JP6994976B2 - タービンの排気室及びタービン - Google Patents

Description

本開示は、タービンの排気室及びタービンに関する。

蒸気タービン等のタービンの排気室内には、通常、流体の静圧を回復させるためのディフューザ通路が設けられる。ディフューザ通路は、下流側に向かうにつれて流路断面積が拡大する形状を有しており、このため、ディフューザ通路を通過する流れが減速されるとともに静圧が回復し、これにより、タービン部での圧力比が増加して、タービン効率が向上するとの効果を有する。

流路断面積が徐々に拡大するディフューザ部では、流れが減速されるため、タービンの運転条件によっては流れの剥離が生じやすい。このような剥離が生じると、剥離が生じた位置において流路断面積が実質的に減少するため、ディフューザ通路による静圧増大効果が低下することから、ディフューザ部における剥離を抑制することが望まれる。そこで、ディフューザ通路において生じ得る剥離を抑制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、排出フードのシェル（ベアリングコーン）と、該シェルの外周側に設けられる蒸気ガイド（フローガイド）とによってディフューザ通路が形成されたタービン排気室が開示されている。この排気室において、ディフューザ通路内には、該ディフューザ通路を、排出フードシェル側の通路と、上記ガイド側の通路とに分割するように構造部材（スプリッタ）が設けられており、該構造部材によって、ディフューザ通路における流体の剥離を抑制するようになっている。

特開２０１０－２４２７５９号公報

ところで、特に、体積流量が小さい運転条件下では、特許文献１に記載される構造部材（スプリッタ）等によりディフューザ通路を分割する構造が採用されていたとしても、タービンの最終段動翼を通過後の流体に強い旋回が残るため、ディフューザ通路内において、径方向外側（チップ側）に偏流し、径方向内側（ハブ側）のディフューザ通路壁面で剥離が生じて、ディフューザ通路の下流側部分に循環流が生じる場合がある。この場合、循環流によってディフューザ通路における実効的な流路断面積（実効排気面積）が減少して、ディフューザ通路の出口で流れが加速されるため、排気損失が増加してしまい、ひいてはタービン性能の低下につながる場合がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制可能な排気室及びこれを備えた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、を備え、
前記フローガイドは、
前記ベアリングコーンの周方向の少なくとも一部の範囲に設けられる上流側フローガイドと、
前記周方向の少なくとも一部の範囲に設けられ、前記上流側フローガイドに対して前記ベアリングコーンの軸方向に隙間を空けて配置される下流側フローガイドと、を含み、
前記隙間を介して、前記ケーシング内部において前記フローガイドの外周側に位置する外周側空間と、前記ディフューザ通路とが連通され、
前記下流側フローガイドの下流端は、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線よりも前記ベアリングコーンの径方向外側に位置する
ことを特徴とする。

上記（１）の構成では、ディフューザ通路の少なくとも一部を形成する上流側フローガイドと下流側フローガイドとを軸方向において隙間を空けて配置したので、ディフューザ通路下流側に循環領域が形成されるような、低体積流量の運転条件下であっても、チップ側の流れが隙間を介してフローガイドの後側の空間（外周側空間）に流出することができ、実効的な流路断面積の縮小が抑制される。これにより、ディフューザ通路の出口における流れの速度上昇を抑制して、排気損失を低減することができる。よって、排気室性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。
また、上記（１）の構成では、体積流量が比較的大きい運転条件下では、タービンの最終段動翼を通過してディフューザ通路に流入する流れの軸方向成分が比較的大きいため、ハブ側における剥離は生じ難くなるとともに、上流側フローガイドと下流側フローガイドとの間の隙間を介した流れは減少する。このため、ディフューザ通路において実効的な流路断面積の縮小が起きにくく、所期の排気性能が得られやすい。
よって、上記（１）の構成によれば、タービンの運転条件が変化しても、排気室の排気性能の低下を抑制し、タービン性能の低下を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記上流側フローガイドの前記下流端と、前記下流側フローガイドの上流端との間の前記軸方向における距離をＬ０としたとき、前記ベアリングコーンの径方向において、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線と、前記下流側フローガイドの前記上流端との距離がＬ０以下である。

上記（２）の構成によれば、上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線と、下流側フローガイドの上流端との距離がＬ０以下となるようにしたので、下流側フローガイドの上流端が、上流側フローガイドのほぼ延長線上に位置することとなる。したがって、例えば、体積流量が比較的大きい運転条件において流体流れの下流側フローガイドへの衝突が抑制される等、流体の流れがフローガイドによって阻害されにくい。よって、排気室における排気損失を低減して、排気室の排気性能の低下を効果的に抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記上流側フローガイド及び前記下流側フローガイドは、前記周方向の全範囲のうち、
前記ベアリングコーンの軸中心を挟んで排気室出口と反対側の周方向範囲に少なくとも部分的に設けられる。

排気室内には圧力分布が存在し、通常、復水器につながる排気室出口から遠いほうの領域（反排気側領域）における圧力が、排気室出口に近いほうの領域（排気側領域）における圧力に比べて高い傾向となる。したがって、反排気側領域では、排気側領域に比べてより低体積流量の状態になりやすく、このため、ディフューザ通路内において上述した循環領域が生じやすい。
この点、上記（３）の構成によれば、軸方向に隙間を空けて設けられる上流側フローガイド及び下流側フローガイドを、排気室出口と反対側の周方向範囲（すなわち反排気側領域）に少なくとも部分的に設けたので、少なくとも反排気側領域において、ディフューザ通路における実効的な流路断面積の縮小を抑制して、排気室の排気性能の低下を抑制することができる。よって、タービン性能の低下を効果的に抑制することができる。

（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、
前記上流側フローガイド及び前記下流側フローガイドは、前記周方向の全範囲に亘って設けられる。

上述したように、排気室内には圧力分布が存在し、低体積流量条件下で循環領域が生じやすい周方向範囲が存在するが、このような循環領域は、周方向の全範囲において生じ得る。
この点、上記（４）の構成によれば、軸方向に隙間を空けて設けられる上流側フローガイド及び下流側フローガイドを、周方向の全範囲に亘って設けたので、周方向の全範囲にわたって、ディフューザ通路における実効的な流路断面積の縮小を抑制して、排気室の排気性能の低下を抑制することができる。よって、タービン性能の低下を効果的に抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一項の構成において、
前記周方向における第１位置での、前記上流側フローガイドの前記下流端と前記下流側フローガイドの上流端との間の前記軸方向の距離Ｌ１は、前記周方向において前記第１位置よりも排気室出口寄りの第２位置での前記上流側フローガイドの前記下流端と前記下流側フローガイドの上流端との間の前記軸方向の距離Ｌ２よりも大きい。

上記（５）の構成では、循環領域の生じやすさに応じて周方向において隙間の幅が変化するように設定される。すなわち、周方向において、体積流量が比較的小さくなりやすく、上述の循環領域がより生じやすい周方向位置（排気室出口と反対側の位置）に近づくにつれて上流側フローガイドと下流側フローガイドの間の軸方向における距離（軸方向における隙間の幅）が大きくなるようにしたので、循環流がより生じやすい周方向位置において、隙間を介してディフューザ通路から外周側空間に流出する流体の流量がより大きくなり、その分、実効的な流路断面積を増やすことができる。
よって、ディフューザ通路における実効的な流路断面積の縮小を、周方向位置に応じて適切に抑制して、排気室の排気性能の低下を効果的に抑制することができ、タービン性能の低下を効果的に抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記周方向における第３位置での前記隙間の軸方向位置は、前記周方向において前記第３位置よりも排気室出口寄りの第４位置での前記隙間の軸方向位置よりも前記軸方向において上流側である。

上記（６）の構成によれば、生成し得る循環領域の大きさに応じて、周方向において隙間の軸方向位置が変化するように設定される。すなわち、周方向において、上述の循環領域がより大きくなりやすく、より上流側まで張り出してくる周方向位置（排気室出口と反対側の位置）に近づくにつれて、隙間が軸方向において上流側に位置するようにしたので、各周方向位置において、循環領域が形成される軸方向位置に応じて適切に流路断面積を増加させることができる。
よって、ディフューザ通路における実効的な流路断面積の縮小を、周方向位置に応じて適切に抑制して、排気室の排気性能の低下を効果的に抑制することができ、タービン性能の低下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（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記下流側フローガイドを前記上流側フローガイドに支持するための支持部をさらに備える。

上記（７）の構成によれば、下流側フローガイドを、ケーシングに固定される上流側フローガイドに支持部を介して安定的に支持することができる。
また、上記（７）の構成では、下流側フローガイドは、軸方向において隙間を隔てて設けられた上流側フローガイドを介してケーシングに支持されるので、下流側フローガイドがケーシングに直接支持される場合に比べて支持構造を簡素化できる。このため、排気室内において流体流れが阻害されにくくなり、排気室性能の低下をより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（７）の構成において、
前記支持部は、前記隙間を横断して前記上流側フローガイドと前記下流側フローガイドとを接続するように、かつ、前記上流側フローガイドの外周面及び前記下流側フローガイドの外周面から径方向外側に向かって突出するように設けられたリブを含む。

上記（８）の構成によれば、フローガイドの外周面に設けられたリブを、下流側フローガイドを支持するための支持部として利用するようにしたので、フローガイドの強度を向上させながら、下流側フローガイドを上流側フローガイドに適切に支持することができる。

（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、
前記上流側フローガイド及び前記下流側フローガイドを含む前記フローガイドは、一体的な部材であるとともに、前記周方向に沿って延在するスリットが設けられており、
前記スリットによって前記隙間が形成される。

上記（９）の構成によれば、一体的な部材としてのフローガイドに、周方向に沿って延在するスリットを形成するだけの簡素な構成で、スリット（隙間）を挟んで軸方向の両側にそれぞれ位置する上流側フローガイド及び下流側フローガイドを含む上記（１）の構成を実現することができる。

（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、
前記下流側フローガイドは、前記軸方向の断面が翼型形状を有する。

ディフューザ通路から上述の隙間を通過して外周側空間に流入しようとする流れは、下流側フローガイドの外周側空間側の表面において剥離することがあり、これにより、排気損失が生じて排気室性能の低下につながる場合がある。
この点、上記（１０）の構成によれば、下流側フローガイドの軸方向の断面を翼型形状にしたので、隙間を通過した流れが翼型の湾曲形状に沿って流れやすい。よって、下流側フローガイドの表面における剥離を抑制して、排気損失をより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タービンは、
上記（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静翼及び動翼と、
を備える。

上記（１１）の構成では、ディフューザ通路の少なくとも一部を形成する上流側フローガイドと下流側フローガイドとを軸方向において隙間を空けて配置したので、ディフューザ通路下流側に循環領域が形成されるような、低体積流量の運転条件下であっても、チップ側の流れが隙間を介してフローガイドの後側の空間（外周側空間）に流出することができ、実効的な流路断面積の縮小が抑制される。これにより、ディフューザ通路の出口における流れの速度上昇を抑制して、排気損失を低減することができる。よって、排気室性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。
また、上記（１１）の構成では、体積流量が比較的大きい運転条件下では、タービンの最終段動翼を通過してディフューザ通路に流入する流れの軸方向成分が比較的大きいため、ハブ側における剥離は生じ難くなるとともに、上流側フローガイドと下流側フローガイドとの間の隙間を介した流れは減少する。このため、ディフューザ通路において実効的な流路断面積の縮小が起きにくく、所期の排気性能が得られやすい。
よって、上記（１１）の構成によれば、タービンの運転条件が変化しても、排気室の排気性能の低下を抑制し、タービン性能の低下を抑制することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、タービンの運転条件が変化してもタービン性能の低下を抑制可能な排気室及びこれを備えた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概略断面図である。 図２に示す排気室のＡ－Ａ断面図である。 一実施形態に係るフローガイドの径方向に沿った断面を示す模式図である。 一実施形態に係るフローガイドの径方向に沿った断面を示す模式図である。 一実施形態に係るフローガイドの径方向に沿った断面を示す模式図である。 一実施形態に係るフローガイドの側面図である。 図７に示すフローガイドの斜視図である。 一実施形態に係るフローガイドの側面図である。 一実施形態に係るフローガイドの側面図である。 一実施形態に係るフローガイドの側面図である。 典型的な排気室の概略断面図である。

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タービンの一例としての蒸気タービンの全体構成について説明する。なお、本発明におけるタービンは、蒸気タービンに限定されず、例えばガスタービンであってもよい。

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、複数段の動翼８及び静翼９と、内側ケーシング１０及び外側ケーシング１２を備える。
複数の動翼８及び複数の静翼９は、それぞれ、周方向に配列されて列を形成しており、軸方向において動翼８の列と静翼９の列とが交互に配列されている。
複数段の動翼８は、ロータ２に取付けられており、ロータ２及び動翼８は、内側ケーシング１０に収容されている。静翼９は、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、最終段動翼８Ａを通過した後排気室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。
排気室１４の下方には、復水器（不図示）が設けられている。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を介して排出され、復水器に流入するようになっている。

なお、図示する実施形態では、排気室出口１３は排気室１４の下方側に設けられているが、他の実施形態では、排気室出口１３は排気室１４の側方に設けられていてもよい。この場合、復水器は排気室１４の側方に設けられていてもよい。

以下、幾つかの実施形態に係る排気室について説明する。

図２は、一実施形態に係る排気室の概略断面図であり、図３は、図２に示す排気室のＡ－Ａ断面図である。図４～図６は、それぞれ、一実施形態に係るフローガイドの径方向に沿った断面を示す模式図である。

図１～図３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。図２に示すように、ベアリングコーン１６の下流端１６ａは、ケーシング１５の内壁面１５ａに接続されている。また、フローガイド２０の上流端は、内側ケーシング１０に接続されていてもよい。
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。

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。また、排気室１４の内部において、フローガイド２０を挟んでディフューザ通路１８の反対側には、外周側空間３０が形成されている。外周側空間３０は、フローガイド２０の外周側に位置している。

ディフューザ通路１８は、蒸気（流体）の流路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３に示すように、フローガイド２０は、上流側フローガイド２２と、上流側フローガイド２２に対してベアリングコーン１６の軸方向に隙間２６を空けて配置される下流側フローガイド２４と、を含む。上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４は、ベアリングコーン１６の周方向の少なくとも一部の範囲に設けられる。
なお、ベアリングコーン１６の軸方向とは、ベアリングコーン１６の軸中心Ｏの方向であり、蒸気タービン１のロータ２の軸方向（回転軸の方向）と略同一である。
また、ベアリングコーン１６の周方向とは、ベアリングコーン１６の軸中心Ｏ周りの方向であり、蒸気タービン１のロータ２の周方向と略同一である。
フローガイド２０の外周側に位置する外周側空間３０と、フローガイド２０とベアリングコーン１６とによって形成されるディフューザ通路１８とは、上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４との間の隙間２６を介して連通されている。

また、図４～図６に示すように、下流側フローガイド２４の下流端２４Ｂは、上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂにおける該上流側フローガイド２２の内壁面２２ａの接線Ｔｏよりもベアリングコーン１６の径方向外側に位置する。言い換えると、下流側フローガイド２４の下流端２２Ｂの軸方向位置において、ベアリングコーン１６の中心線から下流側フローガイド２４の下流端２２Ｂまでの距離Ｒｄは、該中心線から上述の接線Ｔｏまでの距離Ｒｔよりも長い。

ここで、図１２は、典型的な排気室１１４の概略断面図である。図１２に示す排気室１１４は、基本的には図２に示す排気室１４と同様の構成を有するが、該排気室１１４のフローガイド２０は、上流端から下流端にかけて連続的に連なる断面を有する点において、図２に示す排気室１４と異なる。すなわち、排気室１１４のフローガイド２０は、上流側フローガイド及び下流側フローガイドを有さず、上流側フローガイドと下流側フローガイドとの間の軸方向隙間も形成されていない。

図２に示す排気室１４、図１２に示す排気室１１４の双方において、特に体積流量が小さい運転条件下（例えば、復水器の真空度が低い条件又は流体の流量が少ない条件等）では、蒸気タービン１の最終段動翼８Ａを通過後の流体に強い旋回が残るため、ディフューザ通路１８内において、径方向外側（チップ側）に偏流し、径方向内側（ハブ側）のディフューザ通路１８壁面で剥離が生じて、ディフューザ通路１８の下流側部分に循環流が生じる場合がある（図２及び図１２の循環領域Ｚ参照）。

ここで、図１２に示す排気室１１４では、循環流によってディフューザ通路１８における実効的な流路断面積（実効排気面積）が減少する。すなわち、排気室１１４では、最終段動翼８Ａ通過直後における上半側及び下半側の流路断面積は、それぞれＳ_Ｕ０及びＳ_Ｌ０である。これに対し、ディフューザ通路１８の出口近傍では、ディフューザ通路１８内に循環領域Ｚが形成されるため、該出口近傍における上半側及び下半側の実効的な流路断面積は、それぞれＳ_Ｕ２（ただしＳ_Ｕ２＜Ｓ_Ｕ０）及びＳ_Ｌ２（ただしＳ_Ｌ２＜Ｓ_Ｌ０）に減少している。
このように、ディフューザ通路１８における実効的な流路断面積が減少すると、ディフューザ通路１８の出口で流れが加速されるため、排気損失が増加してしまい、ひいてはタービン性能の低下につながる場合がある。

一方、図２（及び図３～図６）に示す排気室１４では、ディフューザ通路１８の少なくとも一部を形成する上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４とを軸方向において隙間２６を空けて配置したので、ディフューザ通路１８下流側に循環領域Ｚが形成されるような、低体積流量の運転条件下であっても、チップ側の流れが隙間２６を介してフローガイド２０の後側の空間（外周側空間３０）に流出することができ、実効的な流路断面積の縮小が抑制される。
すなわち、排気室１４では、最終段動翼８Ａ通過直後における上半側及び下半側の流路断面積は、それぞれＳ_Ｕ０及びＳ_Ｌ０である。これに対し、ディフューザ通路１８の出口近傍では、ディフューザ通路１８内に循環領域Ｚが形成されるが、チップ側の流れが隙間２６を介して外周側空間３０に流出できるため、該出口近傍における上半側及び下半側の実効的な流路断面積は、それぞれＳ_Ｕ１（ただしＳ_Ｕ１≒Ｓ_Ｕ０）及びＳ_Ｌ１（ただしＳ_Ｌ１≒Ｓ_Ｌ０）であり、ディフューザ通路１８の入口近傍と出口近傍とで実効的な流路断面積がそれほど減少しない。
よって、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を含む排気室１４によれば、ディフューザ通路１８の出口における流れの速度上昇を抑制して、排気損失を低減することができる。よって、排気室性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。

また、上述の排気室１４では、体積流量が比較的大きい運転条件下では、蒸気タービン１の最終段動翼８Ａを通過してディフューザ通路１８に流入する流れの軸方向成分が比較的大きいため、ハブ側における剥離は生じ難くなるとともに、上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４との間の隙間２６を介した流れは減少する。このため、ディフューザ通路１８において実効的な流路断面積の縮小が起きにくく、所期の排気性能が得られやすい。

従って、上述の排気室１４によれば、蒸気タービン１の運転条件が変化しても、排気室１４の排気性能の低下を抑制し、タービン性能の低下を抑制することができる。

なお、特許文献１に記載される排気室では、ディフューザ通路の内部、すなわち、タービン翼を通過した流体の主流路の内部に構造部材（スプリッタ）を設けることによりディフューザ通路を分割して、ディフューザ通路の流路断面積の拡大率を縮小することにより、ディフューザ通路壁面での剥離を抑制するものである。

これに対し、上述の実施形態では、ディフューザ通路１８の内部（蒸気の主流路の内部）に構造部材を設けるのではなく、上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂにおける接線Ｔｏよりも径方向外側に（すなわち、上流側フローガイド２２、下流側フローガイド２４及び隙間２６が設けられない場合の本来の主流路（図１２参照）よりも径方向外側に）少なくとも一部が配置される下流側フローガイド２４を設けることで、ディフューザ通路１８において剥離及び循環領域Ｚが生じた場合であっても、上述したように、排気室性能の低下を抑制する効果が得られるものである。

幾つかの実施形態では、例えば図４～図６に示すように、上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂと、下流側フローガイド２４の上流端２４Ａとの間の軸方向における距離をＬ_０としたとき、ベアリングコーン１６の径方向において、上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂにおける上流側フローガイド２２の内壁面２２ａの接線Ｔｏと、下流側フローガイド２４の上流端２４Ａとの距離Ｌ_ＥがＬ_０以下である。
ここで、下流側フローガイド２４に厚みがある場合、上述の「接線Ｔｏと、下流側フローガイド２４の上流端２４Ａとの距離Ｌ_Ｅ」は、接線Ｔｏと、下流側フローガイド２４の上流端２４Ａの厚みの中央位置との距離であってもよい。

上述の実施形態では、上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂにおける上流側フローガイド２２の接線Ｔｏと、下流側フローガイド２４の上流端２４Ａとの距離Ｌ_ＥがＬ_０以下となるようにしたので、下流側フローガイド２４の上流端２４Ａが、上流側フローガイド２２のほぼ延長線上に位置することとなる。したがって、例えば、体積流量が比較的大きい運転条件において流体流れの下流側フローガイド２４への衝突が抑制される等、流体の流れがフローガイド２０（上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４）によって阻害されにくい。よって、排気室１４における排気損失を低減して、排気室１４の排気性能の低下を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、下流側フローガイド２４は、軸方向の断面が翼型形状２７を有する。

ディフューザ通路１８から上述の隙間２６を通過して外周側空間３０に流入しようとする流れは、下流側フローガイド２４の外周側空間３０側の表面（即ちディフューザ通路１８と反対側の表面）において剥離することがあり、これにより、排気損失が生じて排気室性能の低下につながる場合がある。
この点、上述の実施形態では、下流側フローガイド２４の軸方向の断面を翼型形状２７にしたので、隙間２６を通過した流れが翼型の湾曲形状に沿って流れやすい。よって、下流側フローガイド２４の表面２４ａにおける剥離を抑制して、排気損失をより低減することができる。

図７及び図９～図１１は、それぞれ、一実施形態に係るフローガイド２０の側面図である。図８は、図７に示すフローガイド２０の斜視図である。

幾つかの実施形態では、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４は、周方向の全範囲のうち、ベアリングコーン１６の軸中心Ｏを挟んで排気室出口１３と反対側の周方向範囲（反排気側の領域）に少なくとも部分的に設けられる。
また、幾つかの実施形態では、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４は、周方向の全範囲に亘って設けられる。

ここで、図３に示すように、ベアリングコーン１６の軸中心Ｏに直交する断面内において、軸中心Ｏを中心として、排気室出口１３の中心位置１３ａの角度位置を０度と定義する。
この定義のもとで、ベアリングコーン１６の軸中心Ｏを挟んで排気室出口１３と反対側の周方向範囲とは、軸中心Ｏを挟んで排気室出口１３の中心位置１３ａと反対側の位置（１８０度の位置）から±９０度の範囲、すなわち、９０度以上２７０度以下の周方向範囲のことを指す。以下、この周方向範囲（９０度以上２７０度以下の周方向範囲）を反排気側領域ともいう。
また、排気室出口１３の中心位置１３ａから±９０度の範囲、すなわち、０度以上９０度以下及び２７０度以上３６０度以下の周方向範囲を、排気側領域ともいう。

図７～図８に示す例示的な実施形態では、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４は、周方向の全範囲のうち、反排気側領域のみに設けられている。すなわち、この実施形態では、上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４の間の隙間２６も、反排気側領域のみに設けられている。

また、図２～図３、及び、図９～１１に示す例示的な実施形態では、上流側フローガイド２２及び前記下流側フローガイド２４は、周方向の全範囲に亘って設けられる。すなわち、これらの実施形態では、上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４の間の隙間２６も、周方向の全範囲に亘って設けられている。

排気室１４内には圧力分布が存在し、通常、復水器につながる排気室出口１３から遠いほうの領域（反排気側領域）における圧力が、排気室出口に近いほうの領域（排気側領域）における圧力に比べて高い傾向となる。したがって、反排気側領域では、排気側領域に比べてより低体積流量の状態になりやすく、このため、ディフューザ通路１８内において上述した循環領域Ｚ（図２参照）が生じやすい。
この点、図２～３及び図７～１１に示す実施形態では、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を排気室出口１３と反対側の周方向範囲（反排気側領域）に少なくとも部分的に設けたので、少なくとも反排気側領域において、ディフューザ通路１８における実効的な流路断面積の縮小を抑制して、排気室１４の排気性能の低下を抑制することができる。

また、上述したように、排気室１４内には圧力分布が存在し、低体積流量条件下で循環領域Ｚが生じやすい周方向範囲が存在するが、このような循環領域Ｚは、周方向の全範囲において生じ得る。
この点、図２～図３、及び、図９～１１に示す実施形態では、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を、周方向の全範囲に亘って設けたので、周方向の全範囲にわたって、ディフューザ通路１８における実効的な流路断面積の縮小を抑制して、排気室１４の排気性能の低下を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、周方向における第１位置Ｃ１での、上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂと下流側フローガイド２４の上流端２４Ａとの間の軸方向の距離Ｌ１（第１位置Ｃ１での隙間２６の幅）は、周方向において第１位置Ｃ１よりも排気室出口１３寄りの第２位置Ｃ２での上流側フローガイド２２の下流端２２Ｂと下流側フローガイド２４の上流端２４Ａとの間の軸方向の距離Ｌ２（第２位置Ｃ２での隙間２６の幅）よりも大きい。

上述の実施形態では、循環領域Ｚ（図２参照）の生じやすさに応じて周方向において隙間２６の幅が変化するように設定される。すなわち、周方向において、体積流量が比較的小さくなりやすく、循環領域Ｚがより生じやすい周方向位置（排気室出口１３と反対側の位置（図２に示す１８０度の位置））に近づくにつれて上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４の間の軸方向における距離（軸方向における隙間２６の幅）が大きくなる。これにより、循環領域Ｚがより生じやすい周方向位置において、隙間２６を介してディフューザ通路１８から外周側空間３０に流出する流体の流量がより大きくなり、その分、実効的な流路断面積を増やすことができる。よって、ディフューザ通路１８における実効的な流路断面積の縮小を、周方向位置に応じて適切に抑制して、排気室１４の排気性能の低下を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１０に示すように、周方向における第３位置Ｃ３での隙間２６の軸方向位置Ｐ３は、周方向において第３位置Ｃ３よりも排気室出口１３寄りの第４位置Ｃ４での隙間２６の軸方向位置Ｐ４よりも軸方向において上流側である。
なお、隙間２６の軸方向位置とは軸方向における隙間２６の中心位置であってもよい。

上述の実施形態では、生成し得る循環領域Ｚの大きさに応じて、周方向において隙間２６の軸方向位置が変化するように設定される。すなわち、周方向において、上述の循環領域Ｚがより大きくなりやすく、より上流側まで張り出してくる周方向位置（排気室出口１３と反対側の位置（図２に示す１８０度の位置））に近づくにつれて、隙間２６が軸方向において上流側に位置するようにしたので、各周方向位置において、循環領域Ｚが形成される軸方向位置に応じて適切に流路断面積を増加させることができる。
よって、ディフューザ通路１８における実効的な流路断面積の縮小を、周方向位置に応じて適切に抑制して、排気室１４の排気性能の低下を効果的に抑制することができる。

なお、上述の実施形態において、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４の形状は、軸中心Ｏに関して対称であってもよく、非対称であってもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図３及び図１１に示すように、下流側フローガイド２４を上流側フローガイド２２に支持するための支持部３４をさらに備えていてもよい。
この場合、下流側フローガイド２４を、ケーシング１５に固定される上流側フローガイド２２に支持部３４を介して安定的に支持することができる。
また、下流側フローガイド２４は、軸方向において隙間２６を隔てて設けられた上流側フローガイド２２を介してケーシング１５に支持されるので、下流側フローガイド２４がケーシング１５に直接支持される場合に比べて支持構造を簡素化できる。このため、排気室１４内において流体流れが阻害されにくくなり、排気室性能の低下をより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、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を含むフローガイド２０は、一体的な部材で構成されており、周方向に沿って延在するスリットによって隙間２６が形成されている。そして、ベアリングコーン１６の軸中心Ｏを挟んで対向する一対の周方向位置において上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を接続する接続部３１により、支持部３４が構成される。
このように、支持部３４は、フローガイド２０の一部として、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４とともに一体的に設けられていてもよい。

また、図１１に示す実施形態では、支持部３４は、隙間２６を横断して上流側フローガイド２２と下流側フローガイド２４とを接続するように、かつ、上流側フローガイド２２の外周面２３及び下流側フローガイド２４の外周面２５から径方向外側に向かって突出するように設けられたリブ３２を含む。
この場合、フローガイド２０（上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４）の外周面２３，２５に設けられたリブ３２を、下流側フローガイド２４を支持するための支持部３４として利用するようにしたので、フローガイド２０の強度を向上させながら、下流側フローガイド２４を上流側フローガイド２２に適切に支持することができる。

なお、図９及び図１０に示すフローガイド２０では支持部３４を図示していないが、上流側フローガイド２２とは周方向において全周に亘って隙間２６によって隔てられた下流側フローガイド２４を適切に支持するため、支持部３４が設けられる。

幾つかの実施形態では、例えば、図３及び図７～図８に示すように、上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を含むフローガイド２０は、一体的な部材であるとともに、周方向に沿って延在するスリットが設けられており、該スリットによって隙間２６が形成される。

上述の実施形態によれば、一体的な部材としてのフローガイド２０に、周方向に沿って延在するスリットを形成するだけの簡素な構成で、スリット（隙間２６）を挟んで軸方向の両側にそれぞれ位置する上流側フローガイド２２及び下流側フローガイド２４を含む構成を実現することができる。

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
１２ 外側ケーシング
１３ 排気室出口
１３ａ 中心位置
１４ 排気室
１５ ケーシング
１５ａ 内壁面
１６ ベアリングコーン
１６ａ 下流端
１８ ディフューザ通路
２０ フローガイド
２２ 上流側フローガイド
２２Ｂ 下流端
２２ａ 内壁面
２３ 外周面
２４ 下流側フローガイド
２４Ａ 上流端
２４Ｂ 下流端
２４ａ 表面
２５ 外周面
２６ 隙間
２７ 翼型形状
３０ 外周側空間
３１ 接続部
３２ リブ
３４ 支持部
１１４ 排気室
Ｚ 循環領域

Claims (11)

1. 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、を備え、
   前記フローガイドは、タービンの動翼及び静翼の径方向外側に設けられる前記タービンの内側ケーシングに接続される上流端を有し、
   前記フローガイドは、
   前記ベアリングコーンの周方向の少なくとも一部の範囲に設けられ、前記上流端を含む上流側フローガイドと、
   前記周方向の少なくとも一部の範囲に設けられ、前記上流側フローガイドに対して前記ベアリングコーンの軸方向に隙間を空けて配置される下流側フローガイドと、を含み、
   前記隙間を介して、前記ケーシング内部において前記フローガイドの外周側に位置する外周側空間と、前記ディフューザ通路とが連通され、
   前記下流側フローガイドの下流端は、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線よりも前記ベアリングコーンの径方向外側に位置し、
   前記下流側フローガイドの上流端は、前記接線よりも前記ベアリングコーンの径方向外側に位置する
   ことを特徴とするタービンの排気室。
2. 前記上流側フローガイドの前記下流端と、前記下流側フローガイドの上流端との間の前記軸方向における距離をＬ０としたとき、前記ベアリングコーンの径方向において、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線と、前記下流側フローガイドの前記上流端との距離がＬ０以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載のタービンの排気室。
3. 前記上流側フローガイド及び前記下流側フローガイドは、前記周方向の全範囲のうち、
   前記ベアリングコーンの軸中心を挟んで排気室出口と反対側の周方向範囲に少なくとも部分的に設けられた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービンの排気室。
4. 前記上流側フローガイド及び前記下流側フローガイドは、前記周方向の全範囲に亘って設けられた
   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タービンの排気室。
5. 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、を備え、
   前記フローガイドは、
   前記ベアリングコーンの周方向の少なくとも一部の範囲に設けられる上流側フローガイドと、
   前記周方向の少なくとも一部の範囲に設けられ、前記上流側フローガイドに対して前記ベアリングコーンの軸方向に隙間を空けて配置される下流側フローガイドと、を含み、
   前記隙間を介して、前記ケーシング内部において前記フローガイドの外周側に位置する外周側空間と、前記ディフューザ通路とが連通され、
   前記下流側フローガイドの下流端は、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線よりも前記ベアリングコーンの径方向外側に位置し、
   前記周方向における第１位置での、前記上流側フローガイドの前記下流端と前記下流側フローガイドの上流端との間の前記軸方向の距離Ｌ１は、前記周方向において前記第１位置よりも排気室出口寄りの第２位置での前記上流側フローガイドの前記下流端と前記下流側フローガイドの上流端との間の前記軸方向の距離Ｌ２よりも大きい
   ことを特徴とするタービンの排気室。
6. 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、を備え、
   前記フローガイドは、
   前記ベアリングコーンの周方向の少なくとも一部の範囲に設けられる上流側フローガイドと、
   前記周方向の少なくとも一部の範囲に設けられ、前記上流側フローガイドに対して前記ベアリングコーンの軸方向に隙間を空けて配置される下流側フローガイドと、を含み、
   前記隙間を介して、前記ケーシング内部において前記フローガイドの外周側に位置する外周側空間と、前記ディフューザ通路とが連通され、
   前記下流側フローガイドの下流端は、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線よりも前記ベアリングコーンの径方向外側に位置し、
   前記周方向における第３位置での前記隙間の軸方向位置は、前記周方向において前記第３位置よりも排気室出口寄りの第４位置での前記隙間の軸方向位置よりも前記軸方向において上流側である
   ことを特徴とするタービンの排気室。
7. 前記下流側フローガイドを前記上流側フローガイドに支持するための支持部をさらに備える
   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タービンの排気室。
8. 前記支持部は、前記隙間を横断して前記上流側フローガイドと前記下流側フローガイドとを接続するように、かつ、前記上流側フローガイドの外周面及び前記下流側フローガイドの外周面から径方向外側に向かって突出するように設けられたリブを含む
   ことを特徴とする請求項７に記載のタービンの排気室。
9. 前記上流側フローガイド及び前記下流側フローガイドを含む前記フローガイドは、一体的な部材であるとともに、前記周方向に沿って延在するスリットが設けられており、
   前記スリットによって前記隙間が形成される
   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タービンの排気室。
10. 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、を備え、
    前記フローガイドは、
    前記ベアリングコーンの周方向の少なくとも一部の範囲に設けられる上流側フローガイドと、
    前記周方向の少なくとも一部の範囲に設けられ、前記上流側フローガイドに対して前記ベアリングコーンの軸方向に隙間を空けて配置される下流側フローガイドと、を含み、
    前記隙間を介して、前記ケーシング内部において前記フローガイドの外周側に位置する外周側空間と、前記ディフューザ通路とが連通され、
    前記下流側フローガイドの下流端は、前記上流側フローガイドの下流端における該上流側フローガイドの接線よりも前記ベアリングコーンの径方向外側に位置し、
    前記下流側フローガイドは、前記軸方向の断面が翼型形状を有する
    ことを特徴とするタービンの排気室。
11. 請求項１乃至１０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静翼及び動翼と、
    を備えるタービン。

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