JP6632510B2 - 蒸気タービンの排気室、蒸気タービン排気室用のフローガイド、及び、蒸気タービン - Google Patents

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フローガイド、及び、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。排気室内では、蒸気流れの性状や内部構造物の形状等によって流体損失が生じるため、排気室における流体損失を低減するための構成が提案されている。

例えば、特許文献１には、排気室のディフューザ流路を形成するフローガイドに偏向部材を設けて、ディフューザ流路内においてチップフローに旋回を付与し、チップフローと蒸気主流とが混合する際の損失を低減するようにした蒸気タービンが記載されている。

また、特許文献２には、排気室を画定するタービンの外車と内車のうち、内車の下半部の下側に整流手段を設け、排気室下方の出口に向かう蒸気の流れが内車の下側で剥離しないようにした蒸気タービンが記載されている。

特開２０１１−２２０１２５号公報 特開２００３−２７９０５号公報

特許文献１及び２に記載の蒸気タービンでは、排気室内に設けた偏向部材や整流手段により、排気室内の損失を低減できることが期待される。
しかしながら、蒸気タービンの排気室内での流体損失を低減するためのさらなる方策が望まれる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、排気室内における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フローガイド、及び、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、
前記蒸気タービンの最終段翼出口に連通するディフューザ通路の外側の境界を画定するように前記ケーシング内に設けられる内側フローガイド部と、
前記ケーシング内において前記内側フローガイド部の外周側に設けられる外側フローガイド部と、を備え、
前記排気室は、下方側に排気室出口を有し、
前記外側フローガイド部は、少なくとも前記内側フローガイド部の上半領域の周囲に設けられる。

ディフューザ通路を通過する蒸気流れは、ディフューザ通路を形成する内側フローガイド部の裏側（内側フローガイド部を挟んでディフューザ通路とは反対側）に剥離渦を形成することがある。この点、上記（１）の構成によれば、少なくとも内側フローガイド部の上半領域の周囲に外側フローガイド部を設けたので、ディフューザ通路を通過して内側フローガイド部の上半領域の裏側へ回り込もうとする蒸気流れを外側フローガイド部で案内することにより、該蒸気流れの剥離渦を低減できる。よって、排気室内における流体損失を低減することができ、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、
前記内側フローガイド部の前記上半領域と前記外側フローガイド部との接続部の少なくとも一部は、前記内側フローガイド部の軸方向に沿った断面内において湾曲形状である。

上記（２）の構成によれば、内側フローガイド部の上半領域の裏側へ回り込もうとする蒸気流れは、湾曲形状の接続部を経由して外側フローガイド部へと流れるので、該蒸気流れの剥離渦をより一層低減できる。よって、排気室内における流体損失をより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（１）又は（２）の構成において、
前記外側フローガイド部は、前記内側フローガイド部の全周に亘って前記内側フローガイド部の外周側に設けられる。

上記（３）の構成によれば、内側フローガイド部の全周に亘って外側フローガイド部が設けられるので、ディフューザ通路を通過して内側フローガイド部の上半領域の裏側へ回り込んだ後、外側フローガイド部に沿って下方に向かう蒸気流れの剥離渦をも抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記内側フローガイド部の中心軸から径方向に延ばした線分が前記内側フローガイド部と交差する第１交点と、前記線分が前記外側フローガイド部と交差する第２交点と、の間の前記径方向における距離が最大となる前記中心軸周りの角度位置が、前記中心軸を含む水平面よりも下側の角度範囲に含まれる。

上述の排気室は下方側に排気室出口を有するため、排気室内には、全体として下方に向かう流れが主として形成される。この点、上記（４）の構成によれば、内側フローガイド部と外側フローガイド部との間の間隔（第１交点と第２交点との間の距離）が下半領域において最大となるようにしたので、排気室内における下方に向かう流れに対応して剥離渦を効果的に抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記距離が最大となる前記角度位置は、前記中心軸を通る鉛直下方の角度位置よりも前記排気室の排気室入口における蒸気流れの旋回方向の下流側にずれている。

排気室内の流れは、タービンロータの回転の影響を受けるため、旋回成分を有する場合がある。この場合、旋回成分に起因した流れの偏りが排気室内に生じる。この点、上記（５）の構成によれば、内側フローガイド部と外側フローガイド部との間の間隔（第１交点と第２交点との間の距離）が最大となる角度位置を旋回方向の下流側にオフセットすることで、流れの偏りを考慮した外側フローガイド部の形状となり、圧力損失を低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（５）の何れかの構成において、
前記内側フローガイド部の下方において、前記内側フローガイド部の下半領域から前記外側フローガイド部の下半領域に向かって垂下するように設けられ、前記内側フローガイド部の前記下半領域と前記外側フローガイド部の前記下半領域とを接続する中間フローガイド部をさらに備える。

上記（６）の構成によれば、内側フローガイド部の下半領域と外側フローガイド部の下半領域とを接続する中間フローガイド部により、内側フローガイド部の下半領域から流出した下方に向かう流れを適切に案内し、内側フローガイド部の下方における剥離渦を効果的に抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記中間フローガイド部は、前記内側フローガイド部の軸方向に沿った断面内において、下方に向かうにつれて前記ディフューザ通路内における蒸気流れの上流側に向かうように鉛直方向に対して斜めになっている。

上記（７）の構成によれば、中間フローガイド部により形成される蒸気の流路の断面積が下方に向かうにつれて徐々に拡大されるので、排気室内における静圧回復が促進される。これにより、排気室における損失をより効果的に低減することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（７）の何れかの構成において、
前記外側フローガイド部の下端部は、前記内側フローガイド部の中心軸の直交面に沿った断面内において、
前記ケーシングの第１側壁の内面に対向する前記外側フローガイド部の第１表面上の第１不連続点と、
前記第１側壁とは反対側の前記ケーシングの第２側壁の内面に対向する前記外側フローガイド部の第２表面上の第２不連続点と、
を有する。

上記（８）の構成によれば、外側フローガイド部の下端部の第１不連続点及び第２不連続点において、それぞれ、外側フローガイド部に案内されて下方に向かう流れが剥離しやすくなる。このため、外側フローガイド部の下端部における流れの剥離位置が固定（安定化）され、非定常損失を低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記第１不連続点と前記第２不連続点とは、高さ位置が互いに異なる。

上記（９）の構成によれば、第１不連続点と第２不連続点とが異なる高さ位置に設けられるので、外側フローガイド部の下端部における流れの剥離位置が非対称となり、非定常渦の発生を抑制することができる。よって、非定常損失をより効果的に低減できる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記外側フローガイド部の上半領域は、前記排気室の排気室入口における蒸気流れの旋回方向の上流側に比べて、該旋回方向の下流側における前記ケーシングの内壁面と前記外側フローガイド部の前記上半領域との距離が大きくなるように、前記内側フローガイド部の中心軸に対してオフセットして配置される。

排気室においては、上半領域における旋回方向の下流側に蒸気流れが偏る傾向がある。この点、上記（１０）の構成によれば、排気室の上半領域において、蒸気流れの旋回方向の下流側の流路断面積が広くなるように、外側フローガイド部の上半領域が、内側フローガイド部の中心軸に対してオフセットして配置される。これにより、排気室内における流体の圧力損失を低減することができ、蒸気タービン全体としての効率をより効果的に向上させることができる。

（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、
蒸気（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、少なくとも内側フローガイド部の上半領域の周囲に外側フローガイド部を設けたので、ディフューザ通路を通過して内側フローガイド部の上半領域の裏側へ回り込もうとする蒸気流れを外側フローガイド部で案内することにより、該蒸気流れの剥離渦を低減できる。よって、排気室内における流体損失を低減することができ、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の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、
内側フローガイド部と、
前記内側フローガイド部の外周側に設けられる外側フローガイド部と、を備え、
前記外側フローガイド部は、前記内側フローガイド部の全周に亘って前記内側フローガイド部の外周側に設けられる。

上記（１２）の構成によれば、内側フローガイド部の全周に亘って外側フローガイド部が設けられるので、フローガイドを蒸気タービンの排気室に適用したときに、ディフューザ通路を通過して内側フローガイド部の上半領域の裏側へ回り込もうとする蒸気流れを外側フローガイド部で案内することにより、該蒸気流れの剥離渦を低減できるとともに、ディフューザ通路を通過して内側フローガイド部の上半領域の裏側へ回り込んだ後、外側フローガイド部に沿って下方に向かう蒸気流れの剥離渦をも抑制することができる。よって、排気室内における流体損失を効果的に低減することができ、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、排気室内における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フローガイド、及び、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。 （Ａ）は、一実施形態に係る排気室の内側フローガイド部の軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は、一実施形態に係る排気室の内側フローガイド部の軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 一実施形態に係る排気室の概略断面図である。 一実施形態に係る排気室の概略断面図である。 （Ａ）は、一実施形態に係る排気室の内側フローガイド部の軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は、一実施形態に係る排気室の内側フローガイド部の軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は典型的な排気室のフローガイドの軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

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。排気室１４は、動翼８及び静翼９の下流側に位置する。すなわち、動翼８及び静翼９は、排気室１４の上流側に設けられる。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（蒸気流れＳ）は、排気室入口１１から排気室１４に流入し、排気室１４の内部を通って、排気室１４の下方側に設けられた排気室出口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、図１〜図７を参照して、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〜図７は、それぞれ、一実施形態に係る排気室の概略断面図である。
図２、図３、図６及び図７の（Ａ）は、一実施形態に係る排気室の内側フローガイド部の軸方向に沿った断面図であり、図２、図３、図６及び図７の（Ｂ）は、各図の（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。また、図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係る排気室のフローガイド部の軸方向に直交する面に沿った断面図であり、図２、図３、図６及び図７の（Ｂ）に示す断面図に相当する図である。

図１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２０と、を備える。すなわち、ベアリングコーン１６は、ケーシング１５内において、フローガイド２０の内周側に設けられている。また、ベアリングコーン１６の下流端は、ケーシング１５の内壁面に接続されている。
なお、排気室１４のケーシング１５は、図１に示すように、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。

排気室１４は下方側に排気室出口１３を有し、この排気室出口１３を介して、蒸気タービン１から蒸気が排出されるようになっている。

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（蒸気流路）が形成されている。
ディフューザ通路１８は、蒸気タービン１の最終段翼出口１７に連通するとともに、断面積が徐々に大きくなる形状を有する。そして、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が最終段翼出口１７を介してディフューザ通路１８に流入すると、蒸気流れＳ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。

図２〜図７に示すように、幾つかの実施形態に係る排気室１４において、フローガイド２０は、内側フローガイド部２２と、外側フローガイド部２４と、を含む。内側フローガイド部２２は、ディフューザ通路１８の外側の境界を画定するようにケーシング１５内に設けられる。また、外側フローガイド部は、ケーシング１５内において、内側フローガイド部２２の外周側に設けられる。
内側フローガイド部２２は、その内表面２２ａ（ベアリングコーン１６と対向してディフューザ通路１８を形成する面；図２参照）によって蒸気流れＳを案内し、外側フローガイド部２４は、その外表面２４ａ（ケーシング１５に対向する面；図２参照）によって蒸気流れＳを案内するように構成される。

そして、外側フローガイド部２４は、少なくとも内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの周囲に設けられる。すなわち、図２〜図７に示す例示的な実施形態では、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの周囲に、外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａが設けられている。

なお、本明細書において、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏよりも上側の領域を上半領域と称し、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏよりも下側の領域を下半領域と称する。また、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａ及び下半領域２２Ｂは、内側フローガイド部２２のうち、それぞれ、上述の上半領域及び下半領域に位置する部分のことであり、外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａ及び下半領域２４Ｂは、外側フローガイド部２４のうち、それぞれ、上述の上半領域及び下半領域に位置する部分のことである。
なお、図２等に示すように、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏは、ロータ２の中心軸と同一の直線上に存在してもよく、あるいは、ベアリングコーン１６の中心軸と同一の直線上に存在していてもよい。

ここで、図８は、典型的な排気室の概略断面図の一例であり、図８の（Ａ）は典型的な排気室のフローガイドの軸方向に沿った断面図であり、図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図８において、図２〜図７に示す実施形態と同一の符号を有する部材についてはその説明を省略する。
図８に示す典型的な排気室１４に設けられたフローガイド２０は、図２〜図７に示す実施形態における内側フローガイド部２２に相当する部分を含むが、外側フローガイド部２４に相当する部分を含まない。
このような典型的な排気室１４の上半領域においては、例えば図８に示すように、ディフューザ通路１８を通過する蒸気流れＳは、ディフューザ通路１８を形成するフローガイド２０（図２〜図７に示す内側フローガイド部２２に相当する部分）の上半領域２０Ａの裏側（フローガイド２０を挟んでディフューザ通路１８とは反対側）に回り込んで、剥離渦Ｖを形成することがある。

この点、図２〜図７に示す実施形態では、少なくとも内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの周囲に設けられた外側フローガイド部２４（外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａを含む）により、内側フローガイド部２２に案内されてディフューザ通路１８を流れ、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの裏側へ回り込もうとする蒸気流れＳを案内することができる。これにより、図２〜図７に示す実施形態では、図８に示す例に比べて、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの裏側へ回り込もうとする蒸気流れＳにより生成される剥離渦Ｖを低減可能である。例えば、図２、図３、図６及び図７では、図８に示す典型的な例に比べて、排気室１４の上半領域において、剥離渦Ｖが小さくなる、あるいは少なくなることが示されている。よって、排気室１４内における流体損失を低減することができ、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。

幾つかの実施形態では、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａと外側フローガイド部２４との接続部２５の少なくとも一部は、前記内側フローガイド部の軸方向に沿った断面内において湾曲形状である。図３に示す実施形態では、図３（Ａ）に示すように、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａと外側フローガイド部２４とが、湾曲形状の接続部２５を介して滑らかに接続されている。
なお、幾つかの実施形態では、内側フローガイド部２２は、フローガイド２０のうち、軸方向において、排気室入口１１からケーシング１５の壁面に近づくにつれて、徐々に拡径する部分であってもよい。

このように、湾曲形状の接続部２５を介して内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａと外側フローガイド部２４とが接続されていることにより、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの裏側へ回り込もうとする蒸気流れＳは、湾曲形状の接続部２５を経由して外側フローガイド部２４へと流れる。このため、蒸気流れＳの剥離渦Ｖをより一層低減でき、排気室１４内における流体損失をより効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、図２〜図７に示すように、外側フローガイド部２４は、内側フローガイド部２２の全周に亘って内側フローガイド部２２の外周側に設けられる。すなわち、図２〜図７に示す実施形態では、内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの周囲に、外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａが設けられているとともに、内側フローガイド部２２の下半領域２２Ｂの周囲に、外側フローガイド部２４の下半領域２４Ｂが設けられている。

例えば図８に示すように、外側フローガイド部２４に相当する部分を含まない典型的な排気室１４では、上半領域のみならず、下半領域においても蒸気流れＳの剥離渦Ｖが形成されることがある。すなわち、ディフューザ通路１８を通過する蒸気流れＳは、ディフューザ通路１８を形成するフローガイド２０（図２〜図７に示す内側フローガイド部２２に相当する部分）の下半領域２０Ｂの裏側（フローガイド２０を挟んでディフューザ通路１８とは反対側）に回り込んで、剥離渦Ｖを形成することがある。
また、上半領域のみに外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａを設けたとしても、ディフューザ通路１８を通過して内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの裏側へ回り込んだ後、外側フローガイド部２４に沿って下方に向かう蒸気流れは、内側フローガイド部２２の下半領域２０Ｂの裏側に回り込んで、剥離渦Ｖを形成することがある。

この点、図２〜図７に示す実施形態では、内側フローガイド部２２の全周に亘って設けられた外側フローガイド部２４により、ディフューザ通路１８を通過して内側フローガイド部２２の上半領域２２Ａの裏側へ回り込んだ後、外側フローガイド部２４に沿って下方に向かう蒸気流れＳの剥離渦Ｖ（下半領域における剥離渦Ｖ）をも抑制することができる。

図２〜図７に示す実施形態では、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏから径方向に延ばした線分Ｓが内側フローガイド部２２と交差する第１交点Ｐ_１と、線分Ｓが前記外側フローガイド部と交差する第２交点Ｐ_２と、の間の前記径方向における距離Ｄが最大値Ｄ_ｍａｘとなる中心軸Ｏ周りの角度位置が、前記中心軸Ｏを含む水平面Ｈよりも下側の角度範囲に含まれる。

例えば、図２に示す実施形態では、中心軸Ｏ周りの角度位置が、中心軸Ｏから鉛直下向きである位置において、中心軸Ｏから径方向（鉛直下向き）に伸ばした線分Ｓ_ｄと、内側フローガイド部２２及び外側フローガイド部２４とそれぞれ交差する第１交点Ｐ_１ｄ及び第２交点Ｐ_２ｄとの間の距離が最大値Ｄ_ｍａｘとなる。すなわち、上述の距離Ｄが最大値Ｄ_ｍａｘとなる中心軸Ｏ周りの角度位置である鉛直下向きの位置は、中心軸Ｏを含む水平面Ｈよりも下側の角度範囲に含まれる。

排気室１４は下方側に排気室出口１３を有するため、排気室１４内には、全体として下方に向かう流れが主として形成される。この点、図２〜図７に示す実施形態のように、内側フローガイド部２２と外側フローガイド部２４との間の距離Ｄ（第１交点Ｐ_１と第２交点Ｐ_２との間の距離Ｄ）が下半領域において最大値Ｄ_ｍａｘとなるようにしたので、排気室１４内における下方に向かう流れに対応して剥離渦Ｖを効果的に抑制できる。

なお、外側フローガイド部２４を下方に設けない場合、例えば図８に示すように、内側フローガイド部２２に相当するフローガイド２０の下方において、広範な領域で剥離が生じやすくなる。よって、外側フローガイド部２４を下側のほうに伸ばした形状とすることで、側方で下に向かう蒸気流れＳを外側フローガイド部２４に沿わせて流すことができ、剥離を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、上述の距離Ｄが最大値Ｄ_ｍａｘとなる角度位置は、中心軸Ｏを通る鉛直下方の角度位置よりも排気室１４の排気室入口１１における蒸気流れＳの旋回方向の下流側にずれている。
例えば図４に示す実施形態では、上述の距離Ｄが最大値Ｄ_ｍａｘとなる角度位置（図４において線分Ｓ_１で示される）は、中心軸Ｏを通る鉛直下方の角度位置（図４において線分Ｓ_ｄで示される）よりも、蒸気流れＳの旋回方向（図４において反時計回りの方向）の下流側に角度θ_１だけずれている。

排気室１４内の流れは、ロータ２の回転の影響を受けるため、旋回成分を有する場合がある。この場合、旋回成分に起因した流れの偏りが排気室１４内に生じる。
この点、例えば図４に示す実施形態のように、内側フローガイド部２２と外側フローガイド部２４との間の間隔（上述の第１交点Ｐ_１と第２交点Ｐ_２との間の距離Ｄ）が最大となる角度位置を旋回方向の下流側にオフセットすることで、流れの偏りを考慮した外側フローガイド部２４の形状となり、排気室１４における圧力損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、フローガイド２０は、内側フローガイド部２２及び外側フローガイド部２４に加えて、内側フローガイド部２２の下半領域２２Ｂと外側フローガイド部２４の下半領域２４Ｂとを接続する中間フローガイド部２６をさらに備える。
図示するように、中間フローガイド部２６は、内側フローガイド部２２の下方において、内側フローガイド部２２の下半領域２２Ｂから外側フローガイド部２４の下半領域２４Ｂに向かって垂下するように設けられる。

内側フローガイド部２２の下半領域２２Ｂと外側フローガイド部２４の下半領域２４Ｂとを接続する中間フローガイド部２６により、内側フローガイド部２２の下半領域２２Ｂから流出した下方に向かう流れを適切に案内し、内側フローガイド部２２の下方における剥離渦Ｖを効果的に抑制することができる。

図３に示す例示的な実施形態では、中間フローガイド部２６は、軸方向に沿った断面内において、下方に向かうにつれてディフューザ通路１８内における蒸気流れＳの上流側に向かうように鉛直方向に対して斜めになっている。

この場合、中間フローガイド部２６及びケーシング１５の内壁面により形成される蒸気の流路の断面積が下方に向かうにつれて徐々に拡大されるので、排気室１４内における静圧回復が促進される。これにより、排気室１４における損失をより効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａは、排気室１４の排気室入口１１における蒸気流れＳの旋回方向の上流側に比べて、該旋回方向の下流側におけるケーシング１５の内壁面１５ａと外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａとの距離が大きくなるように、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏに対してオフセットして配置される。

図５に示す断面図において、外側フローガイド部２４の中心Ｃを通る垂直方向の直線Ｌ_２は、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏを通る垂直方向の直線Ｌ１から、距離Ｇ_ｏｆｆだけ、上半領域における旋回方向の上流側にずれている。
すなわち、図５に示す例示的な実施形態では、外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａは、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏに対して距離Ｇ_ｏｆｆだけオフセットして配置されており、上半領域において、蒸気流れＳの旋回方向の上流側におけるケーシング１５の内壁面１５ａと外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａとの距離Ｋ_１に比べて、旋回方向の下流側におけるケーシング１５の内壁面１５ａと外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａとの距離Ｋ_２が大きくなっている。

排気室１４においては、上半領域における旋回方向の下流側に蒸気流れＳが偏る傾向がある。
この点、図５に示す実施形態のように、排気室１４の上半領域において、蒸気流れＳの旋回方向の下流側の流路断面積が広くなるように、外側フローガイド部２４の上半領域２４Ａを、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏに対してオフセットして配置することにより、排気室１４内における流体の圧力損失を低減することができる。

図６及び図７に示す実施形態では、外側フローガイド部２４の下端部２４ｂは、内側フローガイド部２２の中心軸Ｏの直交面に沿った断面内において（図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）参照）、ケーシング１５の第１側壁２８の内面２８ａに対向する外側フローガイド部２４の第１表面３２上の第１不連続点ＰＤ_１と、第１側壁２８とは反対側のケーシング１５の第２側壁３０の内面３０ａに対向する外側フローガイド部２４の第２表面３４上の第２不連続点ＰＤ_２と、を有する。

図６及び図７に示す実施形態では、外側フローガイド部２４の下端部２４ｂの第１不連続点ＰＤ_１及び第２不連続点ＰＤ_２において、それぞれ、外側フローガイド部２４に案内されて下方に向かう流れが剥離しやすくなる。このため、外側フローガイド部２４の下端部２４ｂにおける流れの剥離位置が固定（安定化）され、非定常損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、図７に示す実施形態のように、第１不連続点ＰＤ_１と第２不連続点ＰＤ_２とは、高さ位置が互いに異なっていてもよい。
このように、第１不連続点ＰＤ_１と第２不連続点ＰＤ_２とが異なる高さ位置に設けられることで、外側フローガイド部２４の下端部２４ｂにおける流れの剥離位置が非対称となり、非定常渦の発生を抑制することができる。よって、非定常損失をより効果的に低減できる。

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
１１ 排気室入口
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 内壁面
１６ ベアリングコーン
１７ 最終段翼出口
１８ ディフューザ通路
２０ フローガイド
２０Ａ 上半領域
２０Ｂ 下半領域
２２ 内側フローガイド部
２２Ａ 上半領域
２２Ｂ 下半領域
２２ａ 内表面
２４ 外側フローガイド部
２４Ａ 上半領域
２４Ｂ 下半領域
２４ａ 外表面
２４ｂ 下端部
２５ 接続部
２６ 中間フローガイド部
２８ 第１側壁
２８ａ 内面
３０ 第２側壁
３０ａ 内面
３２ 第１表面
３４ 第２表面
Ｏ 中心軸

Claims (12)

1. 蒸気タービンの排気室であって、
   ケーシングと、
   前記蒸気タービンの最終段翼出口に連通するディフューザ通路の外側の境界を画定するように前記ケーシング内に設けられる内側フローガイド部と、
   前記ケーシング内において前記内側フローガイド部の外周側に設けられる外側フローガイド部と、を備え、
   前記排気室は、下方側に排気室出口を有し、
   前記外側フローガイド部は、前記内側フローガイド部の全周に亘って前記内側フローガイド部の外周側に設けられ、
   前記外側フローガイド部の上半領域は、前記排気室の排気室入口における蒸気流れの旋回方向の上流側に比べて、該旋回方向の下流側における前記ケーシングの内壁面と前記外側フローガイド部の前記上半領域との距離が大きくなるように、前記内側フローガイド部の中心軸に対してオフセットして配置される
   ことを特徴とする蒸気タービンの排気室。
2. 前記内側フローガイド部の前記上半領域と前記外側フローガイド部との接続部の少なくとも一部は、前記内側フローガイド部の軸方向に沿った断面内において湾曲形状であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの排気室。
3. 前記内側フローガイド部の中心軸から径方向に延ばした線分が前記内側フローガイド部と交差する第１交点と、前記線分が前記外側フローガイド部と交差する第２交点と、の間の前記径方向における距離が最大となる前記中心軸周りの角度位置が、前記中心軸を含む水平面よりも下側の角度範囲に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気タービンの排気室。
4. 前記距離が最大となる前記角度位置は、前記中心軸を通る鉛直下方の角度位置よりも前記排気室の排気室入口における蒸気流れの旋回方向の下流側にずれていることを特徴とする請求項３に記載の蒸気タービンの排気室。
5. 前記内側フローガイド部の下方において、前記内側フローガイド部の下半領域から前記外側フローガイド部の下半領域に向かって垂下するように設けられ、前記内側フローガイド部の前記下半領域と前記外側フローガイド部の前記下半領域とを接続する中間フローガイド部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
6. 前記中間フローガイド部は、前記内側フローガイド部の軸方向に沿った断面内において、下方に向かうにつれて前記ディフューザ通路内における蒸気流れの上流側に向かうように鉛直方向に対して斜めになっていることを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービンの排気室。
7. 前記外側フローガイド部の下端部は、前記内側フローガイド部の中心軸の直交面に沿った断面内において、
   前記ケーシングの第１側壁の内面に対向する前記外側フローガイド部の第１表面上の第１不連続点と、
   前記第１側壁とは反対側の前記ケーシングの第２側壁の内面に対向する前記外側フローガイド部の第２表面上の第２不連続点と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
8. 前記第１不連続点と前記第２不連続点とは、高さ位置が互いに異なることを特徴とする請求項７に記載の蒸気タービンの排気室。
9. 蒸気タービンの排気室であって、
   ケーシングと、
   前記蒸気タービンの最終段翼出口に連通するディフューザ通路の外側の境界を画定するように前記ケーシング内に設けられる内側フローガイド部と、
   前記ケーシング内において前記内側フローガイド部の外周側に設けられる外側フローガイド部と、を備え、
   前記排気室は、下方側に排気室出口を有し、
   前記外側フローガイド部は、前記内側フローガイド部の全周に亘って前記内側フローガイド部の外周側に設けられ、
   前記内側フローガイド部の中心軸から径方向に延ばした線分が前記内側フローガイド部と交差する第１交点と、前記線分が前記外側フローガイド部と交差する第２交点と、の間の前記径方向における距離が最大となる前記中心軸周りの角度位置が、前記中心軸を含む水平面よりも下側の角度範囲に含まれ、
   前記距離が最大となる前記角度位置は、前記中心軸を通る鉛直下方の角度位置よりも前記排気室の排気室入口における蒸気流れの旋回方向の下流側にずれている
   蒸気タービンの排気室。
10. 蒸気タービンの排気室であって、
    ケーシングと、
    前記蒸気タービンの最終段翼出口に連通するディフューザ通路の外側の境界を画定するように前記ケーシング内に設けられる内側フローガイド部と、
    前記ケーシング内において前記内側フローガイド部の外周側に設けられる外側フローガイド部と、を備え、
    前記排気室は、下方側に排気室出口を有し、
    前記外側フローガイド部は、前記内側フローガイド部の全周に亘って前記内側フローガイド部の外周側に設けられ、
    前記外側フローガイド部の下端部は、前記内側フローガイド部の中心軸の直交面に沿った断面内において、
    前記ケーシングの第１側壁の内面に対向する前記外側フローガイド部の第１表面上の第１不連続点と、
    前記第１側壁とは反対側の前記ケーシングの第２側壁の内面に対向する前記外側フローガイド部の第２表面上の第２不連続点と、
    を有する
    蒸気タービンの排気室。
11. 前記第１不連続点と前記第２不連続点とは、高さ位置が互いに異なることを特徴とする請求項１０に記載の蒸気タービンの排気室。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の排気室と、
    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、
    を備えることを特徴とする蒸気タービン。

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