JP6833745B2 - 蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、主として、主蒸気が導かれる高圧タービン、再熱蒸気が導かれる中圧タービン、中圧タービンから排出された蒸気が導かれる低圧タービンで構成される。

例えば、低圧タービンにおいて、圧力容器である外部車室は、タービンロータの回転軸中心線を含む水平面で外部車室上半と外部車室下半に２分割されている。外部車室上半のフランジ部と外部車室下半のフランジ部とは、ボルト等で互いに締結されている。

外部車室下半のフランジ部近傍の側面には、フットプレートが設けられている。このフットプレートは、基礎台上に載置される。そして、外部車室は、フットプレートによって基礎に支持されている。

低圧タービンは、復水器に連結されている。そして、低圧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となる。

低圧タービンにおける排気構造として、鉛直方向下側に復水器が配置される下方排気構造、軸方向後流側に復水器が配置される軸流排気構造、タービンロータの軸方向に対して垂直かつ水平な方向に復水器が配置される側方排気構造などがある。

これらの排気構造のなかでも、低圧タービンにおける排気構造としては、下方排気構造が一般的である。なお、タービンロータの軸方向は、タービンロータの軸中心線が延びる方向を意味する。

低圧タービンと復水器との接続方法は、大きく２種類ある。１つ目の接続方法は、低圧タービンと復水器との間をエキスパンションと呼ばれる伸縮可能な部品を介してフレキシブルに接続する方法である。エキスパンションは、例えば、ゴムやステンレスなどで構成される。

２つ目の接続方法は、低圧タービンと復水器とを溶接やボルト締結などによって剛に接続する方法である。この場合、低圧タービンと復水器とが一体の圧力容器となるため、運転状態に応じた力をお互いに及ぼし合う。

２つ目の接続方法であるリジッド接続の場合、例えば、タービン起動時には、低圧タービンと復水器における温度が上昇してそれぞれが熱膨張する。その際、低圧タービンと復水器との支持部には、熱膨張を妨げようとする反力が作用する。

ここで、低圧タービンの外部車室の内部は、復水器によって真空状態となる。これによって、外部車室は、外面が受ける圧力と内面が受ける圧力との差によって荷重を受ける。一般的に、この荷重は、真空荷重と呼ばれる。

下方排気構造の場合、低圧タービンの外部車室には、真空荷重および熱膨張収縮による反力が鉛直方向に作用する。下方排気構造における外部車室は、基礎台上に広い設置面積を有するフットプレートを有するため、これらの荷重を受けることができる。

一方、外部車室の一方の側方側に復水器を備える側方排気構造の低圧タービンの場合、外部車室の復水器を備える側には、タービンロータの軸方向に対して垂直かつ水平な方向に荷重が作用する。

ここで、図９は、下方排気構造を備える従来の低圧タービン２００の縦断面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ断面を示す図である。

図９に示すように、低圧タービン２００は、外部車室２１０と、外部車室２１０の内部に備えられた内部車室２２０と、外部車室２１０および内部車室２２０を貫通するタービンロータ２３０とを備える。内部車室２２０内には、ダイヤフラム外輪２２１とダイヤフラム内輪２２２との間に支持された静翼２２３と、タービンロータ２３０に植設された動翼２３１とがタービンロータ軸方向に交互に配設されている。

低圧タービン２００の中央には、クロスオーバー管２４０からの蒸気が導入される吸気室２４１を備えている。この吸気室２４１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２４５と、その内周側のコーン２４６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２４７が形成されている。

ここで、前述したように、外部車室２１０は、外部車室上半２１０ａと外部車室下半２１０ｂとで構成されている。図９に示すように、外部車室下半２１０ｂの、タービンロータ２３０の軸方向に垂直な一対の端板２１１には、フットプレート２１２が設けられている。

フットプレート２１２は、例えば、タービンロータ２３０の軸方向に垂直かつ水平な方向に延設されている。フットプレート２１２は、図９に示すように、基礎台２５０上に、例えば、ソールプレート２１３を介して載置されている。このように、外部車室下半２１０ｂ、すなわち外部車室２１０は、基礎台２５０上に支持される。

なお、図示されていないが、外部車室下半２１０ｂの、タービンロータ２３０の軸方向に平行な一対の側板にも、フットプレートが設けられている。このフットプレートも、基礎台２５０上に載置されている。

また、基礎台２５０上には、例えばソールプレート２１３を介して軸受台２６０が固定されている。軸受台２６０によって支持される軸受２６１は、軸受ケーシング２６２内に備えられる。タービンロータ２３０は、軸受２６１によって回転可能に支持されている。

図９および図１０に示すように、端板２１１に設けられたフットプレート２１２には、センターキー２１４が設けられている。このセンターキー２１４は、端板２１１の幅（端板２１１におけるタービンロータ２３０の軸方向に垂直かつ水平な方向の幅）の中央に設けられる。センターキー２１４は、フットプレート２１２から軸受台２６０側に突出している。

センターキー２１４に対向する軸受台２６０の端面には、図１０に示すように、センターキー２１４と嵌合する嵌合溝２６３ａを備えたキー嵌合部材２６３が固定されている。なお、センターキー２１４は、例えば、フットプレート２１２と一体的、またはフットプレート２１２に着脱可能に固定される。

センターキー２１４をキー嵌合部材２６３の嵌合溝２６３ａに嵌合することによって、外部車室２１０とタービンロータ２３０とのアライメントが確保される。

このようにセンターキー２１４とキー嵌合部材２６３とにおける嵌合構造は、アライメントを確保するためのものである。そのため、図１０に示すように、センターキー２１４の幅（タービンロータ２３０の軸方向に垂直かつ水平な方向の幅）は短く、小さな部材で構成されている。また、このような嵌合構造は、基礎台２５０の上面の上方に位置する構成となっている。

特許第５４５０２３７号公報

前述したように、外部車室の一方の側方側に復水器を備える側方排気構造の低圧タービンでは、外部車室には、タービンロータの軸方向に垂直かつ復水器を備える側に水平な方向に荷重が作用する。

また、前述したように、下方排気構造を備える従来の低圧タービン２００におけるセンターキー２１４とキー嵌合部材２６３とにおける嵌合構造は、アライメントを確保するためのものである。

そのため、この嵌合構造を側方排気構造の低圧タービンに適用した場合、上記した荷重に嵌合構造が耐えることは困難である。また、荷重に耐えられず嵌合構造が破壊され、外部車室を所定の位置に維持することができないことがある。このようなことは、タービン性能やタービン運用の信頼性を低下させる。

本発明が解決しようとする課題は、外部車室に荷重が作用した場合においても、タービンロータに対する外部車室の位置を維持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、タービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向の一方の側に復水器が設置される側方排気構造を有し、基礎台に支持される。蒸気タービンは、前記タービンロータが貫通されるとともに、上下に分割された外部車室上半と外部車室下半とを備える外部車室と、前記外部車室下半における、前記タービンロータの軸方向に垂直な一対の端板にそれぞれ形成され、上方が開口されるともに前記外部車室の内側に窪んだ第１の溝部と、前記基礎台における前記第１の溝部に対向する部分に形成され、上方が開口する第２の溝部と前記第１の溝部の双方に亘って嵌合するブロック状のキー部材とを備える。

第１の実施の形態の蒸気タービンの縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 図２のＢ−Ｂ断面を示す図である。 図３のＣ−Ｃ断面を示す図である。 図３に示された外部車室の固定構造部を拡大した図である。 図３のＤ−Ｄ断面を示す図である。 図３に示された外部車室の固定構造部について、他の構成を拡大して示す図である。 第２の実施の形態の蒸気タービンにおいて、図２のＢ−Ｂ断面に相当する断面を示す図である。 下方排気構造を備える従来の低圧タービンの縦断面図である。 図９のＸ−Ｘ断面を示す図である。

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。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の蒸気タービン１の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面を示す図である。

なお、図２および図３では、蒸気タービン１の構成の一部を省略して示している。図３では、内部車室３０については外観を平面図として示している。また、図３では、後述するキー部材１２０の構成を明確に示すために、タービンロータ４０の一部、軸受部（軸受４１、軸受ケーシング４２、軸受台４３）を省略して示している。

図１に示すように、蒸気タービン１は、外部車室１０と、外部車室１０内に設けられた内部車室３０と、内部車室３０および外部車室１０を貫通するタービンロータ４０を備える。なお、ここで示される蒸気タービン１は、低圧タービンである。

内部車室３０内において、タービンロータ４０には、周方向に動翼５０が植設されている。動翼５０を周方向に複数植設す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４０の軸方向に複数段備えている。

内部車室３０の内周には、タービンロータ４０の軸方向に動翼５０と交互になるように、ダイヤフラム外輪５１とダイヤフラム内輪５２との間に支持された静翼５３が配設されている。静翼５３を周方向に複数備えることで静翼翼列を構成する。そして、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。

タービンロータ４０は、軸受４１によって回転可能に支持されている。軸受４１は、軸受ケーシング４２内に配置され、軸受台４３によって支持されている。軸受台４３は、基礎台７０上に配置されている。

なお、タービンロータ４０には、発電機（図示しない）が連結されている。また、軸受台４３は、例えば、ソールプレートなどを介して基礎台７０上に配置されてもよい。

蒸気タービン１の中央には、クロスオーバー管６０からの蒸気が導入される吸気室６１を備えている。この吸気室６１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６２と、その内周側のコーン６３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６４が形成されている。

ここで、図２に示すように、蒸気タービン１の外部車室１０は、タービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向の一方の側方端部に側方排気口１１を有している。側方排気口１１は、復水器１９０に接続されている。

なお、復水器１９０は、例えば、側方排気口１１と連結される導入ダクト１９１と、導入ダクト１９１を通過した蒸気が導かれる復水器本体１９２とを備える。このように、蒸気タービン１は、側方排気構造を有している。

クロスオーバー管６０から導入され、各タービン段落を通過した蒸気は、環状ディフューザ６４を通り、外部車室１０内を側方排気口１１に向かって流れる。そして、側方排気口１１から導入ダクト１９１内に排出された蒸気は、復水器本体１９２内に導かれる。復水器本体１９２内に導かれた蒸気は、凝縮されて復水となる。

なお、各タービン段落を通過する蒸気によってタービンロータ４０が回転駆動され、タービンロータ４０に連結された発電機が発電を行う。

ここで、外部車室１０および内部車室３０の支持構造について説明する。

図２に示すように、外部車室１０におけるタービンロータ４０の軸方向に垂直な断面形状は、Ｕ字形状を９０度回転したような形状となっている。図２に示すＵ字形状の外部車室１０は、例えば、略半楕円状の壁部と、略半楕円状の壁部のそれぞれの端部から水平方向に延びる平板状の壁部を備える。

外部車室１０は、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面で外部車室上半１２と外部車室下半１３とに２分割されている。なお、内部車室３０も外部車室１０と同様に、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面で内部車室上半３１と内部車室下半３２に２分割されている。

なお、ここでは、外部車室上半１２と外部車室下半１３の分割水平面が、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面である一例を示したが、この構成に限られるものではない。例えば、外部車室上半１２と外部車室下半１３の分割水平面が、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面よりも上方または下方に位置してもよい。

図１および図２に示すように、外部車室上半１２は、タービンロータ４０の軸方向に垂直な一対の上半端板１４と、一対の上半端板１４間に設けられた上半側板１５と、上半フランジ部１６とを備える。

上半側板１５のタービンロータ４０の軸方向に垂直な断面形状は、上記したＵ字形状を９０度回転したような形状をタービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面（外部車室上半１２と外部車室下半１３の分割水平面）で切ったときの上半部分の形状となる（図２参照）。上半側板１５は、この上半部分の形状をタービンロータ４０の軸方向に延ばした形状である。

上半側板１５のタービンロータ４０の軸方向の両端は、それぞれ上半端板１４によって封鎖されている。

上半フランジ部１６は、上半端板１４の下端部および上半側板１５の下端部に、それぞれの端部に沿って設けられている。

外部車室下半１３は、タービンロータ４０の軸方向に垂直な一対の下半端板１７と、一対の下半端板１７間に設けられた下半側板１８と、下半フランジ部１９とを備える。

下半側板１８のタービンロータ４０の軸方向に垂直な断面形状は、上記したＵ字形状を９０度回転したような形状をタービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面（外部車室上半１２と外部車室下半１３の分割水平面）で切ったときの下半部分の形状となる（図２参照）。下半側板１８は、この下半部分の形状をタービンロータ４０の軸方向に延ばした形状である。

下半側板１８のタービンロータ４０の軸方向の両端は、それぞれ下半端板１７によって封鎖されている。

下半フランジ部１９は、下半端板１７の上端部および下半側板１８の上端部に、それぞれの端部に沿って設けられている。

外部車室上半１２の上半フランジ部１６と、外部車室下半１３の下半フランジ部１９とは、例えば、ボルトなどで互いに締結されている。このように外部車室上半１２と外部車室下半１３を一体化することで外部車室１０が構成される。

また、図３に示すように、外部車室下半１３は、各下半端板１７に設けられた第１フットプレート２０を備えている。第１フットプレート２０は、例えば、下半フランジ部１９よりも下部の下半端板１７の外側面に固定されている。

第１フットプレート２０は、例えば、下半端板１７のタービンロータ４０の軸方向に垂直な幅方向の両端側の４か所に備えられている。第１フットプレート２０は、例えば、平板状部材で構成され、下半端板１７から外部車室下半１３の外側に向かって突出している。なお、第１フットプレート２０の突出方向は、例えば、タービンロータの軸方向である。

さらに、図２および図３に示すように、外部車室下半１３は、下半側板１８に設けられた第２フットプレート２１を備えている。第２フットプレート２１は、例えば、下半フランジ部１９よりも下部の下半側板１８の外側面に設けられている。

第２フットプレート２１は、図３に示すように、下半側板１８の外側面にタービンロータ４０の軸方向に亘って設けられている。第２フットプレート２１は、下半側板１８から外側に向かって突出している。なお、第２フットプレート２１の突出方向は、例えば、タービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向である。

そして、第１フットプレート２０を下半端板１７の近傍の基礎台７０の上面上に、第２フットプレート２１を下半側板１８の近傍の基礎台７０の上面上に載置することで、外部車室下半１３は、基礎台７０上に支持される。すなわち、外部車室１０は、基礎台７０上に支持される。

なお、第１フットプレート２０および第２フットプレート２１は、基礎台７０の上面に直接載置されてもよい。また、第１フットプレート２０および第２フットプレート２１は、例えば、ソールプレート（図示しない）などを介して基礎台７０の上面に載置されてもよい。

ここで、構造上の強度を増すために、図２および図３に示すように、例えば、第１フットプレート２０と下半フランジ部１９との間、第２フットプレート２１と下半フランジ部１９との間に補強リブ２２を設けてもよい。

また、外部車室１０内には、図２および図３に示すように、内部車室３０を支持する一対の支持梁８０が設けられている。支持梁８０は、図２に示すように、その上面がタービンロータ４０の軸中心線Ｏよりも下方となる位置において、タービンロータ４０の軸方向に延びている。なお、支持梁８０は、タービンロータ４０の軸中心線Ｏに平行かつ水平に延びている。

図３に示すように、支持梁８０は、上方から見たときに、内部車室３０を挟むように内部車室３０の近傍に配置されている。具体的には、支持梁８０は、上方から見たときに、内部車室３０と下半側板１８との間、および内部車室３０と側方排気口１１との間に配置されている。

支持梁８０は、タービンロータ４０の軸方向の両端に梁端部８１を備える。梁端部８１は、例えば、第１フットプレート２０上に載置される。これによって、支持梁８０の高さ位置は、基礎台７０の上面を基準とした位置となる。

図２および図３に示すように、内部車室下半３２は、タービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向に４つの腕部３３を備えている。これらの腕部３３は、例えば、平板状部材で構成され、内部車室下半３２の上端部から内部車室下半３２の外側に向かって突出している。腕部３３は、図３に示すように、上方から見たときにタービンロータ４０の軸中心線Ｏに対して両側に２つずつ設けられている。

ここで、図４は、図３のＣ−Ｃ断面を示す図である。

図４に示すように、支持梁８０は、上方に開口する梁溝８３を備える。この梁溝８３には、台座８２が挿入されている。この台座８２上に、腕部３３が載置されている。この台座８２の上面は、支持梁８０の上面よりも上方に配置されており、腕部３３が支持梁８０に接触しないようになっている。そのため、腕部３３は、台座８２に対して摺動可能になっている。

なお、例えば、台座８２と梁溝８３の底面との間には、内部車室３０の高さ位置を調整するためのシム８４を備えてもよい。また、内部車室３０の支持構造は、上記した構造に限られるものではない。

次に、外部車室１０の固定構造について説明する。

ここで、図５は、図３に示された外部車室１０の固定構造部９０を拡大した図である。図６は、図３のＤ−Ｄ断面を示す図である。

外部車室１０および基礎台７０には、外部車室１０を基礎台７０に固定するための固定構造部９０を備えている。固定構造部９０は、図１、図３〜図５に示すように、外部車室下半１３の下半端板１７に形成される溝部１００と、基礎台７０に形成される溝部１１０と、溝部１００および溝部１１０に嵌合するキー部材１２０とを備える。

なお、溝部１００は、第１の溝部として機能し、溝部１１０は、第２の溝部として機能する。

溝部１００は、上方から見ると、図３および図５に示すように断面コ字状に外部車室下半１３の内部側に窪んでいる。そして、溝部１００は、コ字状の開口１０１側からタービンロータ４０の軸方向に平行な一対の側面部１０２、１０２と、開口１０１に対向しタービンロータ４０の軸方向に垂直な端面部１０３とを備える。また、図１および図６に示す縦断面において、溝部１００は、Ｌ字状に屈曲し、水平な段を構成する底面部１０４を備える。

このように、溝部１００は、側面部１０２、１０２、端面部１０３、底面部１０４の４面で構成されている。溝部１００の上方は開口され、上方から溝部１００内にキー部材１２０を挿入可能な構造になっている。

溝部１１０は、基礎台７０の、溝部１００に対向する部分に形成されている。溝部１１０は、例えば、基礎台７０を切り欠くことによって形成される。

溝部１１０は、上方から見ると、図３および図５に示すように断面コ字状に基礎台７０の内部側に窪んでいる。そして、溝部１１０は、コ字状の開口１１１側からタービンロータ４０の軸方向に平行な一対の側面部１１２、１１２と、開口１１１に対向しタービンロータ４０の軸方向に垂直な端面部１１３とを備える。また、図１および図６に示す縦断面において、溝部１１０は、Ｌ字状に屈曲し、水平な段を構成する底面部１１４を備える。

このように、溝部１１０は、側面部１１２、１１２、端面部１１３、底面部１１４の４面で構成されている。溝部１１０の上方は開口され、上方から溝部１１０内にキー部材１２０を挿入可能な構造になっている。

なお、溝部１００の寸法と溝部１１０の寸法は、ほぼ等しく構成されている。

ここで、図５に示すように、溝部１００におけるタービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向の溝幅Ｗ１の中心Ｐ、および溝部１１０におけるタービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向の溝幅Ｗ２の中心Ｑは、タービンロータ４０の軸中心線Ｏの鉛直下方に位置する。

すなわち、図３に示す断面において、溝幅Ｗ１の中心Ｐおよび溝幅Ｗ２の中心Ｑを見たときに、中心Ｐおよび中心Ｑは、タービンロータ４０の軸中心線Ｏに重なる位置に存在する。

また、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平断面において、タービンロータ４０の軸中心線Ｏは、例えば、外部車室１０におけるタービンロータ４０の軸方向に垂直な方向の幅Ｗ０の中心に位置している（図３参照）。

なお、ここでは、図２および図３に示すように、幅Ｗ０の中心の位置が軸中心線Ｏの位置にある一例を示したが、この構成に限られるものではない。例えば、図２において、幅Ｗ０の中心が軸中心線Ｏよりも水平方向の左側または右側に位置してもよい。

キー部材１２０は、例えば、金属などの柱体状のブロック部材で構成される。ここでは、直方体状のキー部材１２０を例示している。なお、キー部材１２０は、例えば、立方体状のブロック部材で構成されてもよい。キー部材１２０は、溝部１００と溝部１１０の双方に亘って嵌合する。

ここで、側方排気構造の蒸気タービン１の外部車室１０の復水器１９０を備える側には、前述したように、真空荷重や熱膨張などによって、タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向に荷重が作用する。

そこで、キー部材１２０の幅（タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向の幅）Ｗ３や、キー部材１２０の高さ（鉛直方向の厚さ）Ｈは、この荷重に耐えて外部車室１０を確実に固定することができる程度の寸法に設定される。

そして、キー部材１２０のサイズに基づいて、溝幅Ｗ１、溝幅Ｗ２、溝部１００および溝部１１０の高さ（鉛直方向の高さ）が設定される。なお、溝幅Ｗ１および溝幅Ｗ２は、キー部材１２０を適正に挿入できるように、キー部材１２０の幅Ｗ３よりもわずかに大きく設定される。また、溝幅Ｗ１と溝幅Ｗ２は、ほぼ等しく設定される。

ここで、溝部１００および溝部１１０の高さは、キー部材１２０を溝部１００、１１０に嵌合した際、キー部材１２０の上面が基礎台７０の上面よりも下方に位置するように設定される。換言すると、キー部材１２０は、その上面が基礎台７０の上面と同一平面上または基礎台７０の上面よりも上方とならない程度で、できる限り上方に位置するように配置されることが好ましい。

また、図１に示すように、タービンロータ４０を回転可能に支持する軸受４１を有する軸受台４３は、基礎台７０上に固定される。この際、溝部１１０は、軸受台４３の鉛直下方に位置する。換言すると、軸受台４３の一部が溝部１１０の鉛直上方に位置する。具体的には、溝部１１０の上方の開口は、軸受台４３の一部に覆われている。そのため、溝部１１０に嵌合する部分のキー部材１２０は、軸受台４３の鉛直下方に位置する。

前述したように、キー部材１２０の上面は、基礎台７０の上面よりも下方に位置するように設定されている。そのため、溝部１１０の上方を覆うように基礎台７０上に軸受台４３が設置されたときでも、キー部材１２０と軸受台４３は、接触しない。そのため、キー部材１２０には、軸受台４３を含む軸受部の荷重がかからない。

タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向に荷重が外部車室１０に作用した場合でも、キー部材１２０によってその方向への外部車室１０の移動が防止される。

ここで、外部車室１０の固定構造部９０を設置する際、まず、外部車室下半１３を基礎台７０上に載置する。この際、外部車室下半１３の第１フットプレート２０および第２フットプレート２１が、基礎台７０の上面に載置される。

続いて、外部車室下半１３の溝部１００、およびこの溝部１００に対向する基礎台７０の溝部１１０にキー部材１２０を嵌合させて固定構造部９０を構成する。このように、タービンロータ４０の軸方向の両側における溝部１００および溝部１１０にキー部材１２０を嵌合させて固定構造部９０を構成する。そして、キー部材１２０を嵌合させた後、基礎台７０上に軸受部などを設置する。

ここで、第１の実施の形態における固定構造部９０の他の構成について説明する。

図７は、図３に示された外部車室１０の固定構造部９０について、他の構成を拡大して示した図である。すなわち、図７は、他の構成の固定構造部９０を上から見たときの図である。

図７に示すように、タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向において、溝部１００とキー部材１２０との間に隙間１０５を有するように、溝部１００の溝幅Ｗ１を設定してもよい。隙間１０５は、例えば図７に示すように、対向する一対の側面部１０２、１０２のそれぞれとキー部材１２０との間に設けられてもよい。

そして、隙間１０５には、調整スペーサ１０６が配置され、溝部１００内での溝幅Ｗ１方向への外部車室１０の移動を抑制している。

また、タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向において、溝部１１０とキー部材１２０との間に隙間１１５を有するように、溝部１１０の溝幅Ｗ２を設定してもよい。隙間１１５は、例えば図７に示すように、対向する一対の側面部１１２、１１２のそれぞれとキー部材１２０との間に設けられてもよい。

そして、隙間１１５には、調整スペーサ１１６が配置され、溝部１１０内での溝幅Ｗ２方向へのキー部材１２０の移動を抑制している。

なお、隙間は、図７に示すように、溝部１００および溝部１１０の双方に設けられてもよい。また、隙間は、溝部１００または溝部１１０に設けられてもよい。

ここで、調整スペーサ１０６、１１６は、シムとも呼ばれる。調整スペーサ１０６、１１６は、例えば、金属の薄板などで構成される。

また、基礎台７０における溝部１１０の隙間１１５には、調整スペーサ１１６として例えば、コンクリート材などを使用してもよい。この場合、側面部１１２とキー部材１２０との間の隙間１１５を調整した後、コンクリート材を流し込む。調整スペーサ１１６としてコンクリート材を使用することで、基礎台７０とキー部材１２０とが強固に固定される。

このように隙間１０５、１１５を設け、隙間１０５、１１５に調整スペーサ１０６、１１６を配置することで、例えば、タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向の外部車室１０の位置を調整をすることができる。

上記したように、第１の実施の形態における蒸気タービン１において、外部車室１０の固定構造部９０を備えることで、外部車室１０を基礎台７０に強固に固定することができる。

これによって、外部車室１０の復水器１９０を備える側において、タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向に荷重が作用した場合でも、タービンロータ４０に対する外部車室１０の位置を維持することができる。そのため、蒸気タービン１においては、タービン性能やタービン運用の信頼性を維持することができる。

ここで、図２を参照して他の作用効果を説明する。なお、図２には、基礎台７０との外部車室１０の固定位置、すなわちキー部材１２０の位置を破線で示している。

図２に示す方向から外部車室１０を見た際、外部車室１０の復水器１９０を備える側に対してタービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向に荷重が作用した場合、外部車室１０には、外部車室１０の断面中心に反時計回り方向に力が作用する。

なお、外部車室１０の断面中心とは、図２に示す断面において、例えば、外部車室１０の鉛直方向の高さＭ０の中心、かつ外部車室１０の水平方向の幅Ｗ０の中心である。

ここでは、図２に示す断面においては、例えば、外部車室１０の断面中心は、タービンロータ４０の軸中心（軸中心線Ｏ）に位置する一例が示されている。なお、上記したように、幅Ｗ０の中心の位置と軸中心線Ｏの位置がずれる場合もある。また、ここでは、高さＭ０の中心の位置が軸中心線Ｏの位置にある一例を示したが、この構成に限られるものではない。例えば、高さＭ０の中心の位置は、軸中心線Ｏの位置よりも上方または下方に位置してもよい。

図２に示されている外部車室１０は、分割水平面で外部車室上半１２と外部車室下半１３とに２分割されている。そして、外部車室上半１２と外部車室下半１３の鉛直方向の高さは等しく設定されているため、外部車室１０の鉛直方向の高さＭ０の中心は、図２において外部車室１０を２分割する水平線上に位置する。なお、上記したように、高さＭ０の中心の位置と軸中心線Ｏの位置がずれる場合もある。

ここで、比較例として、例えば、図２に示す外部車室１０において、外部車室１０の底部をこの底部の下方の基礎台７０に固定する場合を想定する。この場合において、外部車室１０に上記した反時計回りの力が作用すると、底部の固定部を支点とした力のモーメントがかかり、大きな曲げ応力が発生する。

また、例えば、外部車室１０と復水器１９０がエキスパンションによって接続されている場合、底部に固定部を有する外部車室１０には、大きな力のモーメントがかかり、第２フットプレート２１が基礎台７０から浮き上がることがある。第２フットプレート２１が基礎台７０から浮き上がった場合、例えば、静翼翼列の中心がタービンロータ４０の軸中心線Ｏ上からずれる。これによって、タービン性能の低下、回転体と静止部のラビングによる不安定振動などを生じる。

上記した比較例のように、底部に固定部を有する外部車室１０を備える場合には、外部車室１０の構造的な安定性に欠ける。

一方、第１の実施の形態においては、固定部を構成するキー部材１２０は、図２に示すように、外部車室１０の断面中心が位置する鉛直方向の高さよりも若干下方位置に設けられている。すなわち、キー部材１２０は、前述した力が反時計回り方向に作用する際の中心軸に近い位置に設けられている。

そのため、キー部材１２０を備える固定部を支点としてかかる力のモーメントは、比較例の場合に比べて小さい。これによって、構造的な安定性が優れた外部車室１０が得られる。また、蒸気タービン１において、タービン性能やタービン運用の信頼性を維持することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の蒸気タービン２では、外部車室１０Ａに対するキー部材１２０の鉛直方向の位置を変えるために外部車室上半１２Ａと外部車室下半１３Ａの構成を第１の実施の形態における外部車室上半１２と外部車室下半１３の構成と異なる構成としている。ここでは、この異なる構成について主に説明する。

図８は、第２の実施の形態の蒸気タービン２において、図１のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す図である。なお、図８では、蒸気タービン１の構成の一部を省略して示している。また、図８には、基礎台７０との外部車室１０Ａの固定位置、すなわちキー部材１２０の位置を破線で示している。

なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と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８に示すように、外部車室１０Ａは、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面で外部車室上半１２Ａと外部車室下半１３Ａとに２分割されている。

なお、ここでは、外部車室上半１２Ａと外部車室下半１３Ａの分割水平面が、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面である一例を示したが、この構成に限られるものではない。例えば、外部車室上半１２Ａと外部車室下半１３Ａの分割水平面が、タービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面よりも上方または下方に位置してもよい。

外部車室上半１２Ａと外部車室下半１３Ａの分割位置は、第１の実施の形態の外部車室１０に比べて鉛直方向の上方に位置している。すなわち、外部車室上半１２の鉛直方向の高さＭ１は、外部車室下半１３の鉛直方向の高さＭ２よりも低い。

外部車室１０Ａを２分割する鉛直方向位置は、図８に示す断面において、キー部材１２０の鉛直方向の高さの中心Ｓが、外部車室１０Ａの断面中心が位置する鉛直方向の高さと同じ高さになるように設定されている。

具体的には、図８上において、キー部材１２０の中心Ｓが外部車室１０Ａの断面中心と重なるように、外部車室１０Ａを２分割する鉛直方向位置が決められている。なお、キー部材１２０の中心Ｓのタービンロータ４０の軸方向の位置は、図８における外部車室１０Ａの断面中心のタービンロータ４０の軸方向の位置とは異なる。

ここで、図８に示す断面において、キー部材１２０の中心Ｓは、キー部材１２０の鉛直方向の高さの中心、かつキー部材１２０の幅Ｗ３の中心である。なお、外部車室１０Ａの断面中心は、図２を参照して説明した第１の実施の形態における外部車室１０の断面中心の定義と同じである。

上記したように外部車室１０Ａはタービンロータ４０の軸中心線Ｏを含む水平面（外部車室上半１２Ａと外部車室下半１３Ａの分割水平面）で２分割されているため、外部車室１０Ａに対するタービンロータ４０の位置は、第１の実施の形態におけるタービンロータ４０の位置に比べて、上方に位置する。

このように外部車室１０Ａの分割位置が設定された場合、外部車室１０Ａの底面（下半側板１８の下端面）からキー部材１２０の中心Ｓまでの鉛直方向の距離Ｎは、（Ｍ１＋Ｍ２）／２となる。

なお、図８のＥ−Ｅ断面は、図３に示した断面と同じである。また、外部車室１０Ａを基礎台７０に固定するための固定構造部の構成は、図５〜図７に示した第１の実施の形態における固定構造部９０の構成と同じである。

図８に示す断面において、第２の実施の形態におけるキー部材１２０の中心は、外部車室１０Ａの断面中心が位置する鉛直方向の高さ位置と同じ高さ位置に設けられている。また、前述したように、図８上において、キー部材１２０の中心Ｓが外部車室１０Ａの断面中心と重なるように構成されている。

そのため、キー部材１２０による固定部を支点としてかかる力のモーメントは、ほとんど作用しない。そのため、構造的な安定性がより優れた外部車室１０Ａが得られる。また、蒸気タービン２において、タービン性能やタービン運用の信頼性を維持することができる。

また、第２の実施の形態における蒸気タービン２においても、第１の実施の形態における蒸気タービン１と同様に、外部車室１０Ａの固定構造部９０を備えることで、外部車室１０Ａを基礎台７０に強固に固定することができる。

これによって、外部車室１０Ａの復水器１９０を備える側において、タービンロータ４０の軸方向に垂直かつ水平な方向に荷重が作用した場合でも、タービンロータ４０に対する外部車室１０Ａの位置を維持することができる。

以上説明した実施形態によれば、外部車室に荷重が作用した場合においても、タービンロータに対する外部車室の位置を維持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。

１、２…蒸気タービン、１０、１０Ａ…外部車室、１１…側方排気口、１２、１２Ａ…外部車室上半、１３、１３Ａ…外部車室下半、１４…上半端板、１５…上半側板、１６…上半フランジ部、１７…下半端板、１８…下半側板、１９…下半フランジ部、２０、２１…フットプレート、２２…補強リブ、３０…内部車室、３１…内部車室上半、３２…内部車室下半、３３…腕部、４０…タービンロータ、４１…軸受、４２…軸受ケーシング、４３…軸受台、５０…動翼、５１…ダイヤフラム外輪、５２…ダイヤフラム内輪、５３…静翼、６０…クロスオーバー管、６１…吸気室、６２…スチームガイド、６３…コーン、６４…環状ディフューザ、７０…基礎台、８０…支持梁、８１…梁端部、８２…台座、８３…梁溝、８４…シム、９０…固定構造部、１００、１１０…溝部、１０１、１１１…開口、１０２、１１２…側面部、１０３、１１３…端面部、１０４、１１４…底面部、１０５、１１５…隙間、１０６、１１６…調整スペーサ、１２０…キー部材、１９０…復水器、１９１…導入ダクト、１９２…復水器本体。

Claims (6)

1. タービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向の一方の側に復水器が設置される側方排気構造を有し、基礎台に支持される蒸気タービンであって、
   前記タービンロータが貫通されるとともに、上下に分割された外部車室上半と外部車室下半とを備える外部車室と、
   前記外部車室下半における、前記タービンロータの軸方向に垂直な一対の端板にそれぞれ形成され、上方が開口されるともに前記外部車室の内側に窪んだ第１の溝部と、
   前記基礎台における前記第１の溝部に対向する部分に形成され、上方が開口する第２の溝部と前記第１の溝部の双方に亘って嵌合するブロック状のキー部材と
   を具備することを特徴とする蒸気タービン。
2. 前記キー部材の上面は、前記基礎台の上面よりも下方に位置することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
3. 前記第１の溝部におけるタービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向の溝幅の中心は、前記タービンロータの軸中心線の鉛直下方に位置することを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービン。
4. 前記基礎台上に設置され、前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を有する軸受台を備え、
   前記第２の溝部に嵌合する前記キー部材が、前記軸受台の鉛直下方に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
5. 前記キー部材の鉛直方向の高さの中心が、前記外部車室の鉛直方向の高さの中心と同じ鉛直方向の高さ位置となるように、前記外部車室上半の鉛直高さと前記外部車室下半の鉛直高さとを異なる高さとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン。
6. タービンロータの軸方向に垂直かつ水平な方向において、前記第１の溝部と前記キー部材との間に隙間が設けられ、当該隙間に平板状の調整スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン。

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