室を経て復水器に流れるタービン排気のタービン排気損失等がある。
【００１５】
これらの損失の中で、タービン排気損失は、全タービン内部損失の１０％〜２０％と非常に大きな割合を占めている。
【００１６】
タービン排気損失を少なくさせる発明には、例えば、特開平８−２６０９０４号公報（特許文献１参照）、特開平１１−２００８１４号公報（特許文献２参照）および特表２００２−５１０７６９号公報（特許文献３参照）等、数多く開示されているが、未だ完成の域に達しておらず、幾つかの問題が残されている。
【００１７】
タービン排気損失を如何にしてより一層少なくさせるかは、エネルギ資源の有効活用になり、ひいてはＣＯ２排出量等の環境破壊防止に寄与するだけに、現在、研究開発が進められているものの、模索中である。
【００１８】
【特許文献１】
特開平８−２６０９０４号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開平１１−２００８１４号公報
【００２０】
【特許文献３】
特表２００２−５１０７６９号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タービン排気損失には、リービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンナップ損失等がある。
【００２２】
これらの損失のうち、フード損失は、タービン排気室から復水器までの圧力損失であり、タービン排気室の型式、形状、サイズ等に大きく依存する。
【００２３】
一般に、圧力損失は流速の二乗に比例すると言われているため、許される範囲で、タービン排気室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、タービン排気室サイズにはコストや収容する建屋の大きさなどから種々の制約を受ける。
【００２４】
また、フード損失は、軸流速度、すなわちタービン排気室１５を通過する体積流量に依存する。
【００２５】
図１４は、縦軸に各タービン排気損失を表わし、横軸に軸流速度を表わした損失線図である。この損失線図において、フード損失は、ディフューザを含めたタービン排気室１５の設計に依存するものであるが、圧力損失を少なくさせるためには、許される範囲内でそのサイズを大きくすることが必要とされる。
【００２６】
図１３は、許される範囲内でタービン排気室を大きくしたものである。この場合、チップフローガイド９は、一端面を内部ケーシング上半部１ｂ１にボルト等の固定手段１７で固設する一方、その他端面とグランド部１８に係合するベアリングコーン１４の端面との間に隙間Ｘｇを設け、組立時の据付誤差等による調整を図っている。
【００２７】
ところが、最近のように、蒸気タービンの大容量化が求められてくると、タービン排気室１５は、性能向上の観点からより一層の圧力損失の低減化が必要とされている。このため、チップフローガイド９は、破線で示す延長させた部分Ｙまでディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くし、静圧の回復力をより大きくさせようとすると、組立時、外部ケーシング上半部１ａ１を外部ケーシング下半部１ａ２に据え付けるとき、あるいは、分解時、外部ケーシング上半部１ａ１を外部ケーシング下半部１ａ２から離してクレーン等で吊り上げるとき、延長させた部分Ｙのチップフローガイド９に接触・干渉する等の問題があり、その作業に多くの労苦を要していた。
【００２８】
このため、蒸気タービンには、チップフローガイド９のディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くして静圧回復力をより大きく確保させるとともに、外部ケーシング上半部１ａ１の外部ケーシング下半部１ａ２に対する組立・分解作業を容易に行なえるタービン排気室１５の実現が求められていた。
【００２９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、ディフューザのより高い静圧回復力の向上を図るとともに、組立、分解作業の容易化との相反する機能を同時に満たすタービン排気室を備える蒸気タービンを提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、タービンロータが収容されるタービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの内周側に蒸気通路を形成し、当該蒸気通路内に前記タービンロータの軸長方向に向って複数のタービン段落を設け、当該タービン段落のタービン最終段落の出口側にチップフローガイドとルートフローガイドとで構成するディフューザを備え、このディフューザの出口側に前記外部ケーシングとベアリングコーンとで囲われるタービン排気室を備えた蒸気タービンにおいて、前記チップフローガイドのうち、チップフローガイド上半部は、その全体が前記外部ケーシングの上半部側に支持されるとともに、前記内部ケーシング上半部に対向する端面を自由端として前記内部ケーシング上半部との間に隙間を形成し、この隙間に流れ転向要素を装着したものである。
【００３１】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、流れ転向要素は、チップフローガイド上半部との間に吹出口を形成したものである。
【００３２】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記吹出口は、軸方向に対し、角度０°から３０°の範囲に形成したものである。
【００３３】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記流れ転向要素の内径をＤ １ とし、前記チップフローガイド上半部の内径をＤ ２ とするとき、Ｄ １ ＜Ｄ ２ の関係式を満たす一方、前記流れ転向要素と前記チップフローガイド上半部との間に通路を形成したものである。
【００３４】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、タービンロータが収容されるタービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの内周側に蒸気通路を形成し、当該蒸気通路内に前記タービンロータの軸長方向に向って複数のタービン段落を設け、当該タービン段落のタービン最終段落の出口側にチップフローガイドとルートフローガイドとで構成するディフューザを備え、このディフューザの出口側に前記外部ケーシングとベアリングコーンとで囲われるタービン排気室を備えた蒸気タービンにおいて、前記チップフローガイドのうち、チップフローガイド上半部は、その全体が前記外部ケーシングの上半部側に支持されるとともに、前記内部ケーシング上半部に対向する端面を自由端として前記内部ケーシング上半部との間に隙間を形成し、この隙間にシール部を装着したものである。
【００３５】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、前記シール部は、閉鎖片とラビリンスパッキング片とを組み合わせたものである。
【００３６】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、前記シール部は、切欠溝を備えた閉鎖片とリング状弾性片とを組み合わせたものである。
【００３７】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、前記シール部は、閉鎖片とブラシシール片とを組み合わせたものである。
【００３８】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシングと一体に設けられたベアリングコーンから延設されたストラットにより支持されるものである。
【００３９】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、ストラットは、前記チップフローガイド上半部の周方向に沿い、横断中心線を基点に角度３０°以上の左右に振り分けた位置と、縦断中心線の位置とのそれぞれに配設させたものである。
【００４０】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、前記ストラット内にスプレー管を挿通させたものである。
【００４１】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシング上半部に固設する補強リブで支持させる構成にしたものである。
【００４２】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシング上半部に固設する整流板で支持させる構成にしたものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図である。
【００４７】
本実施形態に係る蒸気タービンは、横断中心線Ｈを境にタービンケーシング２０を二分割構造にする外部ケーシング上半部２０ａ１および内部ケーシング上半部２０ｂ１と、外部ケーシング下半部および内部ケーシング下半部（共に図示せず）とを備える、いわゆる二重タービンケーシング構造になっている。
【００４８】
二重タービンケーシング構造の蒸気タービンは、内部ケーシング上半部２０ｂ１に収容され、横断中心線Ｈに沿って軸方向に延びるタービンロータ２１を備えている。このタービンロータ２１と内部ケーシング上半部２０ｂ１との間に形成する蒸気通路２２には、タービンロータ２１に対して環状列に配置するタービンノズル２３とタービン動翼２４とを組み合わせて構成するタービン最終段落２５が設けられている。なお、外部ケーシング、内部ケーシング等の構成部品は、ほぼ軸対象になっているので、外部ケーシング下半部、内部ケーシング下半部等の説明は省略する。
【００４９】
タービン最終段落２５の出口側には、その頂部に設けた二分割構造のチップフローガイド２６と、その根元部に設けた二分割構造のルートフローガイド２７等とで構成され、膨張仕事を終え蒸気通路２２から排出されるタービン排気２８の案内通路として使用する曲面拡開状のディフューザ２９と、タービンロータ２１を軸支する軸受３０を覆設し、端面ＥＷをグランド部３１で支持させた二分割構造のベアリングコーン３２とが設けられている。
【００５０】
チップフローガイド２６、ルートフローガイド２７およびベアリングコーン３２等とで構成するディフューザ２９には、ベアリングコーン３２に固設され、チップフローガイド２６を支持する板状のストラット（支柱）３３が設けられている。
【００５１】
このストラット（支柱）３３は、ベアリングコーン３２の端面ＥＷからチップフローガイド２６の上流側の斜め前方に向って延び、チップフローガイド２６を支持する一方、チップフローガイド２６の入口側の端面ＳＷを内部ケーシング上半部２０ｂ１に対し、隙間を設けて自由端にさせている。
【００５２】
また、ストラット３３は、図２に示すように、チップフローガイド上半部２６ａの周方向に沿い、横断中心線Ｈ１を基点に角度θ＝３０°以上左右に振り分けた位置と、縦断中心線Ｖ１の位置とのそれぞれに配置される。この角度３０°以上は、タービン排気２８の旋回流等の乱れに伴って発生する振動等にも充分に抗し得るもので、実験で確認した好ましい設置位置である。
【００５３】
一方、ディフューザ２９の出口側には、タービン排気室３４が設けられている。
【００５４】
このタービン排気室３４は、補強リブ３５を備える外部ケーシング上半部２０ａ１と、軸受３０を覆設するベアリングコーン３２とで囲われた広い空間を形成し、この広い空間で、ディフューザ２９から排出されたタービン排気２８を反転させて下方向に位置する復水器（図示せず）に供給している。
【００５５】
このような構成を備える蒸気タービンは、図１および図２に示すようにクロスオーバ管３６から蒸気入口部３７に供給される主蒸気（タービン駆動蒸気）をタービン段落で膨張仕事をさせ、タービン最終段落２５で膨張仕事を終えたタービン排気２８をディフューザ２９を介して外部ケーシング上半部２０ａ１等で囲われたタービン排気室３４と外部ケーシング上半部２０ａ２等で囲われたタービン排気室３４とに供給され、外部ケーシング上半部２０ａ１等で囲われたタービン排気室３４に供給されたタービン排気２８を反転させ、反転させたタービン排気２８を外部ケーシング下半部２０ａ２等で囲われたタービン排気室３４に供給されたタービン排気に合流させ、その合流タービン排気を復水器に供給している。
【００５６】
その際、蒸気タービンは、内部ケーシング上半部２０ｂ１に接続させていたチップフローガイド上半部２６ａを切り離して自由端ＳＷにし、代ってベアリングコーン３２に固設するストラット３３で支持させ、チップフローガイド上半部２６ａの端部Ｐをベアリングコーン３２の端面ＥＷから下流側に向って距離Ｘｇに延設し、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を従来に較べてより一層長くする構成にしたので、より一層高い静圧回復力を確保することができ、タービン排気２８にストラット３３から与えられる整流効果とともに、安定した流れを与えてタービン排気損失をより一層少なくさせることができる。
【００５７】
また、本実施形態は、ディフューザ２９を構成するチップフローガイド上半部２６ａをベアリングコーン３２に固設するストラット３３で支持させたので、外部ケーシング上半部２０ａ１と一緒にチップフローガイド上半部２６ａを移動させることができ、組立、分解作業の迅速化を図ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａの端部Ｐをベアリングコーン３２の端面ＥＷから下流側に向って距離Ｘｇに延設させるために、チップフローガイド上半部２６ａをストラット３３で支持させたが、この例に限らず、例えば、図３に示すように、外部ケーシング上半部２０ａ１に設けた補強リブ３５を延長、利用してチップフローガイド上半部２６ａを接続させ、チップフローガイド上半部２６ａの端部Ｐを延設し、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くしてもよい。この場合、補強リブ３５とチップフローガイド上半部２６ａとは、位置決め部３８で据付調整した後、接続部３９で互いが固定される。
【００５９】
また、別の例として、例えば、図４に示すように、整流板４０および整流板４０と補強リブ３５とを組み合わせたもののうち、いずれか一方でチップフローガイド上半部２６ａを支持させてもよい。
【００６０】
従来、蒸気タービンは、ディフューザから出るタービン排気のうち、チップフローガイド上半部２６ａ側から出たタービン排気２８が外部ケーシング上半部２０ａ１に向う際、内部ケーシング上半部２０ｂ１の入口側に向うタービン排気２８の流れを防止し、効果的に反転させて下方（外部ケーシング下半部側）に向わせるために、外部ケーシング上半部２０ａ１に整流板４０を設けることがある。
【００６１】
本例は、この点に着目したもので、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くしたチップフローガイド上半部２６ａを整流板４０または整流板４０と補強リブ３５との組み合わせで支持させたものである。
【００６２】
したがって、本例でも、外部ケーシング上半部２０ａ１と一緒にチップフローガイド上半部２６ａを移動させることができるので、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くして、その組立、分解作業を容易に行うことができる。
【００６３】
図５は、本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態を示す部分概念図である。
【００６４】
本実施形態に係る蒸気タービンは、チップフローガイド上半部２６ａの入口側を自由端ＳＷにしたことに伴って生ずる内部ケーシング上半部２０ｂ１との間の隙間部分Ｌに、流れ転向要素４１を設けたものである。
【００６５】
本実施形態に係る蒸気タービンは、ディフューザから出るタービン排気の静圧回復力をより一層高めるため、ディフューザ長さＬ１Ｄ１をより長くし、長くしたディフューザを構成するチップフローガイド上半部２６ａを外部ケーシング上半部側に設けたサポート手段で支持させ、チップフローガイド上半部２６ａの入口側を自由端ＳＷにし、タービン最終段落２５を収容する内部ケーシング上半部２０ｂ１から切り離し、隙間部分Ｌを形成している。
【００６６】
この場合、ディフューザの入口側における静圧Ｐ１とディフューザの出口側における静圧Ｐ２とは、Ｐ１＜Ｐ２の関係になっているから、タービン排気はチップフローガイド上半部２６ａの外側から隙間部分Ｌに向って逆流し、この隙間部分Ｌからディフューザ内に流入することが考えられる。
【００６７】
しかも、隙間部分Ｌが半径方向に向っていると、ディフューザに流入するタービン排気の流れは、チップフローガイド上半部２６ａの内壁面の流れを引き剥し、逆流を多くさせ、境界層をより一層発達させる要因になる。
【００６８】
本実施形態は、この点を考慮したもので、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに流れ転向要素４１を設けるとともに、この流れ転向要素４１の吹出口４２を軸方向に対し、角度０°〜３０°の範囲に形成したものである。
【００６９】
このように、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに、吹出口４２の角度０°〜３０°の範囲に形成する流れ転向要素４１を設けたから、吹出流れＦが無かった場合のタービン排気の速度減速域基点Ｖｘ１だったものが、角度０°〜３０°の範囲に形成した吹出口４２によってタービン排気の速度減速域基点Ｖｘ２まで、その速度分布を延長させることができた。
【００７０】
したがって、本実施形態によれば、チップフローガイド上半部２６ａの内壁面側のタービン排気流れの剥離を抑制でき、これに伴って静圧回復力をより一層向上させることができる。
【００７１】
なお、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに、角度０°〜３０°の範囲に形成する吹出口４２を備えた流れ転向要素４１を設けたが、この例に限らず、例えば、図６に示すように、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに、断面Ｌ字状の流れ転向要素４３を設け、この断面Ｌ字状の流れ転向要素４３の内径Ｄ１とチップフローガイド上半部２６ａの内径Ｄ２との関係をＤ１＜Ｄ２にするとともに、断面Ｌ字状の流れ転向要素４３とチップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷとの間を略Ｌ字状の通路４４として形成し、タービン排気の流れＦを流出させても、図５に示す例と同様に、タービン排気の速度減速域基点Ｖｘ２まで、その速度分布を延長させることができる。
【００７２】
図７は、本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態を示す部分概念図である。
【００７３】
本実施形態に係る蒸気タービンは、チップフローガイド上半部２６ａの入口側を自由端ＳＷにしたことに伴って生ずる内部ケーシング上半部２０ｂ１との間の隙間部分Ｌに、シール部４５を装着し、チップフローガイド上半部２６ａの外側から逆流してくるタービン排気の流入を防止したものである。
【００７４】
シール部４５は、閉鎖片４６とラビリンスパッキング片４７とを組み合わせたものである。
【００７５】
このように、本実施形態は、隙間部分Ｌにシール部４５を装着し、チップフローガイド上半部２６ａの外側から逆流してくるタービン排気の流入を防止する構成にしたので、タービン最終段落２５から出るタービン排気の流れを安定化させることができる。
【００７６】
なお、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに閉鎖片４６とラビリンスパッキング片４７とを組み合わせたシール部４５を装着したが、この例に限らず、例えば、図８に示すように、切欠溝４８を備えた閉鎖片４６とリング状弾性片４９、例えばＯリングとを組み合わせたシール部４５を隙間部分Ｌに装着してもよく、また、例えば、図９に示すように、閉鎖片４６と固定片５１で支持された弾性片５０、例えば、ステンレス製板状片とを組み合わせたシール部４５を隙間部分Ｌに挿着してもよく、また、例えば、図１０に示すように、閉鎖片４６と固定片５１で支持されたブラシシール片５２とを組み合わせたシール部４５を隙間部分Ｌに装着してもよい。
【００７７】
図１１は、本発明に係る蒸気タービンの第４実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図である。
【００７８】
本実施形態に係る蒸気タービンは、チップフローガイド上半部２６ａを支持するストラット３３内に、スプレー管５３を挿通させる構成にしたものである。
【００７９】
従来、蒸気タービンは、低負荷運転時、蒸気量が少なくなっているにも拘らず、回転数を定格にしている。この場合、タービンロータ２１の回転に伴う回転摩擦熱が発生し、周辺雰囲気を高温化させ、タービン構成部品に過度な熱応力を発生させることがある。このため、蒸気タービンは、タービン最終段落２５の出口側にスプレー管５３を設け、このスプレー管５３から冷却水を噴霧させ、回転摩擦熱による周辺雰囲気の高温化を抑制している。
【００８０】
スプレー管５３は、外部ケーシング上半部２０ａ１だけでなく外部ケーシング下半部（図示せず）にも設けられているため、その管路系統は複雑にしていた。
【００８１】
本実施形態は、管路系統を簡素化させたもので、外部ケーシング上半部２０ａ１、外部ケーシング下半部のそれぞれに設けていたスプレー管５３を別々に切り離す一方、外部ケーシング２０ａ１に設けたスプレー管５３を器外に設置した調節弁５４に接続させるとともに、チップフローガイド上半部２６ａを支持するストラット３３内に挿通させ、スプレー管５３の先端に設けたノズル５５から冷却水を噴霧させたものである。
【００８２】
このように、本実施形態は、スプレー管５３をストラット３３内を挿通させて配管するので、タービン排気に乱れを与えることがなく、タービン排気の流れを安定化させることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明のとおり、本発明によれば、組立・分解作業が容易で、かつディフューザの静圧回復力を向上させたタービン排気室を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見た切断断面図。
【図３】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態における第１変形例を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図４】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態における第１変形例を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図５】本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態を示す部分概念図。
【図６】本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態における変形例を示す部分概念図。
【図７】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態を示す部分概念図。
【図８】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態における第１変形例を示す部分概念図。
【図９】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態における第１変形例を示す部分概念図。
【図１０】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態における第３変形例を示す部分概念図。
【図１１】本発明に係る蒸気タービンの第４実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図１２】従来の蒸気タービンのうち、低圧タービンを示す縦断面図。
【図１３】従来のタービン排気室を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図１４】タービン排気損失中、その内訳を表わしたタービン排気の損失線図。
【符号の説明】
１ タービンケーシング
１ａ１ 外部ケーシング上半部
１ａ２ 外部ケーシング下半部
１ｂ１ 内部ケーシング上半部
１ｂ２ 内部ケーシング下半部
２ 蒸気入口部
３ クロスオーバ管
４ タービンロータ
５ａ，５ｂ 蒸気通路
６ａ，６ａ１，６ａ２ タービンノズル
７ａ，７ａ１，７ａ２ タービン動翼
８ａ タービン段落
８ａ１ タービン初段落
８ａ２ タービン最終段落
９ チップフローガイド
１０ ルートフローガイド
１１ タービン排気
１２ ディフューザ
１３ 軸受
１４ ベアリングコーン
１５ タービン排気室
１６ 補強リブ
１７ 固定手段
１８ グランド部
２０ タービンケーシング
２０ａ１ 外部ケーシング上半部
２０ａ２ 外部ケーシング下半部
２０ｂ１ 内部ケーシング上半部
２０ｂ２ 内部ケーシング下半部
２１ タービンロータ
２２ 蒸気通路
２３ タービンノズル
２４ タービン動翼
２５ タービン最終段落
２６ チップフローガイド
２６ａ チップフローガイド上半部
２７ ルートフローガイド
２８ タービン排気
２９ ディフューザ
３０ 軸受
３１ グランド部
３２ ベアリングコーン
３３ ストラット
３４ タービン排気室
３５ 補強リブ
３６ クロスオーバ管
３７ 蒸気入口部
３８ 位置決め部
３９ 接続部
４０ 整流板
４１ 流れ転向要素
４２ 吹出口
４３ 流れ転向要素
４４ 通路
４５ シール部
４６ 閉鎖片
４７ ラビリンスパッキング片
４８ 切欠溝
４９ リング状弾性片
５０ 弾性片
５１ 固定片
５２ ブラシシール片
５３ スプレー管
５４ 調節弁
５５ ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンに係り、特に、膨張仕事を終えたタービン排気を下方（底部）から復水器に排出させる下方（底部）排出型のタービン排気室を備えた蒸気タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の火力発電所等に適用される蒸気タービンでは、性能向上の強化が見直されており、その一つにタービン排気室がある。
【０００３】
このタービン排気室は、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器に供給するものであり、この構成として図１２に示すものがある。
【０００４】
図１２は、火力発電所等で最も多く使用されている２つのタービン段落が１つのタービンケーシングにまとめられたダブルフロー型（対向流型）と称する低圧タービンの例を示している。
【０００５】
この低圧タービンは、横断中心線Ｈを境にタービンケーシング１を二分割構造にする外部ケーシング上半部１ａ１および内部ケーシング上半部１ｂ１と、外部ケーシング下半部１ａ２および内部ケーシング下半部１ｂ２とを備える、いわゆる二重タービンケーシング構造になっている。
【０００６】
二重タービンケーシング構造の低圧タービンは、縦断中心線Ｖの頭部側に位置する蒸気入口部２に接続するクロスオーバ管３を備えるとともに、蒸気入口部２に交差し、横断面中心線Ｈに沿って延びるタービンロータ４を収容し、このタービンロータ４と内部ケーシング上半部１ｂ１および内部ケーシング下半部１ｂ２との間に蒸気が左右に分流して流れるダブルフロー型式の蒸気通路５ａ，５ｂを形成している。
【０００７】
ダブルフロー型式の蒸気通路５ａ，５ｂには、タービンロータ４の周方向に沿って環状列に配置するタービンノズル６ａとタービン動翼７ａとを組み合わせたタービン段落８ａがタービンロータ４の軸長方向に向って複数段落に亘って設けられている。
【０００８】
なお、複数に亘って設けられたタービン段落８ａのうち、タービンノズル６ａ１とタービン動翼７ａ１とを組み合わせた最初の段落をタービン初段落８ａ１と称し、タービンノズル６ａ２とタービン動翼７ａ２とを組み合わせた最終の段落をタービン最終段落８ａ２と称す。
【０００９】
タービン最終段落８ａ２の出口側には、その頂部に設けたチップフローガイド９と、その根元部に設けたルートフローガイド１０とで構成され、膨張仕事を終えたタービン排気１１の案内通路として使用する曲面拡開状のディフューザ１２と、タービンロータ４を軸支する軸受１３を覆設するベアリングコーン１４とが設けられている。ディフューザ１２とベアリングコーン１４とは、タービン最終段落８ａ２からのタービン排気１１を１箇所に集め反転させ復水器（図示せず）に案内するタービン排気室１５に連通している。
【００１０】
タービン排気１１の案内通路として使用されるディフューザ１２は、図１３に示すように、タービン排気１１を減速して静圧を回復させるものであり、静圧を回復させるために面積比Ａ２／Ａ１（ディフューザ１２の環状出口面積Ａ２とタービン最終段落８ａ２の環状開口面積Ａ１との面積比）を大きくしている。
【００１１】
しかし、面積比Ａ２／Ａ１を大きくすると、ディフューザ１２は、タービン排気１１の流れに剥離を発生させ、静圧の回復の妨げとなるので、ディフューザ長さＬ０Ｄ０と面積比Ａ２／Ａ１との制約を勘案して許される最大限の範囲内で面積比を確保し、効果的な静圧の回復を図っている。
【００１２】
一方、ディフューザ１２に連通するタービン排気室１５は、補強リブ１６を備えた外部ケーシング上半部１ａ１と外部ケーシング下半部１ａ２とで囲われて広い空間部を形成し、ディフューザ１２から外部ケーシング上半部１ａ１に流れたタービン排気１１を反転させ、反転させたタービン排気１１にディフューザ１２から外部ケーシング下半部１ａ２に流れたタービン排気１１を合流させ、その合流タービン排気を復水器（図示せず）に供給している。
【００１３】
このような構成を備える蒸気タービンにおいて、クロスオーバ管３から蒸気入口部２に供給された主蒸気（駆動蒸気）は、タービン段落８ａで膨張仕事をした後、復水器に供給されている間にタービン内部損失を発生させている。
【００１４】
タービン内部損失には、翼の形状に起因する翼型損失、翼列間を蒸気が通過する際に発生する二次流れ損失、膨張仕事中に発生する蒸気の湿り損失、クロスオーバ管等から発生する管路損失、ディフューザからタービン排気室を経て復水器に流れるタービン排気のタービン排気損失等がある。
【００１５】
これらの損失の中で、タービン排気損失は、全タービン内部損失の１０％〜２０％と非常に大きな割合を占めている。
【００１６】
タービン排気損失を少なくさせる発明には、例えば、特開平８−２６０９０４号公報（特許文献１参照）、特開平１１−２００８１４号公報（特許文献２参照）および特表２００２−５１０７６９号公報（特許文献３参照）等、数多く開示されているが、未だ完成の域に達しておらず、幾つかの問題が残されている。
【００１７】
タービン排気損失を如何にしてより一層少なくさせるかは、エネルギ資源の有効活用になり、ひいてはＣＯ２排出量等の環境破壊防止に寄与するだけに、現在、研究開発が進められているものの、模索中である。
【００１８】
【特許文献１】
特開平８−２６０９０４号公報
【００１９】
【特許文献２】
特開平１１−２００８１４号公報
【００２０】
【特許文献３】
特表２００２−５１０７６９号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タービン排気損失には、リービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンナップ損失等がある。
【００２２】
これらの損失のうち、フード損失は、タービン排気室から復水器までの圧力損失であり、タービン排気室の型式、形状、サイズ等に大きく依存する。
【００２３】
一般に、圧力損失は流速の二乗に比例すると言われているため、許される範囲で、タービン排気室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、タービン排気室サイズにはコストや収容する建屋の大きさなどから種々の制約を受ける。
【００２４】
また、フード損失は、軸流速度、すなわちタービン排気室１５を通過する体積流量に依存する。
【００２５】
図１４は、縦軸に各タービン排気損失を表わし、横軸に軸流速度を表わした損失線図である。この損失線図において、フード損失は、ディフューザを含めたタービン排気室１５の設計に依存するものであるが、圧力損失を少なくさせるためには、許される範囲内でそのサイズを大きくすることが必要とされる。
【００２６】
図１３は、許される範囲内でタービン排気室を大きくしたものである。この場合、チップフローガイド９は、一端面を内部ケーシング上半部１ｂ１にボルト等の固定手段１７で固設する一方、その他端面とグランド部１８に係合するベアリングコーン１４の端面との間に隙間Ｘｇを設け、組立時の据付誤差等による調整を図っている。
【００２７】
ところが、最近のように、蒸気タービンの大容量化が求められてくると、タービン排気室１５は、性能向上の観点からより一層の圧力損失の低減化が必要とされている。このため、チップフローガイド９は、破線で示す延長させた部分Ｙまでディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くし、静圧の回復力をより大きくさせようとすると、組立時、外部ケーシング上半部１ａ１を外部ケーシング下半部１ａ２に据え付けるとき、あるいは、分解時、外部ケーシング上半部１ａ１を外部ケーシング下半部１ａ２から離してクレーン等で吊り上げるとき、延長させた部分Ｙのチップフローガイド９に接触・干渉する等の問題があり、その作業に多くの労苦を要していた。
【００２８】
このため、蒸気タービンには、チップフローガイド９のディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くして静圧回復力をより大きく確保させるとともに、外部ケーシング上半部１ａ１の外部ケーシング下半部１ａ２に対する組立・分解作業を容易に行なえるタービン排気室１５の実現が求められていた。
【００２９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、ディフューザのより高い静圧回復力の向上を図るとともに、組立、分解作業の容易化との相反する機能を同時に満たすタービン排気室を備える蒸気タービンを提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、タービンロータが収容されるタービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの内周側に蒸気通路を形成し、当該蒸気通路内に前記タービンロータの軸長方向に向って複数のタービン段落を設け、当該タービン段落のタービン最終段落の出口側にチップフローガイドとルートフローガイドとで構成するディフューザを備え、このディフューザの出口側に前記外部ケーシングとベアリングコーンとで囲われるタービン排気室を備えた蒸気タービンにおいて、前記チップフローガイドのうち、チップフローガイド上半部は、その全体が前記外部ケーシングの上半部側に支持されるとともに、前記内部ケーシング上半部に対向する端面を自由端として前記内部ケーシング上半部との間に隙間を形成し、この隙間に流れ転向要素を装着したものである。
【００３１】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、流れ転向要素は、チップフローガイド上半部との間に吹出口を形成したものである。
【００３２】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記吹出口は、軸方向に対し、角度０°から３０°の範囲に形成したものである。
【００３３】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記流れ転向要素の内径をＤ １ とし、前記チップフローガイド上半部の内径をＤ ２ とするとき、Ｄ １ ＜Ｄ ２ の関係式を満たす一方、前記流れ転向要素と前記チップフローガイド上半部との間に通路を形成したものである。
【００３４】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、タービンロータが収容されるタービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの内周側に蒸気通路を形成し、当該蒸気通路内に前記タービンロータの軸長方向に向って複数のタービン段落を設け、当該タービン段落のタービン最終段落の出口側にチップフローガイドとルートフローガイドとで構成するディフューザを備え、このディフューザの出口側に前記外部ケーシングとベアリングコーンとで囲われるタービン排気室を備えた蒸気タービンにおいて、前記チップフローガイドのうち、チップフローガイド上半部は、その全体が前記外部ケーシングの上半部側に支持されるとともに、前記内部ケーシング上半部に対向する端面を自由端として前記内部ケーシング上半部との間に隙間を形成し、この隙間にシール部を装着したものである。
【００３５】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、前記シール部は、閉鎖片とラビリンスパッキング片とを組み合わせたものである。
【００３６】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、前記シール部は、切欠溝を備えた閉鎖片とリング状弾性片とを組み合わせたものである。
【００３７】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、前記シール部は、閉鎖片とブラシシール片とを組み合わせたものである。
【００３８】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシングと一体に設けられたベアリングコーンから延設されたストラットにより支持されるものである。
【００３９】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、ストラットは、前記チップフローガイド上半部の周方向に沿い、横断中心線を基点に角度３０°以上の左右に振り分けた位置と、縦断中心線の位置とのそれぞれに配設させたものである。
【００４０】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、前記ストラット内にスプレー管を挿通させたものである。
【００４１】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシング上半部に固設する補強リブで支持させる構成にしたものである。
【００４２】
また、本発明に係る蒸気タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシング上半部に固設する整流板で支持させる構成にしたものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図である。
【００４７】
本実施形態に係る蒸気タービンは、横断中心線Ｈを境にタービンケーシング２０を二分割構造にする外部ケーシング上半部２０ａ１および内部ケーシング上半部２０ｂ１と、外部ケーシング下半部および内部ケーシング下半部（共に図示せず）とを備える、いわゆる二重タービンケーシング構造になっている。
【００４８】
二重タービンケーシング構造の蒸気タービンは、内部ケーシング上半部２０ｂ１に収容され、横断中心線Ｈに沿って軸方向に延びるタービンロータ２１を備えている。このタービンロータ２１と内部ケーシング上半部２０ｂ１との間に形成する蒸気通路２２には、タービンロータ２１に対して環状列に配置するタービンノズル２３とタービン動翼２４とを組み合わせて構成するタービン最終段落２５が設けられている。なお、外部ケーシング、内部ケーシング等の構成部品は、ほぼ軸対象になっているので、外部ケーシング下半部、内部ケーシング下半部等の説明は省略する。
【００４９】
タービン最終段落２５の出口側には、その頂部に設けた二分割構造のチップフローガイド２６と、その根元部に設けた二分割構造のルートフローガイド２７等とで構成され、膨張仕事を終え蒸気通路２２から排出されるタービン排気２８の案内通路として使用する曲面拡開状のディフューザ２９と、タービンロータ２１を軸支する軸受３０を覆設し、端面ＥＷをグランド部３１で支持させた二分割構造のベアリングコーン３２とが設けられている。
【００５０】
チップフローガイド２６、ルートフローガイド２７およびベアリングコーン３２等とで構成するディフューザ２９には、ベアリングコーン３２に固設され、チップフローガイド２６を支持する板状のストラット（支柱）３３が設けられている。
【００５１】
このストラット（支柱）３３は、ベアリングコーン３２の端面ＥＷからチップフローガイド２６の上流側の斜め前方に向って延び、チップフローガイド２６を支持する一方、チップフローガイド２６の入口側の端面ＳＷを内部ケーシング上半部２０ｂ１に対し、隙間を設けて自由端にさせている。
【００５２】
また、ストラット３３は、図２に示すように、チップフローガイド上半部２６ａの周方向に沿い、横断中心線Ｈ１を基点に角度θ＝３０°以上左右に振り分けた位置と、縦断中心線Ｖ１の位置とのそれぞれに配置される。この角度３０°以上は、タービン排気２８の旋回流等の乱れに伴って発生する振動等にも充分に抗し得るもので、実験で確認した好ましい設置位置である。
【００５３】
一方、ディフューザ２９の出口側には、タービン排気室３４が設けられている。
【００５４】
このタービン排気室３４は、補強リブ３５を備える外部ケーシング上半部２０ａ１と、軸受３０を覆設するベアリングコーン３２とで囲われた広い空間を形成し、この広い空間で、ディフューザ２９から排出されたタービン排気２８を反転させて下方向に位置する復水器（図示せず）に供給している。
【００５５】
このような構成を備える蒸気タービンは、図１および図２に示すようにクロスオーバ管３６から蒸気入口部３７に供給される主蒸気（タービン駆動蒸気）をタービン段落で膨張仕事をさせ、タービン最終段落２５で膨張仕事を終えたタービン排気２８をディフューザ２９を介して外部ケーシング上半部２０ａ１等で囲われたタービン排気室３４と外部ケーシング上半部２０ａ２等で囲われたタービン排気室３４とに供給され、外部ケーシング上半部２０ａ１等で囲われたタービン排気室３４に供給されたタービン排気２８を反転させ、反転させたタービン排気２８を外部ケーシング下半部２０ａ２等で囲われたタービン排気室３４に供給されたタービン排気に合流させ、その合流タービン排気を復水器に供給している。
【００５６】
その際、蒸気タービンは、内部ケーシング上半部２０ｂ１に接続させていたチップフローガイド上半部２６ａを切り離して自由端ＳＷにし、代ってベアリングコーン３２に固設するストラット３３で支持させ、チップフローガイド上半部２６ａの端部Ｐをベアリングコーン３２の端面ＥＷから下流側に向って距離Ｘｇに延設し、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を従来に較べてより一層長くする構成にしたので、より一層高い静圧回復力を確保することができ、タービン排気２８にストラット３３から与えられる整流効果とともに、安定した流れを与えてタービン排気損失をより一層少なくさせることができる。
【００５７】
また、本実施形態は、ディフューザ２９を構成するチップフローガイド上半部２６ａをベアリングコーン３２に固設するストラット３３で支持させたので、外部ケーシング上半部２０ａ１と一緒にチップフローガイド上半部２６ａを移動させることができ、組立、分解作業の迅速化を図ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａの端部Ｐをベアリングコーン３２の端面ＥＷから下流側に向って距離Ｘｇに延設させるために、チップフローガイド上半部２６ａをストラット３３で支持させたが、この例に限らず、例えば、図３に示すように、外部ケーシング上半部２０ａ１に設けた補強リブ３５を延長、利用してチップフローガイド上半部２６ａを接続させ、チップフローガイド上半部２６ａの端部Ｐを延設し、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くしてもよい。この場合、補強リブ３５とチップフローガイド上半部２６ａとは、位置決め部３８で据付調整した後、接続部３９で互いが固定される。
【００５９】
また、別の例として、例えば、図４に示すように、整流板４０および整流板４０と補強リブ３５とを組み合わせたもののうち、いずれか一方でチップフローガイド上半部２６ａを支持させてもよい。
【００６０】
従来、蒸気タービンは、ディフューザから出るタービン排気のうち、チップフローガイド上半部２６ａ側から出たタービン排気２８が外部ケーシング上半部２０ａ１に向う際、内部ケーシング上半部２０ｂ１の入口側に向うタービン排気２８の流れを防止し、効果的に反転させて下方（外部ケーシング下半部側）に向わせるために、外部ケーシング上半部２０ａ１に整流板４０を設けることがある。
【００６１】
本例は、この点に着目したもので、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くしたチップフローガイド上半部２６ａを整流板４０または整流板４０と補強リブ３５との組み合わせで支持させたものである。
【００６２】
したがって、本例でも、外部ケーシング上半部２０ａ１と一緒にチップフローガイド上半部２６ａを移動させることができるので、ディフューザ長さＬ１Ｄ１を長くして、その組立、分解作業を容易に行うことができる。
【００６３】
図５は、本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態を示す部分概念図である。
【００６４】
本実施形態に係る蒸気タービンは、チップフローガイド上半部２６ａの入口側を自由端ＳＷにしたことに伴って生ずる内部ケーシング上半部２０ｂ１との間の隙間部分Ｌに、流れ転向要素４１を設けたものである。
【００６５】
本実施形態に係る蒸気タービンは、ディフューザから出るタービン排気の静圧回復力をより一層高めるため、ディフューザ長さＬ１Ｄ１をより長くし、長くしたディフューザを構成するチップフローガイド上半部２６ａを外部ケーシング上半部側に設けたサポート手段で支持させ、チップフローガイド上半部２６ａの入口側を自由端ＳＷにし、タービン最終段落２５を収容する内部ケーシング上半部２０ｂ１から切り離し、隙間部分Ｌを形成している。
【００６６】
この場合、ディフューザの入口側における静圧Ｐ１とディフューザの出口側における静圧Ｐ２とは、Ｐ１＜Ｐ２の関係になっているから、タービン排気はチップフローガイド上半部２６ａの外側から隙間部分Ｌに向って逆流し、この隙間部分Ｌからディフューザ内に流入することが考えられる。
【００６７】
しかも、隙間部分Ｌが半径方向に向っていると、ディフューザに流入するタービン排気の流れは、チップフローガイド上半部２６ａの内壁面の流れを引き剥し、逆流を多くさせ、境界層をより一層発達させる要因になる。
【００６８】
本実施形態は、この点を考慮したもので、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに流れ転向要素４１を設けるとともに、この流れ転向要素４１の吹出口４２を軸方向に対し、角度０°〜３０°の範囲に形成したものである。
【００６９】
このように、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに、吹出口４２の角度０°〜３０°の範囲に形成する流れ転向要素４１を設けたから、吹出流れＦが無かった場合のタービン排気の速度減速域基点Ｖｘ１だったものが、角度０°〜３０°の範囲に形成した吹出口４２によってタービン排気の速度減速域基点Ｖｘ２まで、その速度分布を延長させることができた。
【００７０】
したがって、本実施形態によれば、チップフローガイド上半部２６ａの内壁面側のタービン排気流れの剥離を抑制でき、これに伴って静圧回復力をより一層向上させることができる。
【００７１】
なお、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに、角度０°〜３０°の範囲に形成する吹出口４２を備えた流れ転向要素４１を設けたが、この例に限らず、例えば、図６に示すように、チップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに、断面Ｌ字状の流れ転向要素４３を設け、この断面Ｌ字状の流れ転向要素４３の内径Ｄ１とチップフローガイド上半部２６ａの内径Ｄ２との関係をＤ１＜Ｄ２にするとともに、断面Ｌ字状の流れ転向要素４３とチップフローガイド上半部２６ａの自由端ＳＷとの間を略Ｌ字状の通路４４として形成し、タービン排気の流れＦを流出させても、図５に示す例と同様に、タービン排気の速度減速域基点Ｖｘ２まで、その速度分布を延長させることができる。
【００７２】
図７は、本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態を示す部分概念図である。
【００７３】
本実施形態に係る蒸気タービンは、チップフローガイド上半部２６ａの入口側を自由端ＳＷにしたことに伴って生ずる内部ケーシング上半部２０ｂ１との間の隙間部分Ｌに、シール部４５を装着し、チップフローガイド上半部２６ａの外側から逆流してくるタービン排気の流入を防止したものである。
【００７４】
シール部４５は、閉鎖片４６とラビリンスパッキング片４７とを組み合わせたものである。
【００７５】
このように、本実施形態は、隙間部分Ｌにシール部４５を装着し、チップフローガイド上半部２６ａの外側から逆流してくるタービン排気の流入を防止する構成にしたので、タービン最終段落２５から出るタービン排気の流れを安定化させることができる。
【００７６】
なお、本実施形態は、チップフローガイド上半部２６ａと内部ケーシング上半部２０ｂ１との隙間部分Ｌに閉鎖片４６とラビリンスパッキング片４７とを組み合わせたシール部４５を装着したが、この例に限らず、例えば、図８に示すように、切欠溝４８を備えた閉鎖片４６とリング状弾性片４９、例えばＯリングとを組み合わせたシール部４５を隙間部分Ｌに装着してもよく、また、例えば、図９に示すように、閉鎖片４６と固定片５１で支持された弾性片５０、例えば、ステンレス製板状片とを組み合わせたシール部４５を隙間部分Ｌに挿着してもよく、また、例えば、図１０に示すように、閉鎖片４６と固定片５１で支持されたブラシシール片５２とを組み合わせたシール部４５を隙間部分Ｌに装着してもよい。
【００７７】
図１１は、本発明に係る蒸気タービンの第４実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図である。
【００７８】
本実施形態に係る蒸気タービンは、チップフローガイド上半部２６ａを支持するストラット３３内に、スプレー管５３を挿通させる構成にしたものである。
【００７９】
従来、蒸気タービンは、低負荷運転時、蒸気量が少なくなっているにも拘らず、回転数を定格にしている。この場合、タービンロータ２１の回転に伴う回転摩擦熱が発生し、周辺雰囲気を高温化させ、タービン構成部品に過度な熱応力を発生させることがある。このため、蒸気タービンは、タービン最終段落２５の出口側にスプレー管５３を設け、このスプレー管５３から冷却水を噴霧させ、回転摩擦熱による周辺雰囲気の高温化を抑制している。
【００８０】
スプレー管５３は、外部ケーシング上半部２０ａ１だけでなく外部ケーシング下半部（図示せず）にも設けられているため、その管路系統は複雑にしていた。
【００８１】
本実施形態は、管路系統を簡素化させたもので、外部ケーシング上半部２０ａ１、外部ケーシング下半部のそれぞれに設けていたスプレー管５３を別々に切り離す一方、外部ケーシング２０ａ１に設けたスプレー管５３を器外に設置した調節弁５４に接続させるとともに、チップフローガイド上半部２６ａを支持するストラット３３内に挿通させ、スプレー管５３の先端に設けたノズル５５から冷却水を噴霧させたものである。
【００８２】
このように、本実施形態は、スプレー管５３をストラット３３内を挿通させて配管するので、タービン排気に乱れを与えることがなく、タービン排気の流れを安定化させることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明のとおり、本発明によれば、組立・分解作業が容易で、かつディフューザの静圧回復力を向上させたタービン排気室を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見た切断断面図。
【図３】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態における第１変形例を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図４】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態における第１変形例を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図５】本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態を示す部分概念図。
【図６】本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態における変形例を示す部分概念図。
【図７】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態を示す部分概念図。
【図８】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態における第１変形例を示す部分概念図。
【図９】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態における第１変形例を示す部分概念図。
【図１０】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態における第３変形例を示す部分概念図。
【図１１】本発明に係る蒸気タービンの第４実施形態を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図１２】従来の蒸気タービンのうち、低圧タービンを示す縦断面図。
【図１３】従来のタービン排気室を示す一部切欠上半部部分概念図。
【図１４】タービン排気損失中、その内訳を表わしたタービン排気の損失線図。
【符号の説明】
１ タービンケーシング
１ａ１ 外部ケーシング上半部
１ａ２ 外部ケーシング下半部
１ｂ１ 内部ケーシング上半部
１ｂ２ 内部ケーシング下半部
２ 蒸気入口部
３ クロスオーバ管
４ タービンロータ
５ａ，５ｂ 蒸気通路
６ａ，６ａ１，６ａ２ タービンノズル
７ａ，７ａ１，７ａ２ タービン動翼
８ａ タービン段落
８ａ１ タービン初段落
８ａ２ タービン最終段落
９ チップフローガイド
１０ ルートフローガイド
１１ タービン排気
１２ ディフューザ
１３ 軸受
１４ ベアリングコーン
１５ タービン排気室
１６ 補強リブ
１７ 固定手段
１８ グランド部
２０ タービンケーシング
２０ａ１ 外部ケーシング上半部
２０ａ２ 外部ケーシング下半部
２０ｂ１ 内部ケーシング上半部
２０ｂ２ 内部ケーシング下半部
２１ タービンロータ
２２ 蒸気通路
２３ タービンノズル
２４ タービン動翼
２５ タービン最終段落
２６ チップフローガイド
２６ａ チップフローガイド上半部
２７ ルートフローガイド
２８ タービン排気
２９ ディフューザ
３０ 軸受
３１ グランド部
３２ ベアリングコーン
３３ ストラット
３４ タービン排気室
３５ 補強リブ
３６ クロスオーバ管
３７ 蒸気入口部
３８ 位置決め部
３９ 接続部
４０ 整流板
４１ 流れ転向要素
４２ 吹出口
４３ 流れ転向要素
４４ 通路
４５ シール部
４６ 閉鎖片
４７ ラビリンスパッキング片
４８ 切欠溝
４９ リング状弾性片
５０ 弾性片
５１ 固定片
５２ ブラシシール片
５３ スプレー管
５４ 調節弁
５５ ノズル
Claims (13)
- タービンロータが収容されるタービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの内周側に蒸気通路を形成し、当該蒸気通路内に前記タービンロータの軸長方向に向って複数のタービン段落を設け、当該タービン段落のタービン最終段落の出口側にチップフローガイドとルートフローガイドとで構成するディフューザを備え、このディフューザの出口側に前記外部ケーシングとベアリングコーンとで囲われるタービン排気室を備えた蒸気タービンにおいて、前記チップフローガイドのうち、チップフローガイド上半部は、その全体が前記外部ケーシングの上半部側に支持されるとともに、前記内部ケーシング上半部に対向する端面を自由端として前記内部ケーシング上半部との間に隙間を形成し、この隙間に流れ転向要素を装着したことを特徴とする蒸気タービン。
- 流れ転向要素は、チップフローガイド上半部との間に吹出口を形成したことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
- 前記吹出口は、軸方向に対し、角度０°から３０°の範囲に形成したことを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。
- 前記流れ転向要素の内径をＤ １ とし、前記チップフローガイド上半部の内径をＤ ２ とするとき、Ｄ １ ＜Ｄ ２ の関係式を満たす一方、前記流れ転向要素と前記チップフローガイド上半部との間に通路を形成したことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
- タービンロータが収容されるタービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの内周側に蒸気通路を形成し、当該蒸気通路内に前記タービンロータの軸長方向に向って複数のタービン段落を設け、当該タービン段落のタービン最終段落の出口側にチップフローガイドとルートフローガイドとで構成するディフューザを備え、このディフューザの出口側に前記外部ケーシングとベアリングコーンとで囲われるタービン排気室を備えた蒸気タービンにおいて、前記チップフローガイドのうち、チップフローガイド上半部は、その全体が前記外部ケーシングの上半部側に支持されるとともに、前記内部ケーシング上半部に対向する端面を自由端として前記内部ケーシング上半部との間に隙間を形成し、この隙間にシール部を装着したことを特徴とする蒸気タービン。
- 前記シール部は、閉鎖片とラビリンスパッキング片とを組み合わせたことを特徴とする請求項５記載の蒸気タービン。
- 前記シール部は、切欠溝を備えた閉鎖片とリング状弾性片とを組み合わせたことを特徴とする請求項５記載の蒸気タービン。
- 前記シール部は、閉鎖片とブラシシール片とを組み合わせたことを特徴とする請求項５記載の蒸気タービン。
- 前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシングと一体に設けられたベアリングコーンから延設されたストラットにより支持されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービン。
- ストラットは、前記チップフローガイド上半部の周方向に沿い、横断中心線を基点に角度３０°以上の左右に振り分けた位置と、縦断中心線の位置とのそれぞれに配設させたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービン。
- 前記ストラット内にスプレー管を挿通させたことを特徴とする請求項９又は１０記載の蒸気タービン。
- 前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシング上半部に固設する補強リブで支持させる構成にしたことを特徴とする請求項１乃至１１記載のいずれか１項記載の蒸気タービン。
- 前記チップフローガイド上半部は、外部ケーシング上半部に固設する整流板で支持させる構成にしたことを特徴とする請求項１乃至１１記載のいずれか１項記載の蒸気タービン。
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