JP2018087531A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンの排気室内の構造物又は排気室の壁面と旋回流との衝突に起因した流体損失を低減可能な蒸気タービンを提供する。
【解決手段】蒸気タービンは、排気室と、前記排気室の上流側に設けられる動翼と、前記排気室の上流側に設けられる静翼と、を備え、前記排気室は、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられるベアリングコーンと、前記ケーシング内において前記ベアリングコーンの外周側に設けられ、前記ベアリングコーンとともにディフューザ通路を形成するフローガイドと、前記ベアリングコーンの外表面又は前記フローガイドの内表面の少なくとも一方から突出するように設けられ、前記ディフューザ通路に流入する蒸気流れの旋回成分を低減するための旋回阻止部と、を含む。
【選択図】 図２

Description

本開示は、蒸気タービンの排気室、蒸気タービン排気室用のベアリングコーン及びフローガイド、並びに蒸気タービンに関する。

蒸気タービンのタービン車室からの蒸気は、通常、排気室を介して蒸気タービンから排出される。タービン車室から排気室に流入する蒸気流れは、タービン車室においてロータとともに回転する動翼列を通過する際に該動翼列の回転力を受けるため、旋回成分を持った旋回流となる場合がある。
そこで、排気室に流入する蒸気流れが旋回成分を持つ場合を想定した種々の工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、排気室に設置した上半側リブに起因する圧力損失を低減するために、排気室正面側からみて第１象限に上半側リブを配置した蒸気タービンの排気室が記載されている。さらに、特許文献１では、排気室における静圧回復を促進するため、ディフューザ内に渦巻状のフローガイドを配置することが記載されている。

また、特許文献２には、排気室下部における旋回流を低減して静圧回復を得るため、排気室の下部に、蒸気の旋回流を鉛直方向に偏向させて蒸気流れを減速するためのフローガイドが設けられた蒸気タービンが記載されている。

また、特許文献３には、最終段の動翼列を通過していない蒸気のチップフローと、最終段の動翼列を通過した蒸気主流との排気室内における混合の際の損失を低減するため、チップフローに蒸気主流と同じ方向の旋回成分を持たせるための偏向部材を排気室内のフローガイドに設けた蒸気タービンが記載されている。

特開２００４−２１１５８６号公報 特開２００２−５４４０４号公報 特開２０１１−２２０１２５号公報

排気室に流入する蒸気流れが旋回成分を持つ場合、排気室内の構造物又は排気室の壁面に旋回流が衝突して損失が発生し、排気室の性能が低下する可能性がある。
この点、特許文献１〜３には、蒸気タービンの排気室内の構造物又は排気室の壁面と旋回流との衝突に起因した流体損失を十分に低減し得る具体的方策が開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、蒸気タービンの排気室内の構造物又は排気室の壁面と旋回流との衝突に起因した流体損失を低減可能な蒸気タービンの排気室、蒸気タービン排気室用のベアリングコーン及びフローガイド、並びに蒸気タービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンの排気室は、
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられるベアリングコーンと、
前記ケーシング内において前記ベアリングコーンの外周側に設けられ、前記ベアリングコーンとともにディフューザ通路を形成するフローガイドと、
前記ベアリングコーンの外表面又は前記フローガイドの内表面の少なくとも一方から突出するように設けられ、前記ディフューザ通路に流入する蒸気流れの旋回成分を低減するための旋回阻止部と、
を備える。

上記（１）の構成によれば、ベアリングコーン又はフローガイドの少なくとも一方に旋回阻止部を設けたので、ディフューザ通路内において蒸気流れの旋回成分を弱めることができる。このため、ディフューザ通路を通過後の蒸気流れが排気室ケーシングの壁面や排気室内の構造物等と干渉することに起因した損失を低減することができる。このようにして、排気室内における蒸気の旋回成分に起因した流体損失を低減することにより、蒸気タービン全体としての効率を向上させることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記旋回阻止部は、前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って、前記ベアリングコーンの前記外表面又は前記フローガイドの前記内表面に立設された板部を含む。

上記（２）の構成によれば、ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って設けられた板部により、蒸気流れの旋回成分をディフューザ通路内において効果的に低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記板部は、前記軸方向に沿った断面内において、前記ベアリングコーンの前記外表面又は前記フローガイドの前記内表面に沿って湾曲している。

典型的な蒸気タービンの排気室では、ベアリングコーンの軸方向に沿った断面内において、ベアリングコーンの外表面及びフローガイドの内表面はそれぞれ湾曲しており、両者によって形成されるディフューザ通路は湾曲形状を有する。このため、上記（３）の構成のように、ベアリングコーンの外表面又はフローガイドの内表面に沿って湾曲した板部を旋回阻止部として用いることで、ディフューザ通路内においてベアリングコーンの外表面及びフローガイドの内表面に沿って流れる蒸気の旋回成分を効果的に低減することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記旋回阻止部は、前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って、前記ベアリングコーンの前記外表面又は前記フローガイドの前記内表面の少なくとも一方に立設された複数の板部を含む。

上記（４）の構成によれば、ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って設けられた複数の板部により、蒸気流れの旋回成分をディフューザ通路内において効果的に低減することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記複数の板部は、
前記ベアリングコーンの前記外表面上にて互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第１板部と、
前記フローガイドの前記内表面上にて互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第２板部と、
を含む。

上記（５）の構成によれば、互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第１板部と、互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第２板部とを含む旋回阻止部によって、蒸気流れの旋回成分をディフューザ通路内において効果的に低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記複数の第１板部は、前記ベアリングコーンの中心軸を通る鉛直線に関して線対称に配置され、
前記複数の第２板部は、前記鉛直線に関して線対称に配置される。

上記（６）の構成によれば、複数の第１板部および複数の第２板部が、それぞれ、ベアリングコーンの中心軸を通る鉛直線に関して線対称に配置されるので、排気室の左右両側における流れの偏りを抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、
複数の前記第１板部と複数の前記第２板部とが、前記ベアリングコーンの径方向において互いに対向するように配置される。

上記（７）の構成によれば、複数の第１板部と複数の第２板部とが、ベアリングコーンの径方向において互いに対向するように配置されるので、ディフューザ通路に流入する蒸気流れの旋回成分を効果的に抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、
複数の前記第１板部と複数の前記第２板部とが、前記ベアリングコーンの周方向において互い違いに配置される。

上記（８）の構成によれば、複数の第１板部と複数の第２板部とが、ベアリングコーンの周方向において互い違いに配置されるので、第１板部及び第２板部の設置に起因したディフューザ通路内の圧力損失の増大を抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記排気室の上部において、前記ケーシングの内壁面と前記フローガイドの外表面との間に設けられる第３板部をさらに備える。

上記（９）の構成によれば、旋回阻止部に加え、排気室の上部に設けられた第３板部によって、ケーシングとフローガイドとの間において蒸気流れの旋回成分を弱めることができる。これにより、排気室内において蒸気流れが排気室ケーシングの壁面や排気室内の構造物等と干渉することに起因した損失をより効果的に低減することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記第３板部は、前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って延在する。

上記（１０）の構成によれば、ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って設けられた第３板部により、ケーシングとフローガイドとの間において蒸気流れの旋回成分を効果的に低減することができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンは、
前記（１）乃至（１０）の何れかに記載の排気室と、
前記排気室の上流側に設けられる動翼と、
前記排気室の上流側に設けられる静翼と、
を備える。

上記（１１）の構成によれば、ベアリングコーン又はフローガイドの少なくとも一方に旋回阻止部を設けたので、ディフューザ通路内において蒸気流れの旋回成分を弱めることができる。このため、ディフューザ通路を通過後の蒸気流れが排気室ケーシングの壁面や排気室内の構造物等と干渉することに起因した損失を低減することができる。このようにして、排気室内における蒸気の旋回成分に起因した流体損失を低減することにより、蒸気タービン全体としての効率を向上させることができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービン排気室用のベアリングコーンは、
蒸気タービンの排気室のためのベアリングコーンであって、
前記ベアリングコーンの軸方向に沿って外径が増大する外表面を有するベアリングコーン本体と、
前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って、前記ベアリングコーン本体の前記外表面から径方向外側に突出するように設けられた複数の第１板部と、
を備える。

上記（１２）の構成によれば、ベアリングコーンに旋回阻止部としての複数の第１板部を設けたので、該ベアリングコーンを蒸気タービンの排気室に適用した際に、ディフューザ通路内において蒸気流れの旋回成分を弱めることができる。このため、ディフューザ通路を通過後の蒸気流れが排気室ケーシングの壁面や排気室内の構造物等と干渉することに起因した損失を低減することができる。このようにして、排気室内における蒸気の旋回成分に起因した流体損失を低減することにより、蒸気タービン全体としての効率を向上させることができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービン排気室用のフローガイドは、
蒸気タービンの排気室のためのフローガイドであって、
前記フローガイドの軸方向に沿って内径が増大する内表面を有するフローガイド本体と、
前記フローガイドの軸方向および半径方向を含む平面に沿って、前記フローガイド本体の前記内表面から径方向内側に突出するように設けられた複数の第２板部と、
を備える。

上記（１３）の構成によれば、フローガイドに旋回阻止部としての複数の第２板部を設けたので、該フローガイドを蒸気タービンの排気室に適用した際に、ディフューザ通路内において蒸気流れの旋回成分を弱めることができる。このため、ディフューザ通路を通過後の蒸気流れが排気室ケーシングの壁面や排気室内の構造物等と干渉することに起因した損失を低減することができる。このようにして、排気室内における蒸気の旋回成分に起因した流体損失を低減することにより、蒸気タービン全体としての効率を向上させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、蒸気タービンの排気室内の構造物又は排気室の壁面と旋回流との衝突に起因した流体損失を低減可能な蒸気タービンの排気室、蒸気タービン排気室用のベアリングコーン及びフローガイド、並びに蒸気タービンが提供される。

一実施形態に係る蒸気タービンの軸方向に沿った概略断面図である。 一実施形態に係る排気室のベアリングコーン軸方向に沿った概略断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 他の一実施形態に係る排気室の断面図（図２に相当する断面図）である。 一実施形態に係る排気室のベアリングコーン軸方向に沿った概略断面図である。 図５におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 典型的な排気室の構成の一例を示す図である。 典型的な排気室内部における蒸気流れの速度分布の計算結果の一例を示す図である。 一実施形態に係る排気室内部における蒸気流れの速度分布の計算結果の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず、幾つかの実施形態に係る蒸気タービンの全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係る蒸気タービンの軸方向に沿った概略断面図である。図１に示すように、蒸気タービン１は、軸受部６によって回転自在に支持されるロータ２と、ロータ２に取付けられた複数段の動翼８と、ロータ２及び動翼８を収容する内側ケーシング１０と、動翼８に対向するように内側ケーシング１０に取付けられた複数段の静翼９と、を備える。また、内側ケーシング１０の外側には、外側ケーシング１２が設けられている。
このような蒸気タービン１において、蒸気入口３から内側ケーシング１０に蒸気が導入されると、蒸気が静翼９を通過する際に膨張して増速され、動翼８に対して仕事をしてロータ２を回転させるようになっている。

また、蒸気タービン１は排気室１４を備える。内側ケーシング１０内にて動翼８及び静翼９を通過した蒸気は、排気室１４の内部を通って、排気室出口１３から蒸気タービン１の外部に排出されるようになっている。
なお、排気室１４の下方には、復水器（不図示）が設けられていてもよい。蒸気タービン１で動翼８に対して仕事をし終えた蒸気は、排気室１４から排気室出口１３を介して復水器に流入するようになっていてもよい。

次に、幾つかの実施形態に係る排気室１４の構成について、より具体的に説明する。
図２及び図５は、それぞれ、一実施形態に係る排気室のベアリングコーン軸方向に沿った概略断面図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図４は、他の一実施形態に係る排気室の断面図（図２に相当する断面図）であり、図６は図５におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１及び図２〜図６に示すように、幾つかの実施形態に係る排気室１４は、ケーシング１５と、ケーシング１５内において、軸受部６を覆うように設けられるベアリングコーン（ベアリングコーン本体）１６と、ケーシング１５内においてベアリングコーン１６の外周側に設けられるフローガイド（フローガイド本体）２０と、を備える。ケーシング１５の内部には、ベアリングコーン１６とフローガイド２０とによって、環状のディフューザ通路１８が形成されている。なお、排気室１４のケーシング１５は、図１に示す、蒸気タービン１の外側ケーシング１２の少なくとも一部を形成していてもよい。
ディフューザ通路１８は断面積が徐々に大きくなる形状を有し、蒸気タービン１の最終段の動翼８Ａを通過した高速の蒸気流れＳが該ディフューザ通路１８に流入すると、蒸気流れが減速されて、その運動エネルギーが圧力へと変換（静圧回復）されるようになっている。

排気室１４は、さらに、ディフューザ通路１８に流入する蒸気流れＳの旋回を低減するための旋回阻止部２２を備える。

幾つかの実施形態では、旋回阻止部２２は、ベアリングコーン１６の軸方向及び半径方向を含む平面に沿って、ベアリングコーン１６の外表面１６ａ又はフローガイド２０の内表面２０ａに立設された板部を含んでいてもよい。また、旋回阻止部２２は、ベアリングコーン１６の外表面１６ａ又はフローガイド２０の内表面２０ａの少なくとも一方に立設された複数の板部を含んでいてもよい。
図２〜図６に示す例示的な実施形態では、旋回阻止部２２は、ベアリングコーン１６の外表面１６ａに立設された複数の第１板部２３Ａと、フローガイド２０の内表面２０ａ上に立設された複数の第２板部２３Ｂと、を含む。

ここで、ベアリングコーン１６の外表面１６ａは、ベアリングコーン１６の表面のうち外周側を向いてフローガイド２０に対向する表面である。また、フローガイド２０の内表面は、フローガイド２０の表面のうち内周側を向いてベアリングコーン１６に対向する表面である。
なお、図２〜図６に示す実施形態では、ベアリングコーン１６の中心軸Ｏは、ロータ２の回転軸と重なっている。

ここで、図７は、典型的な排気室の構成の一例を示す図である。図７に示す排気室１４は、図１〜図６に示される排気室と異なり、ディフューザ通路１８に旋回阻止部２２（第１板部２３Ａや第２板部）が設けられていない。
ロータ２とともに回転する動翼８を通過して排気室１４に流入する蒸気流れＳは、例えば図７に示すように、ロータ２の回転方向に応じた旋回成分を有する。このように、排気室１４に流入する蒸気流れＳが旋回成分を持つ場合、排気室１４内の構造物（不図示）又は排気室１４の壁面（ケーシング１５）に旋回流が衝突して損失が発生し、排気室１４の性能が低下する可能性がある。

この点、上述した実施形態では、ベアリングコーン１６又はフローガイド２０の少なくとも一方に設けられた旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ又は第２板部２３Ｂ）により、ディフューザ通路１８内において蒸気流れＳの旋回成分を弱めることができる。このため、ディフューザ通路１８を通過後の蒸気流れＳが排気室１４のケーシング１５の壁面や排気室１４内の構造物等と干渉することに起因した損失を低減することができる。このようにして、排気室１４内における蒸気の旋回成分に起因した流体損失を低減することにより、蒸気タービン１全体としての効率を向上させることができる。

また、図２〜図６に示す実施形態のように、旋回阻止部２２として板部（２３Ａ，２３Ｂ）を用いることで、簡素な構成で、蒸気流れＳの旋回成分をディフューザ通路１８内において効果的に低減することができる。
また、図２〜図６に示す実施形態のように、旋回阻止部２２として複数の板部（２３Ａ，２３Ｂ）を用いることで、蒸気流れＳの旋回成分をディフューザ通路１８内においてより効果的に低減することができる。

ベアリングコーン１６の中心軸Ｏに直交する断面において、板部の径方向に沿った長さｈと、ベアリングコーン１６とフローガイド２０との間の距離（径方向における距離）Ｌと、の比（ｈ／Ｌ）は、１／１０以上１／２以下であってもよい。
図２〜図６に示す実施形態の場合、第１板部２３Ａの径方向に沿った長さｈ_１又は第２板部２３Ｂの径方向に沿った長さｈ_２と、ベアリングコーン１６とフローガイド２０との間の距離（径方向における距離）Ｌと、の比（ｈ_１／Ｌ又はｈ_２／Ｌ）は、１／１０以上１／２以下であってもよい。
この場合、ｈ／Ｌ（あるいは、図２〜図６に示す実施形態におけるｈ_１／Ｌ又はｈ_２／Ｌ）が１／１０以上であるので、蒸気流れＳの旋回成分をディフューザ通路１８内において十分低減可能である。また、ｈ／Ｌ（あるいは、上述のｈ_１／Ｌ又はｈ_２／Ｌ）が１／２以下であるので、ディフューザ通路１８に板部（２３Ａ，２３Ｂ）を設置することによるディフューザ通路１８内の圧力損失の増大を抑制することができる。

図２及び図５に示す排気室１４において、ベアリングコーン１６の外表面１６ａ及びフローガイド２０の内表面２０ａは、それぞれ、ベアリングコーン１６の軸方向に沿った断面内において、ベアリングコーン１６の中心軸Ｏに沿ってディフューザ通路１８の入口側から出口側に向かって徐々に拡径するように、湾曲した形状を有している。よって、ベアリングコーン１６の外表面１６ａ及びフローガイド２０の内表面２０ａによって形成されるディフューザ通路１８は湾曲形状を有する。
そして、図２及び図５に示す実施形態では、複数の第１板部２３Ａの各々は、ベアリングコーン１６の軸方向に沿った断面内において、ベアリングコーン１６の外表面１６ａに沿って湾曲している。また、複数の第２板部２３Ｂの各々は、ベアリングコーン１６の軸方向に沿った断面内において、フローガイド２０の内表面２０ａに沿って湾曲している。

このように、ベアリングコーン１６の外表面１６ａ又はフローガイド２０の内表面２０ａに沿って湾曲した板部（２３Ａ，２３Ｂ）を旋回阻止部２２として用いることで、ディフューザ通路１８内においてベアリングコーン１６の外表面１６ａ及びフローガイド２０の内表面２０ａに沿って流れる蒸気の旋回成分を効果的に低減することができる。

図３、図４及び図６に示す実施形態では、旋回阻止部２２を構成する複数の第１板部２３Ａ及び複数の第２板部２３Ｂは、それぞれ、互いに異なる周方向位置に設けられている。
この場合、互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第１板部２３Ａ及び複数の第２板部２３Ｂとを含む旋回阻止部２２によって、蒸気流れＳの旋回成分をディフューザ通路１８内において効果的に低減することができる。

また、図３、図４及び図６に示す実施形態では、複数の第１板部２３Ａ及び複数の第２板部２３Ｂは、それぞれ、ベアリングコーン１６の中心軸Ｏを通る鉛直線Ｌｖに関して線対称に配置されている。
この場合、ベアリングコーン１６の中心軸Ｏを通る鉛直線Ｌｖに関して線対称に配置された複数の第１板部２３Ａ及び複数の第２板部２３Ｂとを含む旋回阻止部２２によって、排気室１４の左右両側における流れの偏りを抑制できる。

図３及び図６に示す実施形態では、複数の第１板部２３Ａと複数の第２板部２３Ｂとが、ベアリングコーン１６の径方向において互いに対向するように配置される。
この場合、ベアリングコーン１６の径方向において互いに対向するように配置された複数の第１板部２３Ａと複数の第２板部２３Ｂとを含む旋回阻止部２２によって、ディフューザ通路１８に流入する蒸気流れＳの旋回成分を効果的に抑制することができる。

図４に示す実施形態では、複数の第１板部２３Ａと複数の第２板部２３Ｂとが、ベアリングコーン１６の周方向において互い違いに配置される。
この場合、ベアリングコーン１６の周方向において互い違いに配置される複数の第１板部２３Ａと複数の第２板部２３Ｂとを含む旋回阻止部２２によって、第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂの設置に起因したディフューザ通路１８内の圧力損失の増大を抑制することができる。

図５〜図６に示す実施形態では、排気室１４の上部において、ケーシング１５の内壁面１５ａとフローガイド２０の外表面２０ｂとの間に、第３板部２４が設けられている。また、図５〜図６に示す実施形態では、第３板部２４は、ベアリングコーン１６の軸方向および半径方向を含む平面に沿って延在している。

このように、旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂ）に加え、排気室１４の上部に設けられた第３板部２４によって、ケーシング１５とフローガイド２０との間において蒸気流れＳの旋回成分を弱めることができる。また、第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂを含む旋回阻止部２２によって、排気室１４内における蒸気流れＳの旋回成分が低減されるため、さらに第３板部２４を設けても、第３板部２４が圧力損失の要因とはなりにくい。よって、排気室１４内において蒸気流れＳが排気室１４のケーシング１５の壁面や排気室１４内の構造物等と干渉することに起因した損失をより効果的に低減することができる。

次に、幾つかの実施形態に係る旋回阻止部２２を設置することによる排気室１４における圧力損失低減の効果を、計算により示す。
図８は、旋回阻止部２２が設けられていない典型的な排気室１４内部における蒸気流れの速度分布をＣＦＤ解析により計算した結果の一例を示す図である。また、図９は、図２〜図３に示す排気室１４、すなわち、複数の第１板部２３Ａ及び複数の第２板部２３Ｂが旋回阻止部２２として設けられた排気室１４における蒸気流れの速度分布をＣＦＤ解析により計算した結果の一例を示す図である。

なお、図８及び図９には、排気室１４を構成する要素について、ディフューザ通路１８を形成するベアリングコーン１６及びフローガイド２０や、ケーシング１５等、旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂ）以外は同一の構成を有するものであることを前提として蒸気流れの速度分布を計算した結果を示す。
この計算では、排気室１４の内部に支持構造物等の構造物３０（図８及び図９参照）が設けられていることを前提としている。
また、この計算は、板部の径方向に沿った長さｈと、ベアリングコーン１６とフローガイド２０との間の距離（径方向における距離）Ｌと、の比（上述したｈ_１／Ｌ及びｈ_２／Ｌ；図３参照）は１／５であるとの仮定の下で行っている。

図８に示すように、旋回阻止部２２が設けられていない排気室１４の場合、排気室１４内に設置された構造物３０近傍（図８におけるＳ１〜Ｓ３で示す部分の近傍）の蒸気流れの流速Ｖは１６０［ｍ／ｓ］程度であるとの計算結果が得られた。ここで、圧力損失ΔＰは、圧損係数ζを用いてΔＰ＝０．５ρＶ^２ζの式で表すことができる。
よって、排気室１４内の構造物３０の圧損係数（合計）ζ_１をζ_１＝５と仮定し、蒸気密度ρ＝０．０４［ｋｇ／ｍ^３］を用いれば、構造物３０により生じる圧力損失ΔＰ１は、
ΔＰ１＝０．５×０．０４×１６０^２×５＝２５６０［Ｐａ］
と算出できる。

次に、図９に示すように、旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂ）が設けられた実施形態に係る排気室１４の場合、排気室１４内に設置された構造物３０近傍（図９におけるＳ４〜Ｓ６で示す部分の近傍）の蒸気流れの流速Ｖ’は８０［ｍ／ｓ］程度であるとの計算結果が得られた。これは、ディフューザ通路１８内に旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂ）を設けたため、図８に示す場合に比べて、蒸気流れの旋回成分が低減されて、これにより蒸気流れの流速が低減されたものと考えられる。
この場合の構造物３０により生じる圧力損失ΔＰ２は、上述と同じ構造物３０の圧損係数（合計）ζ_１及び蒸気密度ρの値を用いて、
ΔＰ２＝０．５ρＶ’_２ζ＝０．５×０．０４×８０^２×５＝６４０［Ｐａ］
と算出できる。このように算出されたΔＰ２は、上述のΔＰ１に比べ、約１／４に低減された値である。

ただし、排気室１４に旋回阻止部２２を設置する場合、旋回阻止部２２自身による圧力損失ΔＰ３が新たに生じる。ここで、図８から読み取れるように、ディフューザ通路１８における蒸気流れの旋回速度Ｖｔ＝２００［ｍ／ｓ］程度であるので、旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂ）の圧損係数をζ_ｂ＝１と仮定すると、旋回阻止部２２自身による圧力損失ΔＰ３は、
ΔＰ３＝０．５ρＶｔ^２ζ_ｂ＝０．５×０．０４×２００^２×１＝８００［Ｐａ］
と算出できる。よって、排気室１４に旋回阻止部２２を設置した場合の合計の圧力損失ΔＰ_{ｔｏｔａｌ}は、
ΔＰ_{ｔｏｔａｌ}＝ΔＰ２＋ΔＰ３＝１４４０［Ｐａ］
と算出できる。

したがって、排気室１４に旋回阻止部２２を設けない場合の圧力損失ΔＰ１と、排気室１４に旋回阻止部２２を設けた場合の圧力損失ΔＰ_{ｔｏｔａｌ}（＝ΔＰ２＋ΔＰ３）との関係は、ΔＰ１＞ΔＰ_{ｔｏｔａｌ}となる。以上より、旋回阻止部２２（第１板部２３Ａ及び第２板部２３Ｂ）を設置することにより、排気室１４における圧力損失が低減され得ることが、計算によって示された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 蒸気タービン
２ ロータ
３ 蒸気入口
６ 軸受部
８ 動翼
８Ａ 最終段動翼
９ 静翼
１０ 内側ケーシング
１２ 外側ケーシング
１３ 排気室出口
１４ 排気室
１５ ケーシング
１５ａ ケーシング内壁面
１６ ベアリングコーン
１６ａ ベアリングコーン外表面
１８ ディフューザ通路
２０ フローガイド
２０ａ フローガイド内表面
２０ｂ フローガイド外表面
２２ 旋回阻止部
２３Ａ 第１板部
２３Ｂ 第２板部
２４ 第３板部
３０ 構造物
Ｌｖ 鉛直線
Ｏ 中心軸
Ｓ 蒸気流れ

Claims (10)

1. 排気室と、前記排気室の上流側に設けられる動翼と、前記排気室の上流側に設けられる静翼と、を備える蒸気タービンであって、
   前記排気室は、
   ケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられるベアリングコーンと、
   前記ケーシング内において前記ベアリングコーンの外周側に設けられ、前記ベアリングコーンとともにディフューザ通路を形成するフローガイドと、
   前記ベアリングコーンの外表面又は前記フローガイドの内表面の少なくとも一方から突出するように設けられ、前記ディフューザ通路に流入する蒸気流れの旋回成分を低減するための旋回阻止部と、
   を含むことを特徴とする蒸気タービン。
2. 前記旋回阻止部は、前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って、前記ベアリングコーンの前記外表面又は前記フローガイドの前記内表面に立設された板部を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記板部は、前記軸方向に沿った断面内において、前記ベアリングコーンの前記外表面又は前記フローガイドの前記内表面に沿って湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービン。
4. 前記旋回阻止部は、前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って、前記ベアリングコーンの前記外表面又は前記フローガイドの前記内表面の少なくとも一方に立設された複数の板部を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の蒸気タービン。
5. 前記複数の板部は、
   前記ベアリングコーンの前記外表面上にて互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第１板部と、
   前記フローガイドの前記内表面上にて互いに異なる周方向位置に設けられた複数の第２板部と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
6. 前記複数の第１板部は、前記ベアリングコーンの中心軸を通る鉛直線に関して線対称に配置され、
   前記複数の第２板部は、前記鉛直線に関して線対称に配置されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービン。
7. 複数の前記第１板部と複数の前記第２板部とが、前記ベアリングコーンの径方向において互いに対向するように配置されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の蒸気タービン。
8. 複数の前記第１板部と複数の前記第２板部とが、前記ベアリングコーンの周方向において互い違いに配置されることを特徴とする請求項５又は６に記載の蒸気タービン。
9. 前記排気室の上部において、前記ケーシングの内壁面と前記フローガイドの外表面との間に設けられる第３板部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の蒸気タービン。
10. 前記第３板部は、前記ベアリングコーンの軸方向および半径方向を含む平面に沿って延在することを特徴とする請求項９に記載の蒸気タービン。