JP5687641B2 - 軸流排気タービン - Google Patents

軸流排気タービン Download PDF

Info

Publication number
JP5687641B2
JP5687641B2 JP2012033917A JP2012033917A JP5687641B2 JP 5687641 B2 JP5687641 B2 JP 5687641B2 JP 2012033917 A JP2012033917 A JP 2012033917A JP 2012033917 A JP2012033917 A JP 2012033917A JP 5687641 B2 JP5687641 B2 JP 5687641B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cross
exhaust
internal structure
section
peripheral wall
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.)
Active
Application number
JP2012033917A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013170486A (ja
Inventor
太郎 野口
太郎 野口
岩井 保憲
保憲 岩井
祐志 佐伯
祐志 佐伯
竜朗 内田
竜朗 内田
渋川 直紀
直紀 渋川
健一 今井
健一 今井
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 JP2012033917A priority Critical patent/JP5687641B2/ja
Publication of JP2013170486A publication Critical patent/JP2013170486A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5687641B2 publication Critical patent/JP5687641B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

本発明の実施形態は、軸流排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、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、リービング損失、フード損失、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、排気室内を通過する蒸気による圧力損失であり、蒸気の軸流速度、すなわち排気室を通過する体積流量に依存する。そのため、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。そのため、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。
復水器が蒸気タービンと同じ高さに配置される場合に使用される軸流排気タービンの低圧排気室では、最終のタービン段落の動翼を通過した蒸気は、内周壁および外周壁を有する環状の拡大流路であるディフューザで流速が減じられ、静圧を回復しながら、排気室から排気され、復水器に導かれる。
排気室における圧力損失を低減するためには、ディフューザにおいて、蒸気の速度を十分に減じて静圧を回復する必要がある。そのためには、ディフューザの面積比(ディフューザ出口における流路断面積(換言すると、復水器の入口の流路断面積)/最終のタービン段落出口における流路断面積)を極力大きくする必要がある。しかしながら、ディフューザにおける流路を急拡大流路とすると、蒸気の流れが剥離し、有効な静圧回復が妨げられる。そのため、ディフューザの拡大率や流路形状には、最適な条件が存在する。
一般に、低圧排気室の内部の圧力は、運転状態において大気圧以下となる。そのため、大気圧との圧力差による流路構成部材の変形を防止するためや、軸流型排気室においてはタービンロータや軸受を保持するために、排気室の内部や外部にパイプやリブなどの内部構造物が設置されている。これらの内部構造物は、蒸気の流路中にも設置されるため、圧力損失を生ずる。そのため、内部構造物による圧力損失を低減するための検討がなされている。
特開2005−290985号公報 特開2011−32900号公報
前述した内部構造物は、タービンロータの軸方向に垂直な鉛直方向や水平方向などに、例えば周方向に均等に配置される。このような内部構造物を備える排気室においては、従来、流れ場における静圧を十分に回復させることは困難であった。
そのため、流れ場における圧力を十分に回復させ、タービン排気損失を低減するさらな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、排気室における圧力損失を低減することができる軸流排気タービンを提供することである。
実施形態の軸流排気タービンは、複数段のタービン段落を備え、回転軸に沿う方向に流れる蒸気によって回転駆動されるタービン部と、最終の前記タービン段落の下流側に設けられ、内周壁と当該内周壁を包囲する外周壁との間に下流方向に拡開し、最終のタービン段落から流出した蒸気が通過する環状の排気流路を有する排気室と、周方向に均等に配置され、前記内周壁と前記外周壁との間に半径方向に延出する複数の内部構造物とを備える。
そして、前記内部構造物が存在しない前記排気流路の流路断面においては、下流側に向かって流路断面積が、連続的にかつ流路断面に亘って均等に増加し、前記内部構造物が存在する前記排気流路の流路断面においては、連続的な流路断面積の増加分および流路断面において前記内部構造物によって遮られた面積に基づいて、流路断面積が流路断面に亘って均等に増加し、増加した流路断面積が、連続的な流路断面積の増加分と、流路断面において前記内部構造物によって遮られた面積とを合計した面積に等しい。
第1の実施の形態の軸流排気タービンの鉛直方向の子午断面を示す図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンを排気室の出口側から見たときの平面図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンの排気流路に配置される内部構造物の、図1におけるA−A断面を示す図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンの排気流路が連結ダクトを介して復水器に接続された状態の断面を示す図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンの排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンの排気室における、タービンロータの軸方向位置に対する流路断面積を示した図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンにおいて、他の構成の排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。 第1の実施の形態の軸流排気タービンにおいて、他の構成の排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。 第2の実施の形態の軸流排気タービンの排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。 第2の実施の形態の軸流排気タービンの排気室における、タービンロータの軸方向位置に対する流路断面積を示した図である。 第3の実施の形態の軸流排気タービンの排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。 第3の実施の形態の軸流排気タービンの排気室における、タービンロータの軸方向位置に対する流路断面積を示した図である。
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。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の鉛直方向の子午断面を示す図である。図2は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10を排気室30の出口側から見たときの平面図である。図3は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の排気流路33に配置される内部構造物50の、図1におけるA−A断面を示す図である。図4は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の排気流路33が連結ダクト60を介して復水器65に接続された状態の断面を示す図である。
なお、ここでは、軸流排気タービン10として、蒸気タービンを例示して説明する。また、以下において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
図1に示すように、軸流排気タービン10は、ケーシング20を備え、このケーシング20内には、動翼21が植設されたタービンロータ22が貫設されている。動翼21を周方向に複数植設されることで動翼翼列を構成し、この動翼翼列をタービンロータ22の軸方向に複数段備えている。タービンロータ22は、図示しないロータ軸受によって回転可能に支持されている。
ケーシング20の内周には、タービンロータ22の軸方向に動翼21と交互になるように、ダイヤフラム23a、23bに支持された静翼24が配設されている。静翼24を周方向に複数植設されることで静翼翼列を構成し、静翼翼列と直下流側に位置する動翼翼列とで一つのタービン段落を構成している。
タービンロータ22とケーシング20との間には、作動流体である蒸気の外部への漏洩を防止するために、グランドシール部25が設けられている。また、軸流排気タービン10には、内部に蒸気を導入するための蒸気入口管26がケーシング20を貫通して設けられている。
最終のタービン段落の下流側には、タービン段落において膨張仕事をした蒸気を排気するための排気室30が設けられている。この排気室30は、タービンロータ22の周囲にタービンロータ22の軸方向に配置される内周壁31と、この内周壁31の外周を包囲するように配置される外周壁32との間に形成される排気流路33を有している。この排気流路33は、下流方向に拡開し、最終のタービン段落から流出した蒸気が通過する環状の流路を構成している。排気室30を構成する内周壁31および外周壁32は、上下に2つ割り構造で構成されている。なお、図1において、内周壁31は、断面ではなく、その外形が示されている。
排気流路33は、いわゆるディフューザとして機能し、蒸気の流速を徐々に低減し、静圧を回復させる働きがある。排気流路33には、図1および図2に示すように、複数の内部構造物50が存在する。内部構造物50は、図1および図2に示すように、周方向に亘って均等に配置され、内周壁31と外周壁32との間に、半径方向(タービンロータ軸と垂直に交わる直線の方向)に亘って存在している。すなわち、内部構造物50は、例えば、外周壁32側から内周壁31側に向かって、半径方向に延出し、このような内部構造物50が周方向に複数備えられている。
図2では、周方向の4個所に内部構造物50が配置された一例を示している。なお、内部構造物50の配置個数は、特に限定されるものではなく、周方向に均等に配置されていればよい。例えば、内周壁31内に収容されたグランドシール部(図示しない)に蒸気を供給するための配管、前述した軸受台(図示しない)の内部空間を大気側に開放するための均圧管、内周壁31などを支持する支持部材などが、半径方向に内部構造物50の内部を貫通するように備えられている。
内部構造物50の外形形状は、例えば、図3に示すように、翼型形状に構成される。なお、図3には、内部構造物50の内部を貫通する配管などの表示は省略している。翼型形状を有する内部構造物50は、例えば、前縁50aが蒸気の流れに対して上流側に位置するように配置されている。なお、内部構造物50の外形形状は、蒸気が内部構造物50間を通過する際の圧力損失を抑えるために、前述した翼型形状に構成されることが好ましいが、この外形形状以外の形状で構成されてもよい。
各内部構造物50の外形形状は、すべて同じであっても、一部異なる外形形状であってもよい。なお、一部異なる外形形状の内部構造物50を備える場合においても、内部構造物50が周方向に均等に配置されることが好ましい。具体的には、内部構造物50は、例えば、上半側と下半側との水平線に対して線対称に、かつタービンロータ22の中心軸と垂直に交わる垂直線に対して線対称に配置されることが好ましい。
排気流路33の出口34は、図1および図2に示すように、外周壁32および内周壁31の双方の下流側の端部が位置し、これらの端部間に形成される環状の開口によって形成されている。
なお、排気流路33の出口34の構成は、この構成に限られるものではない。例えば、内周壁31の下流側の端縁が、外周壁32の下流側の端縁よりも上流側に位置するように構成してもよい。この場合、排気流路33の出口34は、中央に内周壁31がなく、外周壁32で覆われた、断面が円形の形状となる。
このように、内周壁31のタービンロータ22の軸方向の長さを短くすることで、例えば、内周壁31を支持する内部構造物50のタービンロータ22の軸方向の長さなどを短くすることができる。また、周方向に配置される内部構造物50の個数を減らすことができる。これにより、排気流路33の流路断面積を確保することができ、流路の断面積の変化を緩やかにして静圧回復の向上を図ることができる。また、タービンロータ22の軸長さを短くすることができるため、タービンロータ22の振動を抑制することもできる。
図4に示すように、排気流路33の出口34は、例えば、連結ダクト60を介して、軸流排気タービン10と同じ高さに配置された復水器65に接続される。連結ダクト60は、下流方向に拡開するように構成されている。すなわち、連結ダクト60の流路断面積は、下流に行くに伴い連続的に増加している。連結ダクト60は、いわゆるディフューザとしての機能も有し、蒸気の流速を徐々に低減し、静圧を回復させる働きがある。
連結ダクト60は、その内壁面のタービンロータ22の軸方向に垂直な断面形状が、出口34側から復水器65側に向かって、円形から四角形に徐々に変形するように構成されてもよい。ここでいう四角形には、例えば、四隅が曲率を有して構成された略四角形なども含む。
このように連結ダクト60の形状を構成することで、連結ダクト60の内壁面の出口形状を復水器65の入口形状(四角形)に一致させることができる。また、連結ダクト60の内壁面の断面形状を円形から四角形に徐々に変形させることで、四角形の四隅における流れの剥離を防止することができる。そのため、連結ダクト60においても、静圧を回復させることができる。
前述した構成を備える軸流排気タービン10では、蒸気入口管26を経て軸流排気タービン10内に流入した蒸気は、各タービン段落の静翼24、動翼21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。膨張仕事をした蒸気は、流速が減じられ、静圧を回復しながら、排気室30の排気流路33、連結ダクト60を通過し、復水器65に導かれる。
ここで、排気流路33の構成について詳しく説明する。
図5は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の排気室30の鉛直方向の子午断面を示す図である。なお、図5において、内周壁31は、断面ではなく、その外形が示されている。
内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面においては、下流側に向かって流路断面積が、連続的にかつ流路断面に亘って均等に増加している。すなわち、下流側に向かって流路断面積が所定の増加率で増加している。なお、所定の増加率には、同じ増加率で変化する場合、または二次曲線的に変化する場合を含む(以下において同じ。)。また、所定の増加率は、例えば、内部構造物50よりも上流側と下流側とで同じであっても、異なっていてもよい(以下において同じ。)。また、流路断面積が流路断面に亘って均等に増加するとは、例えば、所定の半径方向に偏ることなく、流路断面積が流路断面に亘って半径方向に、均一にすなわち同じ増加率で拡大していることをいう(以下において同じ。)。
ここでは、内周壁31の外径が下流方向に一定であるため、この流路断面積の増加は、図5に示すように、外周壁32の内径を下流側に行くに伴い連続的に徐々に拡大することで得られる。すなわち、外周壁32は、ディフューザ形状に構成されている。
一方、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面においては、前述した連続的な流路断面積の増加分および流路断面において内部構造物50によって遮られた面積に基づいて、流路断面積が流路断面に亘って均等に増加している。すなわち、増加した流路断面積は、内部構造物50が存在しないと想定したときの、前述した、所定の増加率で増加する連続的な流路断面積の増加分と、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積とを合計した面積に等しい。なお、複数の内部構造物50を備える場合、内部構造物50によって遮られた面積は、各内部構造物50によって遮られた面積を合計した面積である。
ここでは、図5に示すように、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置において、外周壁32の内径を段部32aを構成するように拡大することで、前述した増加すべき面積に相当する分の流路断面積を増加させている。また、流路断面積は、例えば、所定の半径方向に偏ることなく、流路断面に亘って均等に増加している。換言すると、流路断面積は、外周壁32の内径を拡大して、流路断面を半径方向外側に均一に増加することで、流路断面に亘って均等に増加している。
ここで、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積は、内部構造物50の、タービンロータ22の軸方向に垂直な断面積に応じて、タービンロータ22の軸方向に変化する。図6は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の排気室30における、タービンロータ22の軸方向位置に対する流路断面積を示した図である。
なお、図6には、排気流路33の断面および内部構造物50の断面(図1のA−A断面に相当する断面)を示し、タービンロータ22の軸方向位置との関係を示している。ここでは、内部構造物50の外形形状を翼型形状としたときの一例が示されている。また、図6には、内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面における、所定の増加率での流路断面積の増加を曲線L1で示している。さらに、図6には、前述した所定の増加率で流路断面積の増加させた場合、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面における流路断面積の変化を曲線L2で示している。
図6に示すように、内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面では、曲線L1に示すように流路断面積が増加している。すなわち、下流側に向かって流路断面積が所定の増加率で増加している。
一方、内部構造物50が存在する流路断面においては、図6の曲線L2で示すように、翼型形状の内部構造物50の、タービンロータ22の軸方向に垂直な断面積に応じて、流路断面積は減少している。例えば、翼厚さが最大となるタービンロータ22の軸方向位置において、流路断面積が最小となる。
このように、所定の増加率で流路断面積が増加している際に、突然流路断面積が減少すると、連続的な静圧の上昇過程に、静圧の低下過程が発生することになる。そのため、適正な静圧回復を得ることができない。また、静圧の上昇、低下、再上昇の過程を備えることで、再上昇した際に流れの剥離が発生し、圧力損失が増大する。
そこで、図6において斜線で示した、内部構造物50が存在することによって減少した流路断面積に相当する面積分(曲線L1の破線部分と曲線L2とで囲まれる面積分)を増加する必要がある。すなわち、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面においては、曲線L1で示される、所定の増加率で増加する流路断面積の増加分と、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積とを合計した面積分を増加する必要がある。
そこで、図5を参照して前述したように、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置において、外周壁32の内径を拡大して段部32aを構成することで、前述した増加すべき面積に相当する分の流路断面積を増加させている。これにより、図6において、流路断面積は、曲線L1(破線部分を含む)に示すように増加する。
このような構成とすることで、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置においても、曲線L1に示すように、所定の増加率で緩やかに流路断面積が増加するため、静圧を十分に回復することができる。
上記したように、第1の実施の形態の軸流排気タービン10によれば、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置においても、静圧を十分に回復することができるため、排気室30における圧力損失を低減することができる。
ここで、上記した実施の形態では、内周壁31の外径が下流方向に一定となる一例を示したが、内周壁31の構成はこれに限られるものではない。図7および図8は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10において、他の構成の排気室30の鉛直方向の子午断面を示す図である。なお、図7および図8において、内周壁31は、断面ではなく、その外形が示されている。
図7に示すように、外径が下流方向に連続的に徐々に小さくなるように内周壁31を構成してもよい。このように内周壁31を構成することで、半径方向内側、すなわちタービンロータ22の中心軸に垂直で、かつタービンロータ22の中心軸に向かう方向にも流路断面積を増加させることができる。そのため、前述した作用効果に加えて、排気室30の外径、すなわち、外周壁32の外径を小さくすることができる。さらに、最終のタービン段落の動翼21の翼根元からの流れが、半径方向内側へ向かう速度成分を有する場合、内周壁31に沿う流れの剥離を防止できる。
また、図8に示すように、外径が下流方向に連続的に徐々に大きくなるように内周壁31を構成してもよい。このように内周壁31を構成することで、下流へ行くに伴って内周壁31の内部の空間が広くなる。そのため、前述した作用効果に加えて、内周壁31の内部に配置されるベアリングや設置配管などの大型化に対応することができる。さらに、最終のタービン段落の動翼21の翼根元からの流れが、半径方向外側へ向かう速度成分を有する場合、内周壁31に沿う流れの剥離を防止できる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の軸流排気タービン11は、排気室30の構成以外は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の構成と同じであるため、ここでは、排気室30の構成について主に説明する。
図9は、第2の実施の形態の軸流排気タービン11の排気室30の鉛直方向の子午断面を示す図である。なお、図9において、内周壁31は、断面ではなく、その外形が示されている。
内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面においては、下流側に向かって流路断面積が、連続的にかつ流路断面に亘って均等に増加している。すなわち、下流側に向かって流路断面積が所定の増加率で増加している。なお、この増加率は、例えば、内部構造物50よりも上流側と下流側とで同じであっても、異なっていてもよい。
内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面においては、内周壁31の外径が下流方向に一定であるため、この流路断面積の増加は、図9に示すように、外周壁32の内径を下流側に行くに伴い連続的に徐々に拡大することで得られる。なお、外周壁32は、図9に示すように、内部構造物50の存在の有無を問わず、下流側に直線的に拡開するディフューザ形状に構成されている。
一方、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面においては、前述した連続的な流路断面積の増加分および流路断面において内部構造物50によって遮られた面積に基づいて、流路断面積が流路断面に亘って均等に増加している。すなわち、増加した流路断面積は、内部構造物50が存在しないと想定したときの、前述した、所定の増加率で増加する連続的な流路断面積の増加分と、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積とを合計した面積に等しい。なお、複数の内部構造物50を備える場合、内部構造物50によって遮られた面積は、各内部構造物50によって遮られた面積を合計した面積である。
ここでは、図9に示すように、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置において、前述したように、外周壁32の内径を下流側に行くに伴い連続的に徐々に拡大するとともに、内周壁31の外径を段部31aを構成するように縮小することで、前述した増加すべき面積に相当する分の流路断面積を増加させている。また、流路断面積は、例えば、所定の半径方向に偏ることなく、流路断面に亘って均等に増加している。換言すると、流路断面積は、外周壁32の内径を下流側に行くに伴い連続的に徐々に拡大し、内周壁31の外径を縮小して、流路断面を半径方向外側および半径方向内側に均一に増加することで、流路断面に亘って均等に増加している。
ここで、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積は、内部構造物50の、タービンロータ22の軸方向に垂直な断面積に応じて、タービンロータ22の軸方向に変化する。図10は、第2の実施の形態の軸流排気タービン11の排気室30における、タービンロータ22の軸方向位置に対する流路断面積を示した図である。
なお、図10には、排気流路33の断面および内部構造物50の断面(図1のA−A断面に相当する断面)を示し、タービンロータ22の軸方向位置との関係を示している。ここでは、内部構造物50の外形形状を翼型形状としたときの一例が示されている。また、図10には、内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面における、所定の増加率での流路断面積の増加を曲線L3で示している。さらに、図10には、前述した所定の増加率で流路断面積の増加させた場合、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面における流路断面積の変化を曲線L4で示している。
図10に示すように、内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面では、曲線L3に示すように流路断面積が増加している。すなわち、下流側に向かって流路断面積が所定の増加率で増加している。
一方、内部構造物50が存在する流路断面においては、図10の曲線L4で示すように、翼型形状の内部構造物50の、タービンロータ22の軸方向に垂直な断面積に応じて、流路断面積は減少している。例えば、翼厚さが最大となるタービンロータ22の軸方向位置において、流路断面積が最小となる。
このように、所定の増加率で流路断面積が増加している際に、突然流路断面積が減少すると、連続的な静圧の上昇過程に、静圧の低下過程が発生することになる。そのため、適正な静圧回復を得ることができない。また、静圧の上昇、低下、再上昇の過程を備えることで、再上昇した際に流れの剥離が発生し、圧力損失が増大する。
そこで、図10において斜線で示した、内部構造物50が存在することによって減少した流路断面積に相当する面積分(曲線L3の破線部分と曲線L4とで囲まれる面積分)を増加する必要がある。すなわち、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面においては、曲線L3で示される、所定の増加率で増加する流路断面積の増加分と、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積とを合計した面積分を増加する必要がある。
そこで、図9を参照して前述したように、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置において、前述したように、外周壁32の内径を下流側に行くに伴い連続的に徐々に拡大するとともに、内周壁31の外径を縮小して段部31aを構成することで、前述した増加すべき面積に相当する分の流路断面積を増加させている。これにより、図10において、流路断面積は、曲線L3(破線部分を含む)に示すように増加する。
このような構成とすることで、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置においても、曲線L3に示すように、所定の増加率で緩やかに流路断面積が増加するため、静圧を十分に回復することができる。
上記したように、第2の実施の形態の軸流排気タービン11によれば、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置においても、静圧を十分に回復することができるため、排気室30における圧力損失を低減することができる。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態の軸流排気タービン12は、排気室30の構成以外は、第1の実施の形態の軸流排気タービン10の構成と同じであるため、ここでは、排気室30の構成について主に説明する。
図11は、第3の実施の形態の軸流排気タービン12の排気室30の鉛直方向の子午断面を示す図である。なお、図11において、内周壁31は、断面ではなく、その外形が示されている。
内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面においては、下流側に向かって流路断面積が、連続的にかつ流路断面に亘って均等に増加している。すなわち、下流側に向かって流路断面積が所定の増加率で増加している。なお、この増加率は、例えば、内部構造物50よりも上流側と下流側とで同じであっても、異なっていてもよい。
内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面においては、内周壁31の外径が下流方向に一定であるため、この流路断面積の増加は、図11に示すように、外周壁32の内径を下流側に行くに伴い連続的に徐々に拡大することで得られる。すなわち、外周壁32は、ディフューザ形状に構成されている。
一方、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面においては、前述した連続的な流路断面積の増加分および流路断面において内部構造物50によって遮られた面積に基づいて、流路断面積が流路断面に亘って均等に増加している。すなわち、増加した流路断面積は、内部構造物50が存在しないと想定したときの、前述した、所定の増加率で増加する連続的な流路断面積の増加分と、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積とを合計した面積に等しい。なお、複数の内部構造物50を備える場合、内部構造物50によって遮られた面積は、各内部構造物50によって遮られた面積を合計した面積である。
ここでは、図11に示すように、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置において、外周壁32の内径を段部32aを構成するように拡大し、かつ内周壁31の外径を段部31aを構成するように縮小することで、前述した増加すべき面積に相当する分の流路断面積を増加させている。また、流路断面積は、例えば、所定の半径方向に偏ることなく、流路断面に亘って均等に増加している。換言すると、流路断面積は、外周壁32の内径を拡大し、かつ内周壁31の外径を縮小して、流路断面を半径方向外側および半径方向内側に均一に増加することで、流路断面に亘って均等に増加している。
ここで、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積は、内部構造物50の、タービンロータ22の軸方向に垂直な断面積に応じて、タービンロータ22の軸方向に変化する。図12は、第3の実施の形態の軸流排気タービン12の排気室30における、タービンロータ22の軸方向位置に対する流路断面積を示した図である。
なお、図12には、排気流路33の断面および内部構造物50の断面(図1のA−A断面に相当する断面)を示し、タービンロータ22の軸方向位置との関係を示している。ここでは、内部構造物50の外形形状を翼型形状としたときの一例が示されている。また、図12には、内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面における、所定の増加率での流路断面積の増加を曲線L5で示している。さらに、図12には、前述した所定の増加率で流路断面積の増加させた場合、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面における流路断面積の変化を曲線L6で示している。
図12に示すように、内部構造物50が存在しない排気流路33の流路断面では、曲線L5に示すように流路断面積が増加している。すなわち、下流側に向かって流路断面積が所定の増加率で増加している。
一方、内部構造物50が存在する流路断面においては、図12の曲線L6で示すように、翼型形状の内部構造物50の、タービンロータ22の軸方向に垂直な断面積に応じて、流路断面積は減少している。例えば、翼厚さが最大となるタービンロータ22の軸方向位置において、流路断面積が最小となる。
このように、所定の増加率で流路断面積が増加している際に、突然流路断面積が減少すると、連続的な静圧の上昇過程に、静圧の低下過程が発生することになる。そのため、適正な静圧回復を得ることができない。また、静圧の上昇、低下、再上昇の過程を備えることで、再上昇した際に流れの剥離が発生し、圧力損失が増大する。
そこで、図12において斜線で示した、内部構造物50が存在することによって減少した流路断面積に相当する面積分(曲線L5の破線部分と曲線L6とで囲まれる面積分)を増加する必要がある。すなわち、内部構造物50が存在する排気流路33の流路断面においては、曲線L5で示される、所定の増加率で増加する流路断面積の増加分と、流路断面において内部構造物50によって遮られた面積とを合計した面積分を増加する必要がある。
そこで、図11を参照して前述したように、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置において、外周壁32の内径を拡大して段部32aを構成し、かつ内周壁31の外径を縮小して段部31aを構成することで、前述した増加すべき面積に相当する分の流路断面積を増加させている。これにより、図12において、流路断面積は、曲線L5(破線部分を含む)に示すように増加する。
このような構成とすることで、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置においても、曲線L5に示すように、所定の増加率で緩やかに流路断面積が増加するため、静圧を十分に回復することができる。
上記したように、第3の実施の形態の軸流排気タービン12によれば、内部構造物50が存在するタービンロータ22の軸方向位置においても、静圧を十分に回復することができるため、排気室30における圧力損失を低減することができる。
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。
10,11,12…軸流排気タービン、20…ケーシング、21…動翼、22…タービンロータ、23a,23b…ダイヤフラム、24…静翼、25…グランドシール部、26…蒸気入口管、30…排気室、31…内周壁、31a,32a…段部、32…外周壁、33…排気流路、34…出口、50…内部構造物、50a…前縁、60…連結ダクト、65…復水器。

Claims (8)

  1. 複数段のタービン段落を備え、回転軸に沿う方向に流れる蒸気によって回転駆動されるタービン部と、
    最終の前記タービン段落の下流側に設けられ、内周壁と当該内周壁を包囲する外周壁との間に下流方向に拡開し、最終のタービン段落から流出した蒸気が通過する環状の排気流路を有する排気室と、
    周方向に均等に配置され、前記内周壁と前記外周壁との間に半径方向に延出する複数の内部構造物と
    を備え、
    前記内部構造物が存在しない前記排気流路の流路断面においては、下流側に向かって流路断面積が、連続的にかつ流路断面に亘って均等に増加し、
    前記内部構造物が存在する前記排気流路の流路断面においては、連続的な流路断面積の増加分および流路断面において前記内部構造物によって遮られた面積に基づいて、流路断面積が流路断面に亘って均等に増加し、増加した流路断面積が、連続的な流路断面積の増加分と、流路断面において前記内部構造物によって遮られた面積とを合計した面積に等しいことを特徴とする軸流排気タービン。
  2. 前記内部構造物が存在する前記排気流路の流路断面において、前記外周壁の内径が拡大して段部が構成されていることを特徴とする請求項1記載の軸流排気タービン。
  3. 前記内部構造物が存在する前記排気流路の流路断面において、前記内周壁の外径が縮小して段部が構成されていることを特徴とする請求項1記載の軸流排気タービン。
  4. 前記内部構造物が存在する前記排気流路の流路断面において、前記外周壁の内径が拡大して段部が構成され、かつ前記内周壁の外径が縮小して段部が構成されていることを特徴とする請求項1記載の軸流排気タービン。
  5. 前記内部構造物が、翼型形状を有し、前縁が蒸気の流れに対して上流側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の軸流排気タービン。
  6. 前記内部構造物によって遮られた面積が、前記内部構造物の、タービンロータの軸方向に垂直な断面積に応じて、タービンロータの軸方向に変化することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の軸流排気タービン。
  7. 前記内周壁の下流側の端縁が、前記外周壁の下流側の端縁よりも上流側に位置することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の軸流排気タービン。
  8. 前記排気室と前記排気室の下流側に備えられた復水器との間に連結され、前記排気室側から前記復水器側に向かって、内壁面の、タービンロータの軸方向に垂直な断面形状が、円形から四角形に変形された連結ダクトをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の軸流排気タービン。
JP2012033917A 2012-02-20 2012-02-20 軸流排気タービン Active JP5687641B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012033917A JP5687641B2 (ja) 2012-02-20 2012-02-20 軸流排気タービン

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012033917A JP5687641B2 (ja) 2012-02-20 2012-02-20 軸流排気タービン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013170486A JP2013170486A (ja) 2013-09-02
JP5687641B2 true JP5687641B2 (ja) 2015-03-18

Family

ID=49264598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012033917A Active JP5687641B2 (ja) 2012-02-20 2012-02-20 軸流排気タービン

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5687641B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6498534B2 (ja) * 2015-06-09 2019-04-10 川崎重工業株式会社 排気ディフューザ
WO2017138035A1 (ja) * 2016-02-09 2017-08-17 三菱重工コンプレッサ株式会社 ガスエキスパンダ
JP6745233B2 (ja) 2017-02-28 2020-08-26 三菱重工業株式会社 タービン及びガスタービン
DE102017117783A1 (de) * 2017-08-04 2019-02-07 Man Diesel & Turbo Se Turbinenzuströmgehäuse einer Axialturbine eines Turboladers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63100640U (ja) * 1986-12-19 1988-06-30
DE59204947D1 (de) * 1992-08-03 1996-02-15 Asea Brown Boveri Mehrzoniger Diffusor für Turbomaschine
JP3513170B2 (ja) * 1993-02-26 2004-03-31 三菱重工業株式会社 排気ディフューザー
JP2008255967A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Fuji Electric Systems Co Ltd 蒸気タービン装置
JP5398405B2 (ja) * 2009-07-30 2014-01-29 三菱重工業株式会社 流路構造及びガスタービン排気ディフューザ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013170486A (ja) 2013-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5618879B2 (ja) 軸流排気タービン
JP5606473B2 (ja) 蒸気タービン
JP6334258B2 (ja) 蒸気タービン
JP5972374B2 (ja) 軸流流体機械
US9410432B2 (en) Turbine
JP5606373B2 (ja) 蒸気タービン
JP6847673B2 (ja) タービン排気室
JP2006242184A (ja) 抽気マニホルドおよびコンプレッサー・ケースアセンブリ
JP5687641B2 (ja) 軸流排気タービン
JP2010156329A (ja) 蒸気タービン排気ディフューザに関する方法、システム及び/又は装置
US20210285338A1 (en) Steam turbine exhaust chamber, flow guide for steam turbine exhaust chamber, and steam turbine
JP2015194085A (ja) 蒸気タービン
JP5850805B2 (ja) 蒸気タービンの排気室およびその製造方法
JP5917311B2 (ja) 軸流タービン
JP2017008756A (ja) 軸流タービン
JP2004150357A (ja) 蒸気タービン
JP2012107619A (ja) 排気フードディフューザ
JP5571015B2 (ja) ガスタービン
JP2017061898A (ja) 蒸気タービン
JP2011226428A (ja) 蒸気タービン
JP2005233154A (ja) 蒸気タービン
JP5677332B2 (ja) 蒸気タービン
JP2016217285A (ja) 蒸気タービン
JP2011137413A (ja) 蒸気タービン
US20140037439A1 (en) Turbomachine exhaust diffuser

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140918

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140924

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141119

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: 20141224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150122

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5687641

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151