JP6817795B2 - 蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、蒸気タービンに関する。

蒸気タービンプラントは、主として、主蒸気が仕事を行う高圧蒸気タービンと、再熱蒸気が仕事を行う中圧蒸気タービンと、中圧蒸気タービンから排出された蒸気が仕事を行う低圧蒸気タービンと、を備えている。このうち低圧蒸気タービンは、復水器に連結されており、低圧蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器において凝縮されて復水が生成される。

低圧蒸気タービンの内車には、ノズルダイアフラムが設けられている。このノズルダイアフラムの内周端部には、ラビリンスパッキンが設けられており、ノズルダイアフラムとタービンロータとの間の領域を蒸気が通過することを防止している。このことにより、蒸気リークによる損失を低減し、タービン性能向上を図っている。

ノズルダイアフラムは、タービン段落を通過する蒸気から旋回力を受け、タービンロータの軸中心線を中心とした回転モーメントを受ける。このことにより、内車は、タービンロータの軸方向に直交する方向（以下、軸直交方向と称する）に位置ずれし得る。この場合、静止部の一部であるラビリンスパッキンが、回転部の一部であるタービンロータに接触するという問題がある。

このようなことに対処するために、低圧蒸気タービンの外車に、軸直交方向への内車の移動を規制する支持部材が設けられている。低圧蒸気タービンが、その下方に復水器が連結される下方排気タービンである場合、支持部材は、外車のエンドプレートからタービンロータの軸方向（水平方向）に延びるように形成される。

ところで、低圧蒸気タービンには、その側方に復水器が連結された側方排気タイプのタービン（以下、側方排気タービンと記す）がある。この側方排気タービンに、エンドプレートから水平方向に延びる上述した支持部材を用いた場合、支持部材が蒸気の流れを遮るという問題がある。この場合、蒸気の圧力損失が増大し、タービン性能の低下を招くおそれがある。

特開２００１−８２１０８号公報

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、回転部と静止部とが接触することを防止できるとともに、蒸気の圧力損失を低減してタービン性能を向上させることができる蒸気タービンを提供することを目的とする。

実施の形態による蒸気タービンは、外車と、外車に収容された内車と、内車および外車を貫通するタービンロータと、外車内に設けられ、タービンロータの軸方向に直交する方向への内車の移動を規制する一対の内車規制部と、を備えている。一対の内車規制部は、内車の下方に、軸方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、外車の底部から上方に延びる規制支持部に支持されている。

本発明によれば、回転部と静止部とが接触することを防止できるとともに、蒸気の圧力損失を低減してタービン性能を向上させることができる。

図１は、第１の実施の形態における蒸気タービンの全体構成を示す縦断面図である。 図２は、図１の蒸気タービンを示す側方断面図である。 図３は、図１の蒸気タービンを示す水平断面図である。 図４は、図２の内車支持梁の梁端部を示す部分拡大断面図である。 図５は、図１のＡ−Ａ線断面の一例を示す図である。 図６は、図１のＡ−Ａ線断面の他の一例を示す図である。 図７は、タービンロータの軸方向で見たときの、図１の内車規制部を示す部分拡大図である。 図８は、図７のＢ−Ｂ線断面を示す図である。 図９は、第２の実施の形態における蒸気タービンの全体構成を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における蒸気タービンについて説明する。

（第１の実施の形態）
図１〜図８を用いて、第１の実施の形態における蒸気タービンについて説明する。本実施の形態では、復水器に連結される低圧蒸気タービンであって、復水器に向かって側方に蒸気を排出する側方排気タービンを例にとって説明する。低圧蒸気タービンは、基礎Ｆ上に設置される。

図１に示すように、低圧蒸気タービン１（以下、単に蒸気タービン１と記す）は、外車１０と、外車１０に収容された内車４０と、内車４０および外車１０を貫通するタービンロータ２と、を備えている。このうち内車４０に、複数のノズルダイアフラム３が設けられている。複数のノズルダイアフラム３は、タービンロータ２の軸方向に離間している。主として、内車４０とノズルダイアフラム３とによって蒸気タービン１の静止部が構成されている。一方、タービンロータ２に、複数の動翼４が設けられている。複数の動翼４は、タービンロータ２の軸方向に離間している。主として、タービンロータ２と動翼４とによって蒸気タービン１の回転部が構成されている。なお、タービンロータ２の軸方向は、タービンロータ２の軸中心線Ｘが延びる方向（図１における左右方向）を意味する。

ノズルダイアフラム３と動翼４は、交互に配置されており、一のノズルダイアフラム３と、これに下流側で隣り合う動翼４とによって一のタービン段落５が構成されている。図１に示す蒸気タービン１には、このようなタービン段落５が複数設けられている。ノズルダイアフラム３の内周端部には、ラビリンスパッキン（図示せず）が設けられている。このことにより、ノズルダイアフラム３とタービンロータ２との間の領域を蒸気が通過することを防止し、蒸気リークによる損失を低減して、タービン性能向上を図っている。

内車４０には、蒸気供給管６が連結されている。図示しない中圧蒸気タービンまたはボイラなどから供給された蒸気は、蒸気供給管６によって最も上流側のタービン段落５に案内され、各タービン段落５を通過して仕事を行う。このことにより、タービンロータ２が回転駆動され、タービンロータ２に連結された図示しない発電機が発電を行う。

本実施の形態による蒸気タービン１は、上述したように側方排気タービンとして構成されている。すなわち、外車１０は、外車１０の側方端部に設けられた側方排気口１１を有している。外車１０には、各タービン段落５を通過した蒸気を側方排気口１１に案内するためのコーン部１２が設けられている。このコーン部１２は、後述する上半エンドプレート２１および下半エンドプレート３１から外車１０の内側に突出するように形成されている。また、内車４０には、各タービン段落５を通過した蒸気の流れを案内するディフューザ１３が設けられている。このようにして、各タービン段落５を通過した蒸気は、コーン部１２およびディフューザ１３によって、外車１０内を側方排気口１１に向かって流れ、側方排気口１１から排出される。側方排気口１１から排出された蒸気は、蒸気タービン１に連結された復水器（図示せず）に供給され、復水器において凝縮されて復水が生成される。

図１および図２に示すように、外車１０は、外車上半２０と外車下半３０とを有している。外車１０は、タービンロータ２の軸中心線Ｘを含む水平面で上下方向に２分割されている。

外車上半２０は、タービンロータ２の軸方向における両端部に設けられた一対の上半エンドプレート２１と、一対の上半エンドプレート２１の間に設けられた外車上半本体２２と、上半フランジ部２３と、を含んでいる。上半フランジ部２３は、上半エンドプレート２１の下端部および外車上半本体２２の下端部に連続状に設けられている。

一方、外車下半３０は、タービンロータ２の軸方向における両端部に設けられた一対の下半エンドプレート３１と、一対の下半エンドプレート３１の間に設けられた外車下半本体３２と、を含んでいる。下半エンドプレート３１の上端部および外車下半本体３２の上端部には、下半フランジ部３３が連続状に設けられている。

外車上半２０の上半フランジ部２３と、外車下半３０の下半フランジ部３３とは、ボルト等で互いに締結されている。このことにより、外車上半２０と外車下半３０とが一体化されている。

図３に示すように、本実施の形態における外車下半３０は、各下半エンドプレート３１に設けられた第１フットプレート３４（外車支持部）を更に含んでいる。第１フットプレート３４は、外車１０の周囲に設けられる基礎Ｆに支持される。より具体的には、第１フットプレート３４は、基礎Ｆに固定されて、外車１０を基礎Ｆに支持させる。第１フットプレート３４は、上方から見たときにタービンロータ２の軸中心線Ｘに対して両側に配置されており、本実施の形態では、外車下半３０は、４つの第１フットプレート３４を含んでいる。

図３に示すように、外車１０内には、内車４０を支持する一対の内車支持梁５０が設けられている。内車支持梁５０は、タービンロータ２の軸方向（より具体的にはタービンロータ２の軸中心線Ｘに平行かつ水平に）に延びている。すなわち、内車支持梁５０は、タービンロータ２の軸方向に沿う長手方向を有している。本実施の形態では、内車支持梁５０は、上方から見たときに、タービンロータ２の軸中心線Ｘに対して両側（図３における上下方向両側）に配置されており、内車４０の近傍に配置されている。より具体的には、内車支持梁５０は、上方から見たときに、内車４０と外車下半本体３２との間に配置されているが、外車下半本体３２よりも内車４０に近い位置に配置されている。

内車支持梁５０は、タービンロータ２の軸方向における両端部に設けられた梁端部５１を有している。上述した第１フットプレート３４は、図３および図４に示すように、この梁端部５１を支持する支持面３５（第１フットプレート３４の上面）を含んでいる。本実施の形態では、各梁端部５１は、対応する第１フットプレート３４の支持面３５上に載置されている。このことにより、内車支持梁５０の高さ位置は、基礎面（基礎Ｆの上面）を基準とした位置になっている。また、各梁端部５１は、対応する支持面３５上でタービンロータ２の軸方向に摺動可能になっている。

より具体的には、図３および図４に示すように、第１フットプレート３４の上方に、梁端部５１を収容する端部収容空間３６が設けられている。外車下半３０は、第１端壁３６ａ、一対の第２端壁３６ｂおよび天井壁３６ｃを更に含んでおり、端部収容空間３６は、第１フットプレート３４と、第１端壁３６ａと、一対の第２端壁３６ｂと、天井壁３６ｃとによって画定されている。また、端部収容空間３６は、外車１０の内部空間に対して凹状（言い換えると、下半エンドプレート３１から外側に凸状）に形成されている。第１端壁３６ａは、タービンロータ２の軸方向において対応する梁端部５１に対向している。第２端壁３６ｂは、上方から見たときのタービンロータ２の軸方向に直交する方向（以下、軸直交方向と称する）において対応する梁端部５１に対向している。天井壁３６ｃは、支持面３５に対向するように、第１端壁３６ａの上端部および第２端壁３６ｂの上端部に連結されている。支持面３５、第２端壁３６ｂおよび天井壁３６ｃは、下半エンドプレート３１に連結されている。このようにして、端部収容空間３６は、矩形状の空間として形成されており、梁端部５１を収容可能に構成されている。なお、第１フットプレート３４は、下半エンドプレート３１の上部に配置されているが、下半フランジ部３３よりも下方に端部収容空間３６が形成可能な位置に配置されている。

図３および図４に示すように、各梁端部５１と、対応する第１端壁３６ａとの間に間隙Ｇ１が設けられている。このようにして、各梁端部５１が、第１端壁３６ａと接触しないようになっている。この間隙Ｇ１は、真空荷重やタービンロータ２の荷重により外車１０が変形した場合であっても、各梁端部５１が第１端壁３６ａと接触しない寸法に設定されている。また、各梁端部５１と対応する一対の第２端壁３６ｂとの間にも間隙Ｇ２がそれぞれ設けられており、各梁端部５１が、第２端壁３６ｂと接触しないようになっている。この間隙Ｇ２は、間隙Ｇ１と同様に、外車１０が変形した場合であっても、各梁端部５１が第２端壁３６ｂと接触しない寸法に設定されている。

図４に示すように、本実施の形態では、各梁端部５１と、対応する支持面３５との間に、低摩擦部材６０が介在されている。低摩擦部材６０は、例えば、テフロン（登録商標）などの低摩擦材料によって構成することができるが、これに限られることはない。例えば、低摩擦部材６０は、全体的に低摩擦材料により形成されていてもよく、あるいは、台板状の金属材料の表面（少なくとも上面）に低摩擦材料がコーティングされた構成としてもよい。

図１および図２に示すように、内車４０は、内車上半４１と内車下半４２とを有している。すなわち、内車４０は、タービンロータ２の軸中心線Ｘを含む水平面で上下方向に２分割されている。図２および図３に示すように、内車下半４２は、内車支持梁５０に支持された４つの腕部４３を有している。腕部４３は、軸直交方向に延びており、内車下半４２の上端部から外側に突出するように形成されている。本実施の形態では、図３に示すように、腕部４３は、上方から見たときにタービンロータ２の軸中心線Ｘに対して両側に２つずつ設けられている。

図２に示すように、タービンロータ２の軸方向における内車４０の中央部に対して、当該軸方向における内車支持梁５０の移動が規制されている。より具体的には、内車下半４２は、内車規制部４４を有している。内車規制部４４は、上方から見たときにタービンロータ２の軸中心線Ｘに対して両側に設けられている。また、内車規制部４４は、上方から見たときに上述した一対の腕部４３の間に配置されており、より詳細には、タービンロータ２の軸方向において内車４０の中心位置に配置されている。軸方向における内車規制部４４の両側には、内車支持梁５０の被規制部５３が設けられており、当該軸方向において、内車４０に対する内車支持梁５０の移動が規制されるようになっている。

ところで、図２および図３に示すように、外車下半３０は、外車下半本体３２の外面に設けられた第２フットプレート３７を更に含んでいる。この第２フットプレート３７は、外車１０の周囲に設けられる基礎Ｆに支持される。より具体的には、第２フットプレート３７は、基礎Ｆに固定されて、外車１０を基礎Ｆに支持させる。第２フットプレート３７は、上方から見たときにタービンロータ２の軸中心線Ｘに対して一方の側に配置されている。すなわち、第２フットプレート３７は、側方排気口１１の側とは反対側に配置されており、第１フットプレート３４と同様の高さ位置に配置されている。

また、図１および図３に示すように、タービンロータ２は、ロータ軸受７０によって回転可能に支持されている。このロータ軸受７０は、軸受台７１に支持されており、軸受台７１は、外車１０の周囲に設けられる基礎Ｆに支持される。より具体的には、軸受台７１は、基礎Ｆに固定されて、ロータ軸受７０を基礎Ｆに支持させる。このように、本実施の形態では、ロータ軸受７０は、外車１０ではなく、軸受台７１によって基礎Ｆに直接的に支持される。このため、タービンロータ２の高さ位置は、基礎面（基礎Ｆの上面）を基準とした位置になっている。

図１に示すように、外車１０内に、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂが設けられている。一対の内車規制部８０ａ、８０ｂは、内車４０の下方に配置されている。一方、内車４０の内車下半４２の下部に、一対の被規制プレート８１ａ、８１ｂ（被規制部材）が設けられている。一対の内車規制部８０ａ、８０ｂおよび一対の被規制プレート８１ａ、８１ｂは、それぞれ、タービンロータ２の軸方向において互いに異なる位置に配置されている。本実施の形態では、内車４０の軸方向中心に対して対称となる位置に、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂおよび一対の被規制プレート８１ａ、８１ｂがそれぞれ配置されている。そして、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂは、軸直交方向への内車４０の移動を、対応する被規制プレート８１ａ、８１ｂを介して規制している。すなわち、一方の内車規制部（第１内車規制部８０ａ）が、対応する一方の被規制プレート（第１被規制プレート８１ａ）の移動を規制し、他方の内車規制部（第２内車規制部８０ｂ）が、対応する他方の被規制プレート（第２被規制プレート８１ｂ）の移動を規制している。

一対の内車規制部８０ａ、８０ｂは、外車下半３０の外車下半本体３２の底部から上方に延びる規制支持部８２に支持されている。本実施の形態では、規制支持部８２は、第１内車規制部８０ａを支持する第１縦支持梁８２ａと、第２内車規制部８０ｂを支持する第２縦支持梁８２ｂと、を有している。第１縦支持梁８２ａおよび第２縦支持梁８２ｂは、いずれも上下方向に延びるように形成されている。

各縦支持梁８２ａ、８２ｂのタービンロータ２の軸中心線Ｘを含む鉛直面に投影した投影面積は、軸中心線Ｘに垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さくなっている。すなわち、図５および図６に示すように、水平断面において、各縦支持梁８２ａ、８２ｂの、タービンロータ２の軸方向の水平寸法ｄ１が、軸直交方向の水平寸法ｄ２よりも小さくなっており、側方排気口１１に向かう蒸気の流れの一部が遮られることを抑制している。縦支持梁８２ａ、８２ｂの水平断面形状は、特に限られることはないが、例えば、矩形状、楕円状に形成することができる。縦支持梁８２ａ、８２ｂの水平断面が矩形状に形成される場合、図５に示すように、側方排気口１１に向かう蒸気の流れ（矢印で図示）に、当該水平断面の長手方向が沿うように配置されることが好適である。また、縦支持梁８２ａ、８２ｂの水平断面が楕円状に形成される場合、図６に示すように、側方排気口１１に向かう蒸気の流れに、当該水平断面の長軸方向が沿うように配置されることが好適である。更には、図示しないが、縦支持梁８２ａ、８２ｂの水平断面が、蒸気の流れに沿って流線形状で形成されるようにしてもよい。

各縦支持梁８２ａ、８２ｂと同様に、被規制プレート８１ａ、８１ｂのタービンロータ２の軸中心線Ｘを含む鉛直面に投影した投影面積は、軸中心線Ｘに垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さくなっている。本実施の形態では、被規制プレート８１ａ、８１ｂは平板状に形成されており、主となる面が、タービンロータ２の軸方向を向くように配置されている。

図１および図２に示すように、各縦支持梁８２ａ、８２ｂは、被規制プレート８１ａ、８１ｂおよび内車規制部８０ａ、８０ｂとともに、内車４０の下方に配置されている。言い換えると、被規制プレート８１ａ、８１ｂ、内車規制部８０ａ、８０ｂおよび縦支持梁８２ａ、８２ｂは、上方から見たときに、内車４０に重なるように配置されており、内車４０のディフューザ１３と、外車１０の上半エンドプレート２１および下半エンドプレート３１との間の領域に重ならないように配置されている。

各縦支持梁８２ａ、８２ｂは、外車１０の周囲に設置された基礎Ｆに固定される基礎固定部８３ａ、８３ｂに取り付けられている。基礎固定部８３ａ、８３ｂは、外車変形吸収機構（第１ベローズ８４ａおよび第２ベローズ８４ｂ）を介して外車１０の外車下半本体３２の底部に取り付けられている。より具体的には、第１縦支持梁８２ａは、第１基礎固定部８３ａおよび第１ベローズ８４ａを介して外車下半本体３２の底部に取り付けられ、第２縦支持梁８２ｂは、第２基礎固定部８３ｂおよび第２ベローズ８４ｂを介して外車下半本体３２の底部に取り付けられている。第１基礎固定部８３ａおよび第２基礎固定部８３ｂは、基礎Ｆに埋め込まれる固定金具８５を含んでおり、外車下半本体３２の周囲に設置された基礎Ｆに固定される。第１ベローズ８４ａおよび第２ベローズ８４ｂは、外車１０の変形を吸収可能な伸縮継手として構成されている。

外車下半本体３２の底部には、第１開口部８６ａおよび第２開口部８６ｂが設けられている。第１基礎固定部８３ａが第１開口部８６ａの下側に設けられ、第１縦支持梁８２ａは、第１基礎固定部８３ａから第１開口部８６ａを貫通して上方に延びている。同様に、第２基礎固定部８３ｂが第２開口部８６ｂの下側に設けられ、第２縦支持梁８２ｂは、第２基礎固定部８３ｂから第２開口部８６ｂを貫通して上方に延びている。

図７に示すように、被規制プレート８１ａ、８１ｂは、内車規制部８０ａ、８０ｂを収容する内車凹部８７を有している。この内車凹部８７は、タービンロータ２の軸方向（図７の紙面に垂直な方向）で見たときに、被規制プレート８１ａ、８１ｂの下端の中央部に凹状に形成されている。内車凹部８７は、当該軸方向で被規制プレート８１ａ、８１ｂを貫通するように形成されている。

図７に示すように、軸直交方向（図７における左右方向）において、内車規制部８０ａ、８０ｂと被規制プレート８１ａ、８１ｂとの間に、シム８８が介在されている。より具体的には、内車凹部８７は、軸直交方向において内車規制部８０ａ、８０ｂに対向する一対の凹部壁８９を含んでいる。内車規制部８０ａ、８０ｂは、対応する凹部壁８９に対向する一対の規制壁９０を含んでいる。各凹部壁８９と、対応する規制壁９０との間に、シム８８が介在されている。この場合、被規制プレート８１ａ、８１ｂと内車規制部８０ａ、８０ｂとの位置関係に応じてシム８８の厚みまたは枚数を調整することにより、縦支持梁８２を基礎に固定した後に内車４０を据え付けた時の凹部壁８９と規制壁９０との間の相対的な位置ずれを吸収することができ、内車４０の据え付けを容易にすることができる。なお、シム８８は、タービンロータ２の軸方向において内車凹部８７からはみ出した部分（図８において被規制プレート８１ａ、８１ｂよりも上側および下側にはみ出した部分）において、図示しないボルト等で内車規制部８０ａ、８０ｂに着脱可能に固定することができる。あるいは、シム８８は、被規制プレート８１ａ、８１ｂに取り外し可能に保持されるようにしてもよい。

図８に示すように、本実施の形態では、タービンロータ２の軸方向においては、内車規制部８０ａ、８０ｂは被規制プレート８１ａ、８１ｂの両端面から突出しており、当該軸方向への被規制プレート８１ａ、８１ｂの移動は、規制されないようになっている。この場合、被規制プレート８１ａ、８１ｂ、内車規制部８０ａ、８０ｂ、縦支持梁８２ａ、８２ｂには、タービンロータ２の軸方向の荷重がかからない。このため、当該軸方向における被規制プレート８１ａ、８１ｂ、内車規制部８０ａ、８０ｂ、縦支持梁８２ａ、８２ｂの寸法を低減することができ、蒸気の流れの圧力損失を低減することができる。

図７に示すように、上下方向において、内車凹部８７の上端面と内車規制部８０ａ、８０ｂの上端面との間には所定の隙間が設けられている。また、被規制プレート８１ａ、８１ｂの下端面と縦支持梁８２ａ、８２ｂの上端面との間には所定の隙間が設けられている。このようにして、上下方向への被規制プレート８１ａ、８１ｂの移動は、この隙間の範囲内では規制されないようになっている。このため、熱膨張などによって内車４０が上下方向に位置ずれした場合には、内車規制部８０ａ、８０ｂと被規制プレート８１ａ、８１ｂとが相対的に移動可能になっている一方、熱膨張などによって内車４０が軸直交方向に位置ずれしようとした場合、内車４０は凹部壁８９を起点として内車４０を支持する腕部４３の底面が内車支持梁５０に対して滑り、摩擦力が生じる。この摩擦力は内車４０が滑るときの反力として、凹部壁８９、シム８８および規制壁９０を介して縦支持梁８２に軸直交方向に加わる。縦支持梁８２ａ、８２ｂは、この軸直交方向の反力（摩擦力）に対して変形しない程度の剛性を有していることが好適である。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

蒸気タービン１の運転時には、蒸気は各タービン段落５を通過して仕事を行う。この際、ノズルダイアフラム３は、タービン段落５を通過する蒸気から旋回力を受け、タービンロータ２の軸中心線Ｘを中心とした回転モーメントを受ける。しかしながら本実施の形態による内車４０は、内車規制部８０ａ、８０ｂによって、軸直交方向への移動が規制される。このことにより、蒸気から受ける回転モーメントによって、静止部の一部であるノズルダイアフラム３の内周端部に設けられたラビリンスパッキン（図示せず）が、回転部の一部であるタービンロータ２に接触することを防止できる。

各タービン段落５を通過した蒸気は、外車１０内を側方排気口１１に向かって流れる。側方排気口１１を通過した蒸気は、図示しない復水器に供給されて凝縮される。

また、本実施の形態による内車規制部８０ａ、８０ｂは、内車４０の下部に設けられた被規制プレート８１ａ、８１ｂを規制し、この内車規制部８０ａ、８０ｂを支持する縦支持梁８２ａ、８２ｂが、外車１０の外車下半本体３２の底部から上方に延びている。この場合、被規制プレート８１ａ、８１ｂ、内車規制部８０ａ、８０ｂおよび縦支持梁８２ａ、８２ｂは、内車４０の下方に配置される。このため、各タービン段落５を通過した蒸気の多くが流れる領域に、被規制プレート８１ａ、８１ｂ、内車規制部８０ａ、８０ｂおよび縦支持梁８２ａ、８２ｂが配置されることを回避できる。このため、蒸気の流れが、被規制プレート８１ａ、８１ｂ、内車規制部８０ａ、８０ｂおよび縦支持梁８２ａ、８２ｂによって遮られることを抑制でき、圧力損失を低減できる。とりわけ、縦支持梁８２ａ、８２ｂのタービンロータ２の軸中心線Ｘを含む鉛直面に投影した投影面積が、軸中心線Ｘに垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さくなっている。このことにより、縦支持梁８２ａ、８２ｂの周囲における蒸気の流れの圧力損失を低減することができる。

また、蒸気タービン１の運転時には、外車１０の内部空間が復水器によって真空状態になる。この場合、外車１０が内側にへこむように変形し得る。また、外車１０は熱膨張によっても変形し得る。

これに対して本実施の形態による縦支持梁８２ａ、８２ｂは、基礎固定部８３ａ、８３ｂおよびベローズ８４ａ、８４ｂを介して外車下半本体３２の底部に取り付けられている。このことにより、縦支持梁８２ａ、８２ｂは、外車下半本体３２ではなく、基礎固定部８３ａ、８３ｂによって支持される。このため、外車１０が真空荷重等によって変形した場合であっても、外車１０の変形の影響を縦支持梁８２ａ、８２ｂが受けることを抑制できる。

また、本実施の形態による内車支持梁５０の各梁端部５１が、外車下半３０の下半エンドプレート３１に設けられた第１フットプレート３４の支持面３５に支持されている。このことにより、内車４０を、外車上半本体２２や外車下半本体３２を介することなく、基礎Ｆに支持させることができる。このため、外車１０が真空荷重等によって変形した場合であっても、外車１０の変形の影響を内車４０が受けることがない。

また、本実施の形態によるロータ軸受７０は、軸受台７１を介して基礎Ｆに支持される。このことにより、ロータ軸受７０を、外車１０ではなく、基礎Ｆに支持させることができる。このため、真空荷重等による外車１０の変形による影響を、タービンロータ２が受けることがない。また、ロータ軸受７０が基礎Ｆに支持されるため、タービンロータ２の荷重を外車１０が受けることがない。

このように、真空荷重等による外車１０の変形の影響と、タービンロータ２の荷重による外車１０の変形の影響を、内車４０が受けることがなく、タービンロータ２が受けることもない。このことにより、内車４０の位置とタービンロータ２の位置とが変動することがない。このため、回転部と静止部との間の間隙を小さくすることができるとともに、運転状態によらずに回転部と静止部との間の間隙を維持することができる。この場合、蒸気リークによる損失を低減することができ、タービン性能を向上させることができる。また、一般的な蒸気タービンにおいて外車１０の変形を抑制するために外車１０の内面に設けられていたリブを不要にすることができる、またはリブの個数や大きさを低減することができる。この場合、蒸気の流れが遮られることを抑制でき、圧力損失を低減して、タービン性能を向上させることができる。

このように本実施の形態によれば、内車４０の軸直交方向への移動が、内車規制部８０ａ、８０ｂによって規制されている。このことにより、回転部の一部であるタービンロータ２と、静止部の一部であるノズルダイアフラム３の内周端部に設けられたラビリンスパッキンと、が接触することを防止できる。このため、回転部と静止部とが接触することを防止できる。

また、本実施の形態によれば、内車規制部８０ａ、８０ｂが外車１０の外車下半本体３２の底部から上方に延びる縦支持梁８２ａ、８２ｂに支持されている。このことにより、内車規制部８０ａ、８０ｂおよび縦支持梁８２ａ、８２ｂを、内車４０の下方に配置することができる。このため、各タービン段落５を通過した蒸気の流れが、内車規制部８０ａ、８０ｂおよび縦支持梁８２ａ、８２ｂによって遮られることを抑制できる。この結果、蒸気の圧力損失を低減し、タービン性能を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、縦支持梁８２ａ、８２ｂのタービンロータ２の軸中心線Ｘを含む鉛直面に投影した投影面積は、軸中心線Ｘに垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さくなっている。このことにより、縦支持梁８２ａ、８２ｂの周囲における蒸気の流れが遮られることを抑制し、圧力損失をより一層低減することができる。

また、本実施の形態によれば、第１内車規制部８０ａが、上方に延びる第１縦支持梁８２ａによって支持されるとともに、第２内車規制部８０ｂが、上方に延びる第２縦支持梁８２ｂによって支持されている。このことにより、第１内車規制部８０ａと第２内車規制部８０ｂとを、別々のタービンロータ２の軸方向において支持することができる。このため、内車４０の軸直交方向への移動を、効果的に規制することができ、回転部と静止部とが接触することをより一層防止できる。

また、本実施の形態によれば、各縦支持梁８２ａ、８２ｂは、対応する基礎固定部８３ａ、８３ｂで基礎Ｆに固定され、基礎固定部８３ａ、８３ｂが、ベローズ８４ａ、８４ｂを介して外車１０の外車下半本体３２に取り付けられている。このことにより、外車１０が真空荷重や熱膨張などによって変形した場合であっても、外車１０の変形の影響を内車４０が受けて位置ずれすることを防止できる。このため、回転部と静止部とが接触することをより一層防止できる。

また、本実施の形態によれば、軸直交方向において、内車規制部８０ａ、８０ｂと被規制プレート８１ａ、８１ｂとの間に、シム８８が介在されている。このことにより、シム８８の厚みまたは枚数を調整することにより、内車規制部８０ａ、８０ｂと被規制プレート８１ａ、８１ｂとの間の隙間を低減することができ、被規制プレート８１ａ、８１ｂの軸直交方向への移動をより一層規制することができる。

なお、上述した本実施の形態においては、内車４０が、外車１０内に設けられた内車支持梁５０によって支持されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、内車４０の位置ずれを抑制可能であれば、内車４０の支持構造は任意である。

（第２の実施の形態）
次に、図９を用いて、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービンについて説明する。

図９に示す第２の実施の形態においては、規制支持部が、一対の内車規制部の両方を支持する共通縦支持梁を有している点が主に異なり、他の構成は、図１〜図７に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９において、図１〜図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図９に示すように、本実施の形態においては、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂを支持する規制支持部８２が、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂの両方を支持する共通縦支持梁９１を有している。この共通縦支持梁９１は、上下方向に延びるように形成されている。

図１等に示す各縦支持梁８２ａ、８２ｂと同様に、共通縦支持梁９１は、外車１０の周囲に設置された基礎Ｆに固定される基礎固定部８３ｃに取り付けられている。基礎固定部８３ｃは、ベローズ８４ｃを介して外車下半本体３２の底部に取り付けられている。

外車下半本体３２の底部には、開口部８６ｃが設けられている。基礎固定部８３ｃが開口部８６ｃの下側に設けられ、共通縦支持梁９１は、基礎固定部８３ｃから開口部８６ｃを貫通して上方に延びている。

共通縦支持梁９１と一対の内車規制部８０ａ、８０ｂとの間には、横支持梁９２が介在されている。横支持梁９２は、タービンロータ２の軸方向に延びており、横支持梁９２の中間位置に、横支持梁９２が連結されている。図８に示す形態では、共通縦支持梁９１と横支持梁９２とが、一体に形成されている例が示されているが、これらは別々に形成されて取り付けられるようにしてもよい。内車規制部８０ａ、８０ｂは、横支持梁９２の両端部に取り付けられている。

図１等に示す各縦支持梁８２ａ、８２ｂと同様に、共通縦支持梁９１および横支持梁９２のタービンロータ２の軸中心線Ｘを含む鉛直面に投影した投影面積は、軸中心線Ｘに垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さくなっている。共通縦支持梁９１および横支持梁９２は、内車４０の下方に配置されている。このうち共通縦支持梁９１は、タービンロータ２の軸方向の中間位置に配置されている。

このように本実施の形態によれば、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂを支持する規制支持部８２が、一対の内車規制部８０ａ、８０ｂの両方を支持する共通縦支持梁９１を有している。このことにより、共通縦支持梁９１のタービンロータ２の軸中心線Ｘを含む鉛直面に投影した投影面積を、より一層小さくすることができる。このため、各タービン段落５を通過した蒸気の流れが、共通縦支持梁９１によって遮られることをより一層抑制でき、蒸気の圧力損失をより一層低減することができる。また、共通縦支持梁９１を用いることにより、構造の簡素化を図ることができる。すなわち、共通縦支持梁９１を外車下半本体３２に取り付けるための基礎固定部８３ｃ、ベローズ８４ｃ、外車下半本体３２の開口部８６ｃの個数を低減することができる。

以上述べた実施の形態によれば、回転部と静止部とが接触することを防止できるとともに、蒸気の圧力損失を低減してタービン性能を向上させることができる。

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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

１：蒸気タービン、２：タービンロータ、１０：外車、３４：第１フットプレート、３５：支持面、４０：内車、５０：内車支持梁、５１：梁端部、８０ａ：第１内車規制部、８０ｂ：第２内車規制部、８１ａ：第１被規制プレート、８１ｂ：第２被規制プレート、８２：規制支持部、８２ａ：第１縦支持梁、８２ｂ：第２縦支持梁、８３ａ：第１基礎固定部、８３ｂ：第２基礎固定部、８３ｃ：基礎固定部、８４ａ：第１ベローズ、８４ｂ：第２ベローズ、８４ｃ：ベローズ、８７：内車凹部、８８：シム、９１：共通縦支持梁、Ｆ：基礎、Ｘ：軸中心線

Claims (8)

1. 蒸気を側方に排出する蒸気タービンであって、
   外車と、
   前記外車に収容された内車と、
   前記内車および前記外車を貫通するタービンロータと、
   前記外車内に設けられ、前記タービンロータの軸方向に直交する方向への前記内車の移動を規制する一対の内車規制部と、を備え、
   前記外車は、前記タービンロータの軸方向で見たときに、前記タービンロータの軸中心線を含む鉛直面に対して一側に位置する前記側方の端部に設けられた側方排気口を有し、
   一対の前記内車規制部は、前記内車の下方に、前記軸方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、前記外車の底部から上方に延びる規制支持部に支持され、
   前記規制支持部の前記タービンロータの軸中心線を含む鉛直面に投影した投影面積は、前記軸中心線に垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さく、
   前記規制支持部は、前記外車の周囲に設置された基礎に固定される基礎固定部に取り付けられ、
   前記基礎固定部は、外車変形吸収機構を介して前記外車の底部に取り付けられている、蒸気タービン。
2. 前記内車の下部に一対の被規制部材が設けられ、
   前記内車規制部は、前記被規制部材を介して前記内車の移動を規制し、
   前記被規制部材は、前記内車規制部を収容する内車凹部を有し、
   前記軸方向に直交する方向において、前記内車規制部と前記被規制部材との間に、シムが介在されている、請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 蒸気を側方に排出する蒸気タービンであって、
   外車と、
   前記外車に収容された内車と、
   前記内車および前記外車を貫通するタービンロータと、
   前記外車内に設けられ、前記タービンロータの軸方向に直交する方向への前記内車の移動を規制する一対の内車規制部と、を備え、
   前記外車は、前記タービンロータの軸方向で見たときに、前記タービンロータの軸中心線を含む鉛直面に対して一側に位置する前記側方の端部に設けられた側方排気口を有し、
   一対の前記内車規制部は、前記内車の下方に、前記軸方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、前記外車の底部から上方に延びる規制支持部に支持され、
   前記規制支持部の前記タービンロータの軸中心線を含む鉛直面に投影した投影面積は、前記軸中心線に垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さく、
   前記内車の下部に一対の被規制部材が設けられ、
   前記内車規制部は、前記被規制部材を介して前記内車の移動を規制し、
   前記被規制部材は、前記内車規制部を収容する内車凹部を有し、
   前記軸方向に直交する方向において、前記内車規制部と前記被規制部材との間に、シムが介在されている、蒸気タービン。
4. 前記外車内に設けられ、前記内車を支持する内車支持梁を更に備えた、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
5. 前記内車支持梁は、前記軸方向に延び、
   前記外車は、前記軸方向における前記外車の両端部に設けられた、基礎に支持される外車支持部を有し、
   前記内車支持梁は、前記軸方向における両端部に設けられた梁端部を有し、
   前記外車支持部は、前記梁端部を支持する支持面を含んでいる、請求項４に記載の蒸気タービン。
6. 蒸気を側方に排出する蒸気タービンであって、
   外車と、
   前記外車に収容された内車と、
   前記内車および前記外車を貫通するタービンロータと、
   前記外車内に設けられ、前記タービンロータの軸方向に直交する方向への前記内車の移動を規制する一対の内車規制部と、
   前記外車内に設けられ、前記内車を支持する内車支持梁と、を備え、
   前記外車は、前記タービンロータの軸方向で見たときに、前記タービンロータの軸中心線を含む鉛直面に対して一側に位置する前記側方の端部に設けられた側方排気口を有し、
   一対の前記内車規制部は、前記内車の下方に、前記軸方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、前記外車の底部から上方に延びる規制支持部に支持され、
   前記規制支持部の前記タービンロータの軸中心線を含む鉛直面に投影した投影面積は、前記軸中心線に垂直な鉛直面に投影した投影面積よりも小さく、
   前記内車支持梁は、前記軸方向に延び、
   前記外車は、前記軸方向における前記外車の両端部に設けられた、基礎に支持される外車支持部を有し、
   前記内車支持梁は、前記軸方向における両端部に設けられた梁端部を有し、
   前記外車支持部は、前記梁端部を支持する支持面を含んでいる、蒸気タービン。
7. 前記規制支持部は、一方の前記内車規制部を支持する第１縦支持梁と、他方の前記内車規制部を支持する第２縦支持梁と、を有している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
8. 前記規制支持部は、一対の前記内車規制部の両方を支持する共通縦支持梁を有している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

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