JP2015063988A - 蒸気タービン - Google Patents

蒸気タービン Download PDF

Info

Publication number
JP2015063988A
JP2015063988A JP2014105128A JP2014105128A JP2015063988A JP 2015063988 A JP2015063988 A JP 2015063988A JP 2014105128 A JP2014105128 A JP 2014105128A JP 2014105128 A JP2014105128 A JP 2014105128A JP 2015063988 A JP2015063988 A JP 2015063988A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
steam
turbine rotor
inclination angle
axial direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014105128A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6334258B2 (ja
Inventor
太郎 野口
Taro Noguchi
太郎 野口
祐志 佐伯
Yushi Saeki
祐志 佐伯
富永 純一
Junichi Tominaga
純一 富永
新一郎 大橋
Shinichiro Ohashi
新一郎 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014105128A priority Critical patent/JP6334258B2/ja
Priority to US14/462,856 priority patent/US9581026B2/en
Priority to EP14181598.5A priority patent/EP2853694B1/en
Publication of JP2015063988A publication Critical patent/JP2015063988A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6334258B2 publication Critical patent/JP6334258B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/04Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially axially
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246Fastening of diaphragms or stator-rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30Exhaust heads, chambers, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/31Application in turbines in steam turbines

Abstract

【課題】排気室における流れの剥離を抑制し、圧力損失を低減することができる蒸気タービンを提供する。
【解決手段】実施形態の蒸気タービン10は、タービンロータ22に周方向に構成された動翼翼列と、タービンロータ22が貫設された内部ケーシング21と、内部ケーシング21を包囲する外部ケーシング20と、内部ケーシング21の内側のダイアフラム外輪26とダイアフラム内輪27との間に周方向に構成された静翼翼列と、最終のタービン段落の下流側に設けられ、スチームガイド40とベアリングコーン50とで形成され、蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザ60とを備える。最終のタービン段落のダイアフラム外輪26aの内面70のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ1は、スチームガイド40の入口の内面80のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ2以上である。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、排気室を備える蒸気タービンに関する。
火力発電所などで用いられる蒸気タービンの熱効率の向上は、エネルギ資源の有効利用や、二酸化炭素(CO)排出量の削減につながる重要な課題となっている。蒸気タービンの熱効率の向上は、与えられたエネルギを有効に機械仕事に変換することで達成することができ、そのためには様々な内部損失を低減することが必要である。
蒸気タービンの内部損失には、翼の形状に起因するプロファイル損失、蒸気の二次流れ損失、蒸気の漏洩損失、蒸気の湿り損失などに基づくタービン翼列損失、蒸気弁やクロスオーバー管に代表される翼列以外の通路における通路部損失、タービン排気室によるタービン排気損失などがある。
これら損失の中で、タービン排気損失は、全内部損失の10〜20%を占める大きな損失である。タービン排気損失は、タービン段落の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る。タービン排気損失は、リービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンナップ損失などにさらに分類される。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る。フード損失は、ディフューザを含めた排気室の形式、形状、サイズに依存する。
一般に、圧力損失は、蒸気の流速の二乗に比例して大きくなる。そのため、許容される範囲で排気室のサイズを大きくして蒸気の流速を低減することが効果的である。しかしながら、排気室のサイズを大きくする際、製造コストや建屋の配置スペースなどからの制約を受ける。フード損失を低減させるために排気室のサイズを大きくする際にも、このような制約を受ける。また、フード損失は、タービンロータ軸方向の速度である軸流速度、換言すると排気室を通過する体積流量に依存する。
フード損失は、ディフューザを含めた排気室の設計に依存する。低圧タービンの排気室は、蒸気タービン全体の中でも大きな容量を占める。そのため、フード損失を低減させるために排気室のサイズの拡大することは、蒸気タービン全体のサイズや製造コストに大きな影響を与える。そこで、限られた排気室のサイズで、圧力損失の小さい形状とすることが重要となる。
従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型(ダブルフロー型)の低圧タービンでは、最終のタービン段落の動翼を通過した蒸気は、スチームガイドとベアリングコーンとで構成される環状のディフューザに導かれる。ディフューザに導かれた蒸気は、半径方向外側に向かって、放射状に流出する。放射状に流出した蒸気は、ケーシングなどによって流れが転向され、蒸気タービンの下方に設置された復水器に導かれる。
このような低圧タービンにおいて、排気室内での圧力損失(静圧損失)を低減するためには、環状のディフューザで流れを減速させ、十分に静圧を回復させることが重要である。しかしながら、このような低圧タービンにおいて、例えば、スチームガイドの入口における内面のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度が大きい場合、蒸気は、ディフューザ内の入口に近い位置で剥離する。このような剥離は、ディフューザ内において蒸気の流れを緩やかに転向することができない場合、具体的には、ベアリングコーンのタービンロータ軸方向の距離が短い場合に顕著に発生する。
従来においては、最終のタービン段落における動翼の先端部(シュラウド)を半径方向外側に急拡大する形状とすることで、スチームガイドにおける流れの剥離を抑制する試みがなされている。
特開2010−216321号公報
しかしながら、従来の蒸気タービンのスチームガイドにおける流れの剥離の抑制は十分ではない。そのため、蒸気タービンにおいて、排気室内での圧力損失を確実に低減できる技術が求められている。
本発明が解決しようとする課題は、排気室における流れの剥離を抑制し、圧力損失を低減することができる蒸気タービンを提供することである。
実施形態の蒸気タービンは、タービンロータと、前記タービンロータに周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、前記動翼翼列を備えたタービンロータが貫設された内部ケーシングと、前記内部ケーシングを包囲する外部ケーシングと、前記内部ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に周方向に複数の静翼を取り付けて構成され、前記動翼翼列とタービンロータ軸方向に交互に配置された静翼翼列と、前記静翼翼列と前記静翼翼列の直下流の前記動翼翼列とによって構成されるタービン段落のうち、最終のタービン段落の下流側に設けられ、スチームガイドと、前記スチームガイドの内側のベアリングコーンとによって形成され、最終の前記タービン段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザとを備える。
そして、蒸気タービンにおいて、最終の前記タービン段落の前記静翼の外周が取り付けられた前記ダイアフラム外輪の内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ1は、前記スチームガイドの入口における内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ2以上に設定されている。
実施の形態の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面を示す図である。 実施の形態の蒸気タービンにおける最終のタービン段落および環状ディフューザの鉛直方向の子午断面を拡大した図である。 実施の形態の蒸気タービンにおける、他の構成を備える最終のタービン段落、および環状ディフューザの鉛直方向の子午断面を拡大した図である。 (L/D)と「θ1−θ2」との関係から、剥離損失、曲がり損失が発生する領域を求めた結果示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、実施の形態の蒸気タービン10の鉛直方向の子午断面を示す図である。ここでは、蒸気タービン10として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明する。
図1に示すように、蒸気タービン10において、外部ケーシング20内には、内部ケーシング21が備えられている。内部ケーシング21内には、タービンロータ22が貫設されている。このタービンロータ22には、周方向に亘って半径方向外側に突出するロータディスク23が形成されている。このロータディスク23は、タービンロータ軸方向に複数段形成されている。
タービンロータ22のロータディスク23には、周方向に複数の動翼24が植設され、動翼翼列を構成している。この動翼翼列は、タービンロータ軸方向に複数段備えられている。タービンロータ22は、ロータ軸受25によって回転可能に支持されている。
内部ケーシング21の内側には、ダイアフラム外輪26とダイアフラム内輪27とが設けられている。ダイアフラム外輪26とダイアフラム内輪27との間には、周方向に複数の静翼28が配設され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ軸方向に動翼翼列と交互になるように配置されている。静翼翼列と、この静翼翼列の直下流の動翼翼列とで一つのタービン段落を構成する。
蒸気タービン10の中央には、クロスオーバー管29からの蒸気が導入される吸気室30を備えている。この吸気室30から左右のタービン段落に蒸気を分配して導入する。
最終のタービン段落の下流側には、外周側のスチームガイド40と、その内周側のベアリングコーン50とによって形成された、蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザ60が形成されている。なお、ベアリングコーン50の内部には、例えば、ロータ軸受25などが備えられている。
環状ディフューザ60を備えた下方排気型の排気室の下方には、例えば、復水器(図示しない)が備えられる。
なお、上記した、外部ケーシング20、内部ケーシング21、スチームガイド40、ベアリングコーン50などは、上下に2つ割り構造で構成されている。例えば、上半側および下半側のスチームガイド40によって筒状のスチームガイド40が構成される。同様に、上半側および下半側のベアリングコーン50よって筒状のベアリングコーン50が構成される。そして、筒状のスチームガイド40と、その内側に設けられた筒状のベアリングコーン50とによって、環状ディフューザ60が構成される。なお、スチームガイド40およびベアリングコーン50における上半側および下半側の構成は同じである。
次に、最終のタービン段落および環状ディフューザ60の構成について詳しく説明する。
図2は、実施の形態の蒸気タービン10における最終のタービン段落および環状ディフューザ60の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。なお、図2において、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部には、図1で示した構成部の符号に「a」を加えて示している。
図2に示すように、最終のタービン段落の静翼28aは、ダイアフラム外輪26aとダイアフラム内輪27aとの間に取り付けられている。静翼28aの外周が取り付けられたダイアフラム外輪26aの内面70は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に、例えば、直線的に拡大する。この内面70は、タービンロータ軸方向の下流側(図2では右方向)に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度θ1で傾斜している。
静翼28aの下流の動翼24aの先端部は、例えば、シュラウド75が備えられている。動翼24aの先端部にシュラウド75を備えることで、先端の振動による流れの不安定性を抑制することができる。動翼24aの周囲の、ダイアフラム外輪26aの内面110は、図2に示すように、タービンロータ軸方向に、例えば、ほぼ水平となっている。
なお、動翼24aの先端部、すなわちシュラウド75は、ダイアフラム外輪26aの内面110との距離を一定に維持するため、図2に示す断面において、例えば、ほぼ水平に構成されている。動翼24aの先端部を、内面110に沿ってタービンロータ軸方向にほぼ水平とすることで、例えば、タービンロータ22のタービンロータ軸方向への熱伸びした場合においても、動翼24aの先端部と内面110との間からの漏洩蒸気量の増加を抑制することができる。これによって、動翼24aから流出する蒸気の流れを安定させて、環状ディフューザ60に導入することができる。
ここでは、動翼24aの先端部にシュラウド75を備えた一例を示したが、動翼24aの先端部にシュラウド75を備えない構成であってもよい。先端部にシュラウド75を備えない場合には、動翼24aの先端が、図2に示す断面において、例えば、ほぼ水平に構成されている。
最終のタービン段落の下流側には、スチームガイド40と、ベアリングコーン50とによって形成された環状ディフューザ60が形成されている。
ベアリングコーン50は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い、半径方向外側に拡開する拡大筒状に構成されている。ベアリングコーン50の上流端は、図2に示すように、回動するロータディスク23aに接しない程度に、ロータディスク23aの下流側端面のうちの半径方向外側部分に隣接している。ベアリングコーン50の下流端は、外部ケーシング20の、タービンロータ軸方向の下流側の側壁90の内壁面91に接している。
ここでは、ベアリングコーン50は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い湾曲しながら拡大する一例を示している。なお、ベアリングコーン50は、例えば、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に、直線的に拡大する部分および湾曲しながら拡大する部分を備えた構成としてもよい。また、ベアリングコーン50は、例えば、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に、直線的に拡大する部分を複数備えた構成としてもよい。
スチームガイド40は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い、半径方向外側に拡開する拡大筒状に構成されている。スチームガイド40の上流端は、図2に示すように、ダイアフラム外輪26aの下流側端面のうちの半径方向内側部分に接している。スチームガイド40の上流部は、例えば、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に直線的に拡大し、下流部は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大する。なお、スチームガイド40の形状は、これに限られない。スチームガイド40は、例えば、上流端から下流端において、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大するラッパ状に構成されてもよい。
スチームガイド40の入口における内面80は、図2に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度θ2で傾斜している。なお、スチームガイド40が、上流端から下流端において、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大する場合には、拡大傾斜角度θ2は、図2に示した断面において、スチームガイド40の内面80の上流端における接線とタービンロータ軸方向とのなす角で定義される。
ここで、拡大傾斜角度θ1は、拡大傾斜角度θ2以上とすることが好ましい。このように拡大傾斜角度θ1、θ2を設定することで、最終のタービン段落を流出した蒸気は、スチームガイド40の入口における内面80に沿って流れる。これによって、スチームガイド40の内面80に生じる流れの剥離を防止できる。そして、環状ディフューザ60におけるディフューザ性能の低減を抑制できる。
動翼24aの根元の最下流端100からベアリングコーン50の下流端が接する側壁90の内壁面91までの距離をLとし、動翼24aの外径をDとする。ここで、外径Dは、動翼24aが回転する際、動翼24aの翼先端が描く円の直径に等しい。なお、動翼24aがシュラウド75を備える場合には、外径Dは、図1および図2に示すように、シュラウド75を含んだ外径である。ディフューザ性能を確保するために、例えば、距離Lと外径Dとの比(L/D)に応じて、拡大傾斜角度θ1、θ2を設定することが好ましい。
ここで、L/Dは、0.2以上0.6以下に設定することが好ましい。L/Dが0.2を下回る場合には、「拡大傾斜角度θ1−拡大傾斜角度θ2」が0度以上において、スチームガイド40の内面80に生じる流れの剥離による圧力損失(以下、剥離損失という。)が発生する。一方、L/Dが0.6を超える場合には、排気室のサイズが増大する。
(L/D)が0.2以上0.6以下の範囲において次の関係式(1)を満たすことが好ましい。
0≦拡大傾斜角度θ1−拡大傾斜角度θ2≦40(L/D)−4 …式(1)
なお、上記関係式の単位は、度である。
「拡大傾斜角度θ1−拡大傾斜角度θ2」が0度を下回ると、剥離損失が発生する。一方、「拡大傾斜角度θ1−拡大傾斜角度θ2」が「40(L/D)−4」を超えると、環状ディフューザ60の半径方向外側への曲がりによる圧力損失(以下、曲がり損失という。)が発生する。
上記したように、(L/D)に応じて、拡大傾斜角度θ1、θ2を上記の式(1)を満たすように設定することで、剥離損失および曲がり損失を防止することができる。これによって、環状ディフューザ60におけるディフューザ性能の低減を抑制することができる。
ここで、蒸気タービン10の動作について、図1および図2を参照して説明する。
クロスオーバー管29を経て蒸気タービン10内の吸気室30に流入した蒸気は、左右のタービン段落に分岐して流れる。そして、各タービン段落の静翼28、動翼24を備える蒸気流路を膨張仕事をしながら通過し、タービンロータ22を回転させる。最終のタービン段落を通過した蒸気は、環状ディフューザ60内に流入する。
ここで、ダイアフラム外輪26aの内面70に沿って流れてきた蒸気は、環状ディフューザ60の入口においても、内面70の拡大傾斜角度θ1を有して流れている。そのため、最終のタービン段落を通過した蒸気が環状ディフューザ60内に流入する際、蒸気は、剥離することなく、スチームガイド40の内面80に沿って流れる。そして、その流れは、環状ディフューザ60によって減速される。
また、環状ディフューザ60内の曲がり流路を蒸気が流れるときも、蒸気は、曲がり損失を生じることなく流れる。そのため、環状ディフューザ60において、静圧が十分に回復される。
環状ディフューザ60の出口において、蒸気は、半径方向外側に流出する。半径方向外側に流出した蒸気は、流れが下方に転向される。そして、転向された蒸気は、例えば、タービンロータ22の下方に設置された復水器(図示しない)に導かれる。
なお、ここでは、タービンロータ22の下方に復水器(図示しない)が設置された一例を示したが、復水器は、例えば、タービンロータ軸方向に垂直でかつ水平な方向の、蒸気タービン10の側部側に備えられてもよい。換言すれば、蒸気タービン10は、下方排気型に限らず、側方排気型であってもよい。
上記したように、実施の形態の蒸気タービン10によれば、距離Lと動翼24aの外径Dとの比(L/D)に応じて、拡大傾斜角度θ1、θ2を設定することで、排気室の環状ディフューザ60における剥離損失および曲げ損失を抑制することができる。これによって、排気室における圧力損失を低減することができる。
なお、実施の形態の蒸気タービン10は、上記した構成に限られるものではない。図3は、実施の形態の蒸気タービン10における、他の構成を備える最終のタービン段落、および環状ディフューザ60の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。なお、図3において、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部には、図1で示した構成部の符号に「a」を加えて示している。
図3に示すように、最終段のタービン段落における動翼24aの周囲の、ダイアフラム外輪26aの内面110を、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に、例えば、直線的に拡大するように構成してもよい。この内面110は、タービンロータ軸方向の下流側(図3では右方向)に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度θ3で傾斜している。
この場合、動翼24aの先端部のシュラウド75は、ダイアフラム外輪26aの内面110との距離を一定に維持するため、図3に示すように、例えば、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度θ3で傾斜するように設けられる。このようなシュラウド75を備える場合、動翼24aの外径Dは、図3に示すように、動翼24aが回転する際、シュラウド75の半径方向の最先端75aが描く円の直径に等しい。なお、シュラウド75の半径方向の最先端75aとは、図3に示すように、シュラウド75の最も下流側における半径方向外側の端部である。
ここで、拡大傾斜角度θ3は、距離Lと動翼24aの外径Dとの比(L/D)によらず、次の式(2)の関係を満たすことが好ましい。
0<拡大傾斜角度θ3≦拡大傾斜角度θ1+5 …式(2)
なお、上記関係式の単位は、度である。
拡大傾斜角度θ3をこの範囲内に設定することで、ダイアフラム外輪26aの内面70に沿って流れてきた蒸気は、内面110通過後、内面70の拡大傾斜角度θ1を有して流れる。すなわち、ダイアフラム外輪26aの内面70に沿って流れてきた蒸気は、環状ディフューザ60の入口においても、内面70の拡大傾斜角度θ1を有して流れる。そのため、最終のタービン段落を通過した蒸気が環状ディフューザ60内に流入する際、蒸気は、剥離することなく、スチームガイド40の内面80に沿って流れる。そして、その流れは、環状ディフューザ60によって減速される。これによって、図2に示した構成における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記した実施の形態では、蒸気タービン10として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明したが、本実施の形態は、例えば、単流形の低圧タービンに適用することもできる。
(ディフューザ性能の評価)
ここでは、「距離Lと動翼24aの外径Dとの比(L/D)」と「拡大傾斜角度θ1−拡大傾斜角度θ2」との関係から、剥離損失、曲がり損失が発生する条件を検討した。
ここで、評価する蒸気タービンのモデルとして、図2に示した構成を採用した。すなわち、動翼24aの周囲の、ダイアフラム外輪26aの内面110を、図2に示すように、タービンロータ軸方向に水平とした。
図4は、(L/D)と「θ1−θ2」との関係から、剥離損失、曲がり損失が発生する領域を求めた結果示す図である。なお、図4は、数値解析によって求められた結果である。
図4において、直線Lは、複数の異なる(L/D)の条件において、「θ1−θ2」を変化させたときに、曲がり損失がなくなる境界の「θ1−θ2」の角度をプロットして、近似した直線である。この直線よりも上方、すなわち「θ1−θ2」が大きい条件で曲がり損失が発生する。換言すれば、この直線上および直線よりも下方では、曲がり損失は発生しない。この直線Lは、「θ1−θ2=40(L/D)−4」の関係式で示される。
直線Mは、複数の異なる(L/D)の条件において、「θ1−θ2」を変化させたときに、剥離損失がなくなる境界の「θ1−θ2」の角度をプロットして、近似した直線である。この直線よりも下方、すなわち「θ1−θ2」が小さい条件で剥離損失が発生する。換言すれば、この直線上および直線よりも上方では、剥離損失は発生しない。この直線Mは、「θ1−θ2=0」で示される。
なお、(L/D)の範囲は、前述したように0.2以上0.6以下とし、その範囲で、剥離損失、曲がり損失が発生する条件を評価した。図4において、剥離損失および曲がり損失の双方が発生しない領域は、斜線で示されている。
図4に示すように、(L/D)が0.2以上0.6以下の範囲において、直線Lと直線Mとによって囲まれる範囲では、剥離損失および曲がり損失の双方が発生しないことがわかる。この範囲は、式(1)の関係を満たす範囲である。
このように、直線Lと直線Mとによって囲まれる範囲では、剥離損失および曲げ損失が発生しないため、優れたディフューザ性能を有する環状ディフューザ60を構成することができる。
以上説明した実施形態によれば、排気室における流れの剥離を抑制し、圧力損失を低減することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…蒸気タービン、20…外部ケーシング、21…内部ケーシング、22…タービンロータ、23,23a…ロータディスク、24,24a…動翼、25…ロータ軸受、26,26a…ダイアフラム外輪、27,27a…ダイアフラム内輪、28,28a…静翼、29…クロスオーバー管、30…吸気室、40…スチームガイド、50…ベアリングコーン、60…環状ディフューザ、70,80,110…内面、75…シュラウド、75a…最先端、90…側壁、91…内壁面、100…最下流端。

Claims (2)

  1. タービンロータと、
    前記タービンロータに周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、
    前記動翼翼列を備えたタービンロータが貫設された内部ケーシングと、
    前記内部ケーシングを包囲する外部ケーシングと、
    前記内部ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に周方向に複数の静翼を取り付けて構成され、前記動翼翼列とタービンロータ軸方向に交互に配置された静翼翼列と、
    前記静翼翼列と前記静翼翼列の直下流の前記動翼翼列とによって構成されるタービン段落のうち、最終のタービン段落の下流側に設けられ、スチームガイドと、前記スチームガイドの内側のベアリングコーンとによって形成され、最終の前記タービン段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザと
    を備え、
    最終の前記タービン段落の前記静翼の外周が取り付けられた前記ダイアフラム外輪の内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ1が、前記スチームガイドの入口における内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ2以上であることを特徴とする蒸気タービン。
  2. 最終の前記タービン段落における前記動翼の根元の最下流端から前記ベアリングコーンの下流側の端部が接する前記外部ケーシングの下流側側壁の内面までの距離Lと、最終の前記タービン段落における前記動翼の外径Dとの比(L/D)が0.2以上0.6以下の範囲において、次の関係式を満たすことを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン。
    0≦拡大傾斜角度θ1(度)−拡大傾斜角度θ2(度)≦40(L/D)−4
JP2014105128A 2013-08-28 2014-05-21 蒸気タービン Active JP6334258B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014105128A JP6334258B2 (ja) 2013-08-28 2014-05-21 蒸気タービン
US14/462,856 US9581026B2 (en) 2013-08-28 2014-08-19 Steam turbine
EP14181598.5A EP2853694B1 (en) 2013-08-28 2014-08-20 Steam turbine

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013176728 2013-08-28
JP2013176728 2013-08-28
JP2014105128A JP6334258B2 (ja) 2013-08-28 2014-05-21 蒸気タービン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015063988A true JP2015063988A (ja) 2015-04-09
JP6334258B2 JP6334258B2 (ja) 2018-05-30

Family

ID=51389967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014105128A Active JP6334258B2 (ja) 2013-08-28 2014-05-21 蒸気タービン

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9581026B2 (ja)
EP (1) EP2853694B1 (ja)
JP (1) JP6334258B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017125425A (ja) * 2016-01-12 2017-07-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン排気装置のフローガイド及び蒸気タービンの排気装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9598981B2 (en) * 2013-11-22 2017-03-21 Siemens Energy, Inc. Industrial gas turbine exhaust system diffuser inlet lip
JP6518526B2 (ja) * 2015-06-18 2019-05-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 軸流タービン
JP6731359B2 (ja) * 2017-02-14 2020-07-29 三菱日立パワーシステムズ株式会社 排気ケーシング、及びこれを備える蒸気タービン
CN107131015A (zh) * 2017-05-18 2017-09-05 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种汽轮机低压排汽缸导流环
JP6944871B2 (ja) * 2017-12-28 2021-10-06 三菱パワー株式会社 排気室及び蒸気タービン
CN108952821B (zh) * 2018-09-25 2023-12-08 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种固定船用汽轮机导流板结构
JP2021001573A (ja) * 2019-06-21 2021-01-07 株式会社東芝 蒸気タービン
JP7458947B2 (ja) * 2020-09-15 2024-04-01 三菱重工コンプレッサ株式会社 蒸気タービン

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62174507A (ja) * 1986-01-27 1987-07-31 Toshiba Corp 軸流タ−ボ機械の排気デイフユ−ザ
JPH11303608A (ja) * 1998-04-24 1999-11-02 Toshiba Corp 蒸気タービン
JP2005023809A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Toshiba Corp 蒸気タービン
JP2006329148A (ja) * 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Ltd タービン排気装置
US20080063516A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Siemens Power Generation, Inc. Adjustable turbine exhaust flow guide and bearing cone assemblies
JP2010216321A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Hitachi Ltd 蒸気タービンの動翼及びそれを用いた蒸気タービン
JP2011169172A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービン
JP2012202393A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Toshiba Corp 蒸気タービン

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT383396B (de) 1984-08-17 1987-06-25 Proizv Ob Turbostroenia Niederdruckzylinder einer dampfturbine
US6261055B1 (en) * 1999-08-03 2001-07-17 Jerzy A. Owczarek Exhaust flow diffuser for a steam turbine
US20120163969A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-28 General Electric Company Turbine including exhaust hood
KR20120124030A (ko) 2011-05-02 2012-11-12 가부시끼가이샤 도시바 풍력 발전 시스템 및 그 제어 방법
KR20140025716A (ko) 2012-08-22 2014-03-05 현대중공업 주식회사 풍력발전기 제어 시스템

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62174507A (ja) * 1986-01-27 1987-07-31 Toshiba Corp 軸流タ−ボ機械の排気デイフユ−ザ
JPH11303608A (ja) * 1998-04-24 1999-11-02 Toshiba Corp 蒸気タービン
JP2005023809A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Toshiba Corp 蒸気タービン
JP2006329148A (ja) * 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Ltd タービン排気装置
US20080063516A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Siemens Power Generation, Inc. Adjustable turbine exhaust flow guide and bearing cone assemblies
JP2010216321A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Hitachi Ltd 蒸気タービンの動翼及びそれを用いた蒸気タービン
JP2011169172A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービン
JP2012202393A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Toshiba Corp 蒸気タービン

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017125425A (ja) * 2016-01-12 2017-07-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン排気装置のフローガイド及び蒸気タービンの排気装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6334258B2 (ja) 2018-05-30
US9581026B2 (en) 2017-02-28
US20150063992A1 (en) 2015-03-05
EP2853694A2 (en) 2015-04-01
EP2853694B1 (en) 2019-02-06
EP2853694A3 (en) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6334258B2 (ja) 蒸気タービン
JP5606473B2 (ja) 蒸気タービン
JP5499348B2 (ja) 蒸気タービンの排気装置
JP6847673B2 (ja) タービン排気室
JP2011085134A (ja) 排気ガスディフューザ
JP5618879B2 (ja) 軸流排気タービン
JP5606373B2 (ja) 蒸気タービン
WO2014010052A1 (ja) 軸流流体機械
JP2018173020A (ja) 遠心圧縮機
JP6188069B2 (ja) 圧縮機、及びガスタービン
JP2015194085A (ja) 蒸気タービン
JP6518526B2 (ja) 軸流タービン
US8870532B2 (en) Exhaust hood diffuser
JP5687641B2 (ja) 軸流排気タービン
JP2017061898A (ja) 蒸気タービン
JP2018135836A (ja) 遠心圧縮機
JP2020020465A (ja) シール装置およびターボ機械
JP5677332B2 (ja) 蒸気タービン
JP2005233154A (ja) 蒸気タービン
JP2016217285A (ja) 蒸気タービン
JP2016135998A (ja) 蒸気タービン
JP7278903B2 (ja) タービン排気室
JP2010169047A (ja) 軸流タービン
JP2021001573A (ja) 蒸気タービン
KR101811223B1 (ko) 증기 터빈

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171124

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171201

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20171201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180403

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180426

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6334258

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150