JP2007100701A - 蒸気タービン排気ディフューザ - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンのボリュート形排気ディフューザを提供する。
【解決手段】軸流蒸気タービンは、排気ディフューザとして、排気を拡散しかつ排気を概して軸流方向から概して半径方向に向けるためのボリュート（４０）を含む。ボリュート出口（４６）は、蒸気タービンの底部または一方側に置くことが可能とされる。ボリュートおよびケーシングは、相互に別々に基礎に設置され、たわみ継手が双方間に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気タービンに関し、かつ特にボリュート形の排気ディフューザに関する。

従来の蒸気タービンにおいては、蒸気タービン、例えば複流下向き排気ユニットの内側ケースを取り囲む排気フードがあり、そのフードが縦方向に分かれ、タービンの対向する両側面および端部に延在する。この大型箱状の構造は、タービンの低圧区分全体を収容する。タービンからの排気出口は、概して円錐形状とされ、排気は概して軸流方向から、軸流方向に対して９０度流れ方向が変わる。この９０度流れ方向は、下向き、上向きまたは横向き、如何様の面にもあり得る。したがって、蒸気タービンの従来の排気フードは、円錐形状区分の出口端が大きな直線構造を成し、蒸気の流れを直角に屈曲させかつ拡散させる。蒸気流路はしたがって曲折が多く、その結果、損失および好ましくない圧力降下を来した。また、軸受等、タービンの様々な部品に保守目的でアクセスするのも、排気フードの上半分を取り外さなければならず、困難だったことが理解されよう。さらに、従来の蒸気タービンの排気フードは一般的に、タービンの内側ケーシングおよびダイヤフラム等、関係する蒸気流路部品その他を支持することも理解されよう。
米国特許第６，１３４，８７６号公報 米国特許第６，４１９，４４８号公報

したがって、排気圧の回収およびタービンの全体性能を改善するための新しいジオメトリを提供する必要性のあることが判明している。

本発明の好適な実施形態においては、軸流蒸気タービン流路であって、軸方向蒸気流路を画成するロータおよびケーシングと、排気を拡散するためのボリュートを含み、排気を概して軸流方向から概して横方向および接線方向に向ける、タービンの排気ディフューザとを備える流路が提供される。

図面に関し、特に図１に、複数のタービン動翼１４を搭載したロータ１２を含む蒸気タービンの一部を総括して符号１０により示す。また、複数のダイヤフラム１８を取り付けた内側ケーシング１６も示す。中央に配置された概して半径方向の蒸気入口２０は、タービンの対向軸側にある各タービン動翼および静翼に蒸気を与え、それによってロータを駆動する。ダイヤフラム１８の静翼および軸方向に隣接する動翼１４は、タービンの様々なステージを形成し、流路を形成する。蒸気がタービンの最終ステージから排出され、図示しない復水器内に流れることは理解されよう。

また図１には、タービンの内部ケーシングおよび軸受等の他の部品を囲繞し支持する外側排気フード２２も示す。図１の図解においては、タービンは、タービンから排出する蒸気を１つまたは複数の復水器に流す出口２６内に導く蒸気ガイド２４を含む。タービン、軸受および付属部品を支持する排気フードを使用するため、排気の流路は曲折が多く、圧力損失を被り易いために、性能および効率の低下を来す。

次に、本発明の１つの態様を示す図２においては、図１と同様の部品に数字１で始まる同様の符号を付してある。図示のように、従来技術の排気フード２２は、渦形ディフューザ４０とそっくり入れ替えられている。ディフューザ４０は、内側ケーシング１１６にたわみ継手４４により結合された拡散円錐状区分４２を含む。ボリュート４０の軸線は、ロータ１１２の回転軸に平行とされる。ボリュート４０の軸線は、軸中心かつボリュートを通じて概して渦状の流れの方向にほぼ垂直とされる。したがって、タービンの最終ステージから実質的に軸方向に流れる排気は、ボリュート４０内に入って流れの方向を約９０度変える。さらに、ボリュート４０を使用することにより、ボリュートのジオメトリによって蒸気が膨張し、その圧力を低下することが可能とされる。ボリュート４０はまた、拡散した蒸気を図示しない１つまたは複数の復水器に連結された出口４６を介して導く。図３に示すように、ボリュート４０は、断面積が出口４６側方向に増大する内部通路４８を含み、それによって排気を拡散させる。出口４６は、下向き排気口とする必要はなく、側面もしくは上向き排出口としてもよいことは理解されよう。いずれの構成においても、単一ボリュートによって単流蒸気タービンの排気が可能とされ、あるいは一対のボリュートによって複流蒸気タービンから蒸気排出が可能とされよう。図４に、一対のディフューザ出口通路を形成する振分け壁５０を有する二重壁ボリュートを示す。

ボリュートの蒸気をタービンの蒸気排出側で拡散することによって性能が向上するのみならず、さらに幾つかの利点がある。例えば、従来の蒸気タービンの排気フードが完全に廃され、もはや内側ケーシングおよびダイヤフラム等の、関係する蒸気流路部品を排気フードから支持する必要がない。内側ケーシングを囲繞するために排気フードを使用しないので、コスト節減も実現される。また、タービンの全体寸法も縮小される。従来は必要とされた蒸気ガイドも完全に除かれる。重要なこととして、内側ケーシングおよびタービンのボリュートがそれぞれタービンの基礎から直接支持される。それを助勢するため、たわみ継手４４（図２）が内側ケーシングとボリュート４０の間に設けられる。たわみ継手としては、伸縮ベローズ等、ディファレンシャルサーマルエキスパンションを可能とする、多数のタイプのものが考えられる。さらに、旧来タービン軸受を支持するために使用されていた排気フードはもはや必要とされない。図２に示すように、軸受５４は、支柱５６で支持可能とされ、支柱は直接タービンの基礎により支持される。斯様に、支柱によって軸受は強固に支持され、その結果タービンの信頼性が向上する。ボリュートは、複合材料、スチールプレートまたはスチールパイプ、構造用鋼、繊維強化プラスチック、あるいはこれらの材料の組合せにより形成して、所要の構造保全性および所望の蒸気流拡散特性を得ることが可能とされる。

以上に、本発明を現在最も実用性がありかつ好適と思慮される実施形態に関して説明したが、もとより本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、否むしろ、様々な変形および均等の装置を包含し、それらは付属の特許請求の範囲の理念と範囲内に属するものであることが理解されるべきである。

従来技術による複流下向き排気タービンの半分の切欠概略図である。 蒸気タービンの側部切欠断面図で、渦形構成を有する排気ディフューザを示す図である。 排気を蒸気タービンから受けるのに使用可能なボリュートのひとつの実施形態の軸方向端を示す図である。 排気を蒸気タービンから受けるのに使用可能なボリュートの別の実施形態の軸方向端を示す図である。

符号の説明

１２ ロータ
１６ ケーシング
４０ ボリュート
４４ たわみ継手
４６ 出口

Claims (7)

1. 軸流蒸気タービン流路であって、
   軸方向蒸気流路を画成するロータ（１２）およびケーシング（１６）と、
   排気を拡散するためのボリュート（４０）を含み、排気を略軸流方向から略横方向および接線方向に向ける、タービンの排気ディフューザとを備える流路。
2. 前記ボリュート（４０）は、前記流路の軸線に対して略平行な軸線を有する請求項１記載の流路。
3. 前記排気ディフューザおよび前記ケーシングは、相互に別々に基礎に設置される請求項１記載の流路。
4. 前記排気ディフューザと前記ケーシング（１６）の間にたわみ継手（４４）を含む請求項１記載の流路。
5. 前記ボリュート（４０）は、前記流路の軸線に対し略平行な軸線を有し、前記ボリュートは、下向き、上向きまたは横方向に面する出口（４６）で終わる、請求項１記載の流路。
6. 前記ボリュート（４０）は、前記流路の軸線に対して略平行な軸線を有し、前記排気ディフューザおよび前記ケーシングは、相互に別々に基礎に設置される請求項１記載の流路。
7. 前記排気ディフューザと前記ケーシングの間にたわみ継手（４４）を含む請求項６記載の流路。

Images