JP7002930B2 - ディフューザ、及びこれを備える蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明は、ディフューザ、及びこれを備える蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気を外部に導く排気ケーシングを備えている。この排気ケーシングは、ディフューザと、外側ケーシングと、を有する。ディフューザは、軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に径方向外側に向かうディフューザ空間を形成する。ディフューザは、ディフューザ空間の径方向外側の縁を画定する外側環（又は、スチームガイド、フローガイド）と、ディフューザ空間の径方向内側の縁を画定する内側環（又はベアリングコーン）と、を有する。ディフューザ空間内には、タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気が流入する。このディフューザは、タービンロータの最終動翼列から高速で流出した蒸気の静圧を回復させる役目を担っている。

前述したように、蒸気は、タービンロータの最終動翼列から高速で流出する。ディフューザ空間内で外側環の内周面に沿った領域で且つ最終動翼列に近い領域では、この内周面から蒸気の流れが剥離する剥離発生領域が形成され易い。ディフューザ空間内に剥離発生領域が形成されると、蒸気の静圧を回復させるために有効なディフューザの有効流路面積が小さくなる。このため、ディフューザ空間内に剥離発生領域が形成されると、ディフューザの静圧回復性能が低下する。そこで、以下の特許文献１に記載の蒸気タービンでは、外側ケーシング内等からの蒸気を外側環の軸方向上流側からディフューザ空間内に噴出させることで、外側環の入口側領域での蒸気の剥離を抑えている。

特許第４３４２８４０号公報

ディフューザ空間内では、前述したように、最終動翼列から流出した蒸気の圧力回復が図られる。この圧力回復量が大きいほど、最終動翼列から流出した直後の蒸気の圧力が低くなり、タービン効率が向上する。このため、蒸気タービン分野では、上記特許文献１に記載の技術よりも、さらに、ディフューザ空間内に剥離発生領域が形成されることが抑えられ、ディフューザの静圧回復性能をより向上させることが望まれている。

そこで、本発明は、ディフューザ空間内での剥離発生領域の形成を抑制し、ディフューザの静圧回復性能を向上させることができるディフューザ、及びこれを備える蒸気タービンを提供することを目的とする。

前記目的を達成するための発明に係る一態様のディフューザは、
軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気が流れる蒸気タービンのディフューザにおいて、前記軸線を基準にして環状を成し、前記軸線が延びる方向で且つ前記最終動翼列から遠ざかる側である軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に向かう外側環と、前記軸線を基準にして環状を成し、前記外側環に対して径方向内側に離間し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かい、前記外側環との間に前記最終動翼列からの蒸気が流れるディフューザ空間を形成する内側環と、を備える。前記外側環の径方向内側を向く内周面中で、前記最終動翼列の先端で最も前記軸線下流側の位置と、前記軸線が延びる軸線方向の位置が同じ部分が入口縁を成す。前記内周面中で、前記軸線下流側の端が出口縁を成す。前記内周面中で、前記出口縁から、前記前記軸線下流側の反対側である軸線上流側に広がり、前記入口縁を含まない領域が下流領域を成す。前記内周面中で、前記下流領域よりも前記軸線上流側に位置し、前記入口縁から前記軸線下流側に広がる領域が上流領域を成す。前記外側環は、剥離抑制構造を有する。前記剥離抑制構造は、前記内周面中の前記下流領域内で開口している吸込口と、前記内周面中の前記上流領域内で開口している吐出口と、前記吸込口と前記吐出口とを連通させる蒸気戻し流路と、を有する。前記吐出口は、前記蒸気戻し流路内から前記軸線下流側に向って開口し、前記蒸気戻し流路は、前記軸線方向の方向成分を含む延在方向に延びて前記吐出口に至る吐出流路を有し、前記剥離抑制構造は、前記吐出流路内で前記延在方向に延びる吐出流路軸を中心として旋回する蒸気の渦を発生させる縦渦生成構造を有する。

最終動翼列からの蒸気は、高速でディフューザ空間内に流入する。特に、最終動翼列を構成する複数の動翼の先端と、動翼の径方向外側に位置する静止部材との間を通過したリーク蒸気は、ジェット状の流れを形成する。このジェット状の流れを形成するリーク蒸気は、最終動翼列を構成する複数の動翼相互間を通過した蒸気よりも、高速にディフューザ空間内に流入する。このため、ディフューザ空間内で、外側環の内周面内の上流領域に沿った領域であるリークジェット領域の静圧が低くなる。このリーク蒸気は、動翼に対して仕事をしない。このため、リーク蒸気の流量は少ないことが望ましい。

下流領域内の内周面は、ディフューザ空間の入口から出口に向かう蒸気の主要流れの垂直な方向に、この主要流れから次第に遠ざかる面である。このため、ディフューザ空間内で、外側環の内周面内の下流領域に沿った領域では、蒸気の運動量が圧力に転換されて、上流側より下流側が高圧になる逆圧力勾配になることが多い。さらに、蒸気には慣性力が働くため、この領域は、原理的に外側環の内周面から蒸気が剥離し易い剥離発生領域になる。

以上のように、ディフューザ空間内に剥離発生領域が形成されると、蒸気の静圧を回復させるために有効なディフューザの有効流路面積が小さくなる。このため、ディフューザ空間内に剥離発生領域が形成されると、ディフューザの静圧回復性能が低下する。

本態様では、外側環の内周面内で下流領域には、吸込口が形成されている。また、本態様では、外側環の内周面内で上流領域には、吐出口が形成されている。ここで、前述したように、吐出口が形成されている上流領域に沿ったリークジェット領域の静圧は、吸込口が形成されている下流領域に沿った剥離発生領域の静圧よりも低い。しかも、本態様では、吸込口と吐出口とは、蒸気戻し流路により連通している。このため、本態様では、剥離発生領域内の蒸気は、吸込口から蒸気戻し流路内に吸い込まれ、この蒸気戻し流路内を流れて、吐出口からリークジェット領域内に吐出される。

以上のように、本態様では、下流領域に沿った剥離発生領域内の蒸気が吸込口から蒸気戻し流路内に吸い込まれるため、剥離発生領域内での蒸気流れの剥離を抑えることができる。

本態様では、上流領域に沿ったリークジェット領域内に、蒸気戻し流路内の蒸気が吐出口から吐出されるため、リークジェット領域内の圧力が高まる。このため、本態様では、リークジェット領域内に至るリーク蒸気の流量を少なくすることができる。

本態様では、吐出流路内の蒸気が、縦渦生成構造により、吐出流路軸を中心として旋回しつつ、吐出口に向かう。よって、吐出口から吐出した蒸気は、吐出流路軸を中心として旋回しつつ、軸線下流側に向う。ところで、本態様で、ディフューザ空間内で、ディフューザの入口近傍の領域内の蒸気の主要流れは、軸線方向である。また、本態様で、吐出流路の中心軸である吐出流路軸が延びる方向が、軸線方向の方向成分を含む方向である。このため、本態様では、吐出口から吐出した蒸気の流れは、ディフューザの入口近傍の領域内の蒸気の主要流れに対する縦渦になる。

航空機分野では、翼面からの空気の剥離を抑えるために、翼面に沿って縦渦を発生させる技術が開発されている。また、競泳水着においても、縦渦を発生させるための微細構造、いわゆるサメ肌構造が、剥離の抑制による抵抗低減を目的として利用されている。よって、本態様のように、外側環の内周面内における上流領域に沿って蒸気の縦渦を生成することにより、この内周面からの蒸気の剥離を抑えることができる。

前記縦渦生成構造を有する前記蒸気タービンのディフューザにおいて、前記縦渦生成構造は、前記吐出流路の内周面から凹み且つ前記吐出流路軸を中心として螺旋状の延びる螺旋溝を有してもよい。

また、前記縦渦生成構造を有する前記ディフューザにおいて、前記蒸気戻し流路は、前記軸線に対する径方向の方向成分を含む方向に延びる径方向流路軸を中心として円柱状の径方向流路を有し、前記吐出流路は、前記吐出流路軸を中心として円柱状を成し、前記径方向流路軸と前記吐出流路軸とが捩じれの位置関係になるよう、前記吐出流路が前記蒸気戻し流路に接続され、前記縦渦生成構造は、前記径方向流路と前記径方向流路に接続されている前記吐出流路とを有してもよい。

前記目的を達成するための発明に係る他の態様のディフューザは、
軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気が流れる蒸気タービンのディフューザにおいて、前記軸線を基準にして環状を成し、前記軸線が延びる方向で且つ前記最終動翼列から遠ざかる側である軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に向かう外側環と、前記軸線を基準にして環状を成し、前記外側環に対して径方向内側に離間し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かい、前記外側環との間に前記最終動翼列からの蒸気が流れるディフューザ空間を形成する内側環と、を備える。前記外側環の径方向内側を向く内周面中で、前記最終動翼列の先端で最も前記軸線下流側の位置と、前記軸線が延びる軸線方向の位置が同じ部分が入口縁を成す。前記内周面中で、前記軸線下流側の端が出口縁を成す。前記内周面中で、前記出口縁から、前記前記軸線下流側の反対側である軸線上流側に広がり、前記入口縁を含まない領域が下流領域を成す。前記内周面中で、前記下流領域よりも前記軸線上流側に位置し、前記入口縁から前記軸線下流側に広がる領域が上流領域を成す。前記外側環は、剥離抑制構造を有する。前記剥離抑制構造は、前記内周面中の前記下流領域内で開口している吸込口と、前記内周面中の前記上流領域内で開口している吐出口と、前記吸込口と前記吐出口とを連通させる蒸気戻し流路と、を有する。前記蒸気戻し流路は、前記吸込口から延びている吸込側流路と、前記吐出口から延びている吐出側流路と、前記吸込側流路を前記吐出側流路に連通させるドレン溜り空間とを有し、前記吐出側流路は、上下方向で前記ドレン溜り空間中の中間位置よりも上側の位置で、前記ドレン溜り空間と連通している。

本態様では、ドレン溜り空間により、蒸気戻し流路内を流れる蒸気中から蒸気ドレンを回収することができる。このため、本態様では、吐出口からディフューザ空間内に吐出される蒸気中に含まれる水滴量を抑えることができる。

前記ドレン溜り空間を有する前記蒸気タービンのディフューザにおいて、前記外側環は、前記ドレン溜り空間に連通し、前記ドレン溜り空間に溜まった蒸気ドレンを排出するドレン排出流路を備えてもよい。

本態様では、ドレン溜り空間に溜まった蒸気ドレンを外部に排出することができる。

前記ドレン排出流路を備える前記蒸気タービンのディフューザにおいて、前記ドレン排出流路は、前記ドレン溜り空間から下方成分を有する方向に延びていてもよい。

前記目的を達成するための発明に係る一態様の蒸気タービンは、
以上のいずれかの前記ディフューザと、前記蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータの外周側に配置されている筒状の内側ケーシングと、前記内側ケーシングの内周側に配置され、前記径方向外側の端が前記内側ケーシングに取り付けられている静翼列と、を備える。

本発明の一態様に係るディフューザでは、ディフューザ空間内での剥離発生領域の形成を抑制することができる。よって、本発明の一形態に係るディフューザによれば、静圧回復性能を向上させることができる。

本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンの全体断面図である。 図１におけるII－II線断面図である。 本発明に係る第一実施形態におけるディフューザの断面図である。 本発明に係る第一実施形態における外側環周りの断面図である。 図４におけるＶ矢視図である。 参考例の外側環周りの断面図である。 本発明に係る第二実施形態における蒸気タービンの外側環周りの断面図である。 本発明に係る第三実施形態における蒸気タービンの外側環周りの断面図である。 第三実施形態における径方向流路及び吐出流路の模式的斜視図である。 本発明に係る第四実施形態における蒸気タービンの外側環周りの断面図である。 本発明に係る第四実施形態における蒸気タービンの軸線に垂直な面での断面図である。 本発明に係る第一実施形態の変形例における外側環周りの断面図である。

以下、本発明に係るディフューザを備える蒸気タービンの各種実施形態、さらに、排気ケーシングの各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第一実施形態について、図１～図６を参照して説明する。

第一実施形態の蒸気タービンは、二分流排気型の蒸気タービンである。このため、図１に示すように、この蒸気タービンＳＴは、図１に示すように、第一蒸気タービン部１０ａと第二蒸気タービン部１０ｂとを備える。第一蒸気タービン部１０ａ及び第二蒸気タービン部１０ｂは、いずれも、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を覆うケーシング２０と、ケーシング２０に固定されている複数の静翼列１７と、蒸気流入管１９と、を備えている。なお、以下では、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。さらに、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒの側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

第一蒸気タービン部１０ａと第二蒸気タービン部１０ｂとは、蒸気流入管１９を共有する。第一蒸気タービン部１０ａで、この蒸気流入管１９を除く部品は、この蒸気流入管１９を基準にして軸線方向Ｄａの一方側に配置されている。また、第二蒸気タービン部１０ｂで、この蒸気流入管１９を除く部品は、この蒸気流入管１９を基準にして軸線方向Ｄａの他方側に配置されている。なお、各蒸気タービン部１０ａ，１０ｂにおいて、前述した軸線方向Ｄａで蒸気流入管１９の側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。

第一蒸気タービン部１０ａの構成と第二蒸気タービン部１０ｂの構成とは、基本的に同一である。このため、以下では、第一蒸気タービン部１０ａについて主として説明する。

タービンロータ１１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸１２と、このロータ軸１２に取り付けられている複数の動翼列１３と、を有する。タービンロータ１１は、軸線Ａｒを中心として回転可能に軸受１８で支持されている。複数の動翼列１３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列１３は、図２に示すように、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼１４で構成される。第一蒸気タービン部１０ａのタービンロータ１１と、第二蒸気タービン部１０ｂのタービンロータ１１は、同一の軸線Ａｒ上に位置して互いに連結されて、軸線Ａｒを中心として一体回転する。

ケーシング２０は、図１に示すように、内側ケーシング２１と、排気ケーシング２５とを有する。内側ケーシング２１は、軸線Ａｒを中心としてほぼ円錐状の空間を形成する。タービンロータ１１の複数の動翼列１３は、この円錐状の空間内に配置されている。複数の静翼列１７は、軸線方向Ｄａに並んで、この円錐状の空間内に配置されている。複数の静翼列１７のそれぞれは、複数の動翼列１３のうちいずれか一の動翼列１３の軸線上流側Ｄａｕに配置されている。複数の静翼列１７は、内側ケーシング２１に固定されている。

排気ケーシング２５は、ディフューザ２６と、外側ケーシング９０とを有する。ディフューザ２６は、軸線Ａｒに対して環状を成し、軸線下流側Ｄａｄ（軸線方向Ｄａで最終動翼列１３ａから遠ざかる側）に向うに連れて次第に径方向外側に向かうディフューザ空間２６ｓを形成する。ディフューザ空間２６ｓ内には、タービンロータ１１の最終動翼列１３ａから流出した蒸気が流入する。なお、最終動翼列１３ａとは、複数の動翼列１３のうち、最も軸線下流側Ｄａｄに配置されている動翼列１３である。ディフューザ２６は、図３に示すように、ディフューザ空間２６ｓの径方向内側Ｄｒｉの縁を画定する内側環２７（又はベアリングコーン）２８と、ディフューザ空間２６ｓの径方向外側Ｄｒｏの縁を画定する外側環３０と、を有する。内側環２７は、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。外側環３０は、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。内側環２７も、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。外側環３０は、内側ケーシング２１に接続されている。また、内側環２７は、外側ケーシング９０に接続されている。

外側ケーシング９０は、図１に示すように、排気口９１を有する。この排気口９１は、内部から径方向外側Ｄｒｏであって鉛直下方向に向かって開口している。この排気口９１には、蒸気を水に戻す復水器Ｃｏが接続されている。よって、本実施形態の蒸気タービンＳＴは、下方排気型の復水蒸気タービンである。この外側ケーシング９０は、ディフューザ空間２６ｓに連通した排気空間９０ｓを形成する。この排気空間９０ｓは、ディフューザ２６の外周を周方向Ｄｃに広がって、ディフューザ空間２６ｓから流入した蒸気を排気口９１に導く。外側ケーシング９０は、下流側端板９２と、上流側端板９４と、側周板９６と、を有する。

下流側端板９２は、内側環２７の径方向外側Ｄｒｏの縁から径方向外側Ｄｒｏに広がって、排気空間９０ｓの軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この下流側端板９２は、実質的に軸線Ａｒに対して垂直である。下流側端板９２で、軸線Ａｒより上側の部分は、ほぼ半円形を成している。一方、下流側端板９２で、軸線Ａｒより下側部分は、ほぼ長方形をなしている。この下流側端板９２の下縁は、排気口９１の縁の一部を形成する。

側周板９６は、下流側端板９２に接続され、軸線方向Ｄａに広がり且つ軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに広がって、排気空間９０ｓの径方向外側Ｄｒｏの縁を画定する。この側周板９６は、上側が半円筒を成すかまぼこ型（semi-cylindrical shape）である。この側周板９６の下縁は、排気口９１の縁の一部を形成する。

上流側端板９４は、ディフューザ２６よりも軸線上流側Ｄａｕに配置されている。この上流側端板９４は、内側ケーシング２１から径方向外側Ｄｒｏに広がって、排気空間９０ｓの軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この上流側端板９４は、実質的に軸線Ａｒに対して垂直である。よって、この上流側端板９４は、軸線方向Ｄａで間隔をあけて下流側端板９２と対向している。上流側端板９４の下縁は、排気口９１の縁の一部を形成する。この上流側端板９４の径方向外側Ｄｒｏの縁のうち、排気口９１の縁を形成する部分を除く部分は、側周板９６に接続されている。

第一蒸気タービン部１０ａの外側ケーシング９０と第二蒸気タービン部１０ｂの外側ケーシング９０とは、互いに接続されて一体化している。

外側環３０は、図４に示すように、外側環板（又はフローガイド）３１と、シールリング３３と、蒸気戻し管３５と、を有する。外側環板３１は、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている板である。シールリング３３は、軸線Ａｒを中心として環状を成している。このシールリング３３は、最終動翼列１３ａに径方向外側Ｄｒｏに配置され、この最終動翼列１３ａと径方向Ｄｒで間隔をあけて対向している。シールリング３３の軸線上流側Ｄａｕの端は、最終動翼列１３ａを構成する動翼１４の径方向外側Ｄｒｏの先端１４ｔとこの動翼１４の前縁１４ｆとの交点よりも軸線上流側Ｄａｕに位置している。また、シールリング３３の軸線下流側Ｄａｄの端は、最終動翼列１３ａを構成する動翼１４の先端１４ｔとこの動翼１４の後縁１４ｂとの交点よりも軸線下流側Ｄａｄに位置している。シールリング３３は、内側ケーシング２１に接合されている。前述の外側環板３１の上流側端はシールリング３３の下流側端面３３ｄに接合され、外側環板３１の下流側端は内側ケーシング２１の下流側端に接合されている。蒸気戻し管３５は、外側環板３１の外周側に配置されている。

シールリング３３の内周面３３ｉと外側環板３１の内周面３１ｉとは、面一である。シールリング３３の内周面３３ｉと外側環板３１の内周面３１ｉとで，外側環３０の内周面３０ｉを構成する。この外側環３０の内周面３０ｉは、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって滑らかに曲がっている曲面である。外側環３０の内周面３０ｉ中で、図４及び図５に示すように、最終動翼列１３ａを構成する動翼１４の先端１４ｔ中で最も軸線下流側Ｄａｄの位置、つまりこの動翼１４の先端１４ｔとこの動翼１４の後縁１４ｂとの交点の位置と、軸線方向Ｄａで同じ位置の部分が外側環３０の入口縁３８を成す。また、外側環３０の内周面３０ｉ中で、最も軸線下流側Ｄａｄの端が外側環３０の出口縁３９を成す。外側環３０の内周面３０ｉ中で、出口縁３９から軸線上流側Ｄａｕに広がり、入口縁３８を含まない領域が下流領域Ｒｄを成す。また、外側環３０の内周面３０ｉ中で、下流領域Ｒｄよりも軸線上流側Ｄａｕに位置し、入口縁３８から軸線下流側Ｄａｄに広がる領域が上流領域Ｒｕを成す。下流領域Ｒｄの上流側縁は、軸線方向Ｄａで、入口縁３８と出口縁３９との中間位置よりも軸線下流側Ｄａｄに位置している。また、上流領域Ｒｕの下流側縁は、軸線方向Ｄａで、入口縁３８と出口縁３９との中間位置よりも軸線上流側Ｄａｕに位置している。

図３に示すように、内側環２７の外周面２７ｏ中で、最も軸線上流側Ｄａｕの端は、入口縁２８を成す。また、内側環２７の外周面２７ｏ中で、最も軸線下流側Ｄａｄの端は、出口縁２９を成す。内側環２７の入口縁２８と外側環３０の入口縁３８との間は、ディフューザ２６の入口２６ｉを成す。内側環２７の出口縁２９と外側環３０の出口縁３９との間は、ディフューザ２６の出口２６ｏを成す。前述のディフューザ空間２６ｓは、内側環２７の外周面２７ｏと外側環３０の内周面３０ｉとの間の空間で且つディフューザ２６の入口２６ｉからディフューザ２６の出口２６ｏまでの空間である。最終動翼列１３ａを通過した蒸気は、ディフューザ２６の入口２６ｉからディフューザ空間２６ｓ内に流入し、ディフューザ２６の出口２６ｏからディフューザ空間２６ｓ外に流出する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓから排気空間９０ｓを経て、復水器Ｃｏ内に導かれる。図３に示すように、内側環２７の出口縁２９と外側環３０の出口縁３９との間の最短距離である出口高さｈｏは、内側環２７の入口縁２８と外側環３０の入口縁３８との間の最短距離である入口高さｈｉより高い。よって、ディフューザ２６の出口２６ｏの開口面積は、ディフューザ２６の入口２６ｉの開口面積より大きい。ディフューザ空間２６ｓの流路断面積は、入口２６ｉ側から出口２６ｏ側に向うに連れて次第におおきくなっている。

外側環３０は、図２に示すように、複数の剥離抑制構造４０を有する。複数の剥離抑制構造４０は、剥離抑制領域Ｒｓｓ内で、周方向Ｄｃに間隔をあけて並んでいる。この剥離抑制領域Ｒｓｓは、軸線Ａｒよりも上方で且つ外側環３０中の最上部を含む領域である。言い換えると、この剥離抑制領域Ｒｓｓは、外側環３０中で、軸線Ａｒを基準にして復水器Ｃｏと反対側の領域である。

各剥離抑制構造４０は、図４及び図５に示すように、外側環３０の内周面３０ｉ中の下流領域Ｒｄ内で開口している複数の吸込口４１と、外側環３０の内周面３０ｉ中の上流領域Ｒｕで開口している複数の吐出口４２と、吸込口４１と吐出口４２とを連通させる蒸気戻し流路４３と、を有する。一つの剥離抑制構造４０における複数の吸込口４１は、周方向Ｄｃで互いに異なる位置に配置されている。また、一つの剥離抑制構造４０における複数の吐出口４２は、周方向Ｄｃで互いに異なる位置に配置されている。蒸気戻し流路４３は、複数の吸込流路４４と、合流流路４５と、主戻し流路４６と、分流流路４７と、複数の径方向流路４８と、複数の吐出流路４９と、を有する。吸込流路４４は、吸込口４１から径方向外側Ｄｒｏに延びている。合流流路４５は、周方向Ｄｃ成分を有する方向に延び、複数の吸込口４１毎の吸込流路４４が接続されている。主戻し流路４６は、合流側流路の周方向Ｄｃの端から軸線下流側Ｄａｄに延びている。分流流路４７は、主戻し流路４６の軸線下流側Ｄａｄの端から周方向Ｄｃに延びている。径方向流路４８は、分流流路４７から径方向内側Ｄｒｉに延びている。吐出流路４９は、径方向流路４８の径方向内側Ｄｒｉの端から軸線方向Ｄａの方向成分を含む延在方向に延びて吐出口４２に至る。吐出流路４９及び径方向流路４８は、複数の吐出口４２毎に設けられている。吸込流路４４は、外側環板３１の内周面３１ｉから外周面３１ｏへ貫通する貫通孔を有して構成されている。合流流路４５と、主戻し流路４６の軸線上流側Ｄａｕ部分とは、蒸気戻し管３５の管路で形成されている。主戻し流路４６の軸線下流側Ｄａｄの部分と、複数の径方向流路４８と、複数の吐出流路４９とは、シールリング３３に形成されている。

吸込口４１は、径方向Ｄｒ成分を有する方向に延びている吸込流路４４内から径方向内側Ｄｒｉに向って開口している。また、吐出口４２は、軸線方向Ｄａ成分を有する方向に延びている吐出流路４９内から軸線下流側Ｄａｄに向って開口している。

次に、以上の説明した蒸気タービンの作用について説明する前に、参考例の蒸気タービンに生じる現象について説明する。

参考例の蒸気タービンは、以上で説明した剥離抑制構造４０を有していないことを除いて、本実施形態の蒸気タービンＳＴと同一構造である。

図６に示すように、ディフューザ空間２６ｓ内には、最終動翼列１３ａを通過した蒸気が流入する。より具体的には、最終動翼列１３ａを構成する複数の動翼１４相互間を通過した蒸気、及び最終動翼列１３ａを構成する複数の動翼１４の先端１４ｔとシールリング３３の内周面３３ｉとの間を通過した蒸気であるリーク蒸気Ｓｒが、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。ディフューザ空間２６ｓの流路断面積は、前述したように、入口２６ｉ側から出口２６ｏ側に向うに連れて次第に大きくなっている。このため、ディフューザ２６の入口２６ｉからディフューザ空間２６ｓ内に流入した蒸気の流速は、基本的に、ディフューザ２６の出口２６ｏに向かうに連れて、次第に低下する。一方、ディフューザ２６の入口２６ｉからディフューザ空間２６ｓ内に流入した蒸気の静圧は、基本的に、ディフューザ２６の出口２６ｏに向かうに連れて、次第に高まる。ディフューザ２６は、以上のように、蒸気の静圧を高める機能、言い換えると、蒸気の静圧を回復させる機能を担う。

リークジェット領域Ｌ１は、ディフューザ空間２６ｓ内で外側環３０ｘの内周面３０ｉ内の上流領域Ｒｕに沿った領域である。発明者は、ディフューザ空間２６ｓ内の圧力分布をコンピュータでシミュレーションした結果、ディフューザ空間２６ｓ内で軸線Ａｒよりも上方の最上部を含む領域の一部である前述のリークジェット領域Ｌ１内の静圧は、ディフューザ空間２６ｓ内で最も低い静圧であることが分かった。

最終動翼列１３ａからの蒸気は、高速でディフューザ空間２６ｓ内に流入する。特に、最終動翼列１３ａを構成する複数の動翼１４の先端１４ｔとシールリング３３の内周面３０ｉとの間を通過したリーク蒸気Ｓｒは、最終動翼列１３ａを構成する複数の動翼１４相互間を通過した蒸気よりも、高速でディフューザ空間２６ｓ内に流入する。このため、ディフューザ空間２６ｓ内で、外側環３０ｘの内周面３０ｉ内の上流領域Ｒｕに沿った領域であるリークジェット領域Ｌ１の静圧が低くなると考えられる。また、リーク蒸気は、動翼に対してほとんど仕事をしない。このため、リーク蒸気の流量は少ないことが望ましい。

内周面３０ｉ内の下流領域Ｒｄは、ディフューザ空間２６ｓの入口２６ｉから出口２６ｏに向かう蒸気の主要流れＳｍの垂直な方向に、この主要流れＳｍから次第に遠ざかる面である。このため、ディフューザ空間２６ｓ内で、外側環３０ｘの内周面３０ｉ内の下流領域Ｒｄに沿った領域Ｌ２では、蒸気の運動量が圧力に転換されて、上流側より下流側が高圧になる逆圧力勾配になることが多い。さらに、蒸気には慣性力が働くため、この領域Ｌ２は、原理的に外側環の内周面から蒸気が剥離し易い剥離発生領域になると考えられる。

以上のように、ディフューザ空間２６ｓ内に剥離発生領域Ｌ２が形成されると、蒸気の静圧を回復させるために有効なディフューザ２６の有効流路面積が小さくなる。このため、ディフューザ空間２６ｓ内に剥離発生領域Ｌ２が形成されると、ディフューザ２６の静圧回復性能が低下する。

図２に示すように、ディフューザ空間２６ｓ内で最上部の領域内から流出する蒸気の流れは、上向きの流れである。この蒸気が排気空間９０ｓ内に流入すると、この蒸気の流れは、復水器Ｃｏが存在する側である下向きの流れに変わる。一方、ディフューザ空間２６ｓ内で最下部の領域内から流出する蒸気の流れは、下向きの流れである。この蒸気が排気空間９０ｓ内に流入しても、この蒸気の流れは、復水器Ｃｏが存在する側である下向きの流れのままである。よって、ディフューザ空間２６ｓ内で最上部の領域内から流出した蒸気は、排気空間９０ｓ内で流れの向きを変えられることになる。また、ディフューザ空間２６ｓ内で最上部の領域に隣接する排気空間９０ｓ内の領域は、ディフューザ空間２６ｓ内で最下部の領域に隣接する排気空間９０ｓ内の領域よりも、復水器Ｃｏから離れている。このため、ディフューザ空間２６ｓ内で最上部の領域に隣接する排気空間９０ｓ内の領域の圧力は、ディフューザ空間２６ｓ内で最下部の領域に隣接する排気空間９０ｓ内の領域の圧力よりも高い。

よって、ディフューザ空間２６ｓ内で最上部の領域では、ディフューザ空間２６ｓ内で最下部の領域よりも、蒸気の流れがスムーズでない。このため、ディフューザ空間２６ｓ内の最上部を含む領域では、前述したように、複数の低圧領域で蒸気の剥離が発生すると考えられる。

次に、本実施形態の蒸気タービンＳＴの作用について説明する。

本実施形態の蒸気タービンＳＴでも、参考例の蒸気タービンと同様、図４に示すように、ディフューザ空間２６ｓ内には最終動翼列１３ａを通過した蒸気が流入する。本実施形態の外側環３０の内周面３０ｉ内で軸線Ａｒより上方の最上部近傍の下流領域Ｒｄには、吸込口４１が形成されている。また、本実施形態の外側環３０の内周面３０ｉ内で最上部近傍の上流領域Ｒｕには、吐出口４２が形成されている。ここで、前述したように、吐出口４２が形成されている上流領域Ｒｕに沿ったリークジェット領域Ｌ１の静圧は、吸込口４１が形成されている下流領域Ｒｄに沿った剥離発生領域Ｌ２の静圧よりも低い。しかも、本実施形態では、吸込口４１と吐出口４２とは、蒸気戻し流路４３により連通している。このため、剥離発生領域Ｌ２内の蒸気は、吸込口４１から蒸気戻し流路４３内に吸い込まれ、この蒸気戻し流路４３内を流れて、吐出口４２からリークジェット領域Ｌ１内に吐出される。

以上のように、本実施形態では、下流領域Ｒｄに沿った剥離発生領域Ｌ２内の蒸気が吸込口４１から蒸気戻し流路４３内に吸い込まれるため、剥離発生領域Ｌ２内での蒸気流れの剥離を抑えることができる。また、本実施形態では、上流領域Ｒｕに沿ったリークジェット領域Ｌ１内に、蒸気戻し流路４３内の蒸気が吐出口４２から吐出されるため、リークジェット領域Ｌ１内の圧力が高まる。しかも、この蒸気は、吐出口４２から上流領域Ｒｕに沿った軸線下流側Ｄａｄに吐出される。このため、リークジェット領域Ｌ１内に至るリーク蒸気流量も抑制することができる。なお、本実施形態のリークジェット領域Ｌ１は、参考例のリークジェット領域Ｌ１よりも狭くなり、本実施形態の剥離発生領域Ｌ２は、参考例の剥離発生領域Ｌ２より狭くなる。

以上のように、本実施形態では、ディフューザ空間２６ｓ内におけるリークジェット領域Ｌ１及び剥離発生領域Ｌ２内での蒸気流れの剥離を抑えることができ、ディフューザ２６の静圧回復性能を高めることできる。このように、本実施形態では、ディフューザ２６の静圧回復性能が向上することで、蒸気タービンの出力も向上させることができる。しかも、本実施形態では、蒸気タービンＳＴの出力向上に寄与せず、本来、不要なリーク蒸気Ｓｒの運動エネルギーを利用して、蒸気戻し流路４３内の蒸気の流れを発生させている。このため、本実施形態では、動力源を別途追加せずに、ディフューザ２６の静圧回復性能を高めることできる。

また、本実施形態では、上流領域Ｒｕに沿ったリークジェット領域Ｌ１内に吐出口４２から蒸気を吐出させることで、リーク蒸気Ｓｒの流量を減らすことができる。この結果、本実施形態では、最終動翼列１３ａを構成する複数の動翼１４相互間を通過する蒸気の流量がリーク蒸気Ｓｒの流量に対して相対的に増加し、この観点からも、蒸気タービンＳＴの出力を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、外側環３０の内周面３０ｉに対する蒸気流れの剥離を抑えることができるため、この内周面３０ｉの曲率半径を小さくすることができ、ディフューザ２６の小型化を図ることができる。このように、本実施形態では、ディフューザ２６の小型化を図ることができるため、外側ケーシング９０の小型化を図ることができ、結果として、蒸気タービンＳＴの小型化を図ることができる。

「第二実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第二実施形態について、図７を参照して説明する。

本実施形態の蒸気タービンは、第一実施形態の剥離抑制構造４０に縦渦生成構造５０を追加したもので、その他の構成は、第一実施形態の蒸気タービンの構成と同一である。

本実施形態の蒸気戻し流路４３における吐出流路４９は、第一実施形態と同様に、径方向流路４８の径方向内側Ｄｒｉの端から軸線方向Ｄａの方向成分を含む延在方向に延びて吐出口４２に至る。この吐出流路４９は、この延在方向に延びる吐出流路軸Ａｐｏを中心として円柱状を成している。本実施形態の剥離抑制構造４０ａにおける縦渦生成構造５０は、吐出流路４９の内周面から凹み且つ吐出流路軸Ａｐｏを中心として螺旋状の延びる螺旋溝５１を有する。

本実施形態では、吐出流路４９内の蒸気が、螺旋溝５１により、吐出流路軸Ａｐｏを中心として旋回しつつ、吐出口４２に向かう。よって、吐出口４２から吐出した蒸気は、吐出流路軸Ａｐｏを中心として旋回しつつ、軸線下流側Ｄａｄに向う。ところで、ディフューザ空間２６ｓ内で、ディフューザ２６の入口２６ｉ近傍の領域内の蒸気の主要流れＳｍは、ほぼ軸線方向Ｄａである。また、吐出流路４９の中心軸である吐出流路軸Ａｐｏは、実質的に軸線Ａｒと平行である。このため、吐出口４２から吐出した蒸気の流れは、ディフューザ２６の入口２６ｉ近傍の領域内の主要な蒸気の流れに対する縦渦５２になる。なお、縦渦５２とは、主要な流れの方向に延びる渦軸を中心として旋回する渦である。また、この蒸気の縦渦５２は、外側環３０の内周面３０ｉ内における上流領域Ｒｕに沿った流れである。

航空機分野では、翼面からの空気の剥離を抑えるために、翼面に沿って縦渦を発生させる技術が開発されている。よって、本実施形態のように、外側環３０の内周面３０ｉ内における上流領域Ｒｕに沿って蒸気の縦渦５２を生成することにより、この内周面３０ｉからの蒸気の剥離を第一実施形態よりも抑えることができる。

「第三実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第三実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。

本実施形態の蒸気タービンは、第二実施形態の蒸気タービンにおける縦渦生成構造５０と異なる縦渦生成構造５０ｂを有するもので、その他の構成は、第二実施形態の蒸気タービンの構成と同一である。

本実施形態の蒸気戻し流路４３における径方向流路４８ｂは、径方向Ｄｒの方向成分を含む方向に延びる径方向流路軸Ａｐｒを中心として円柱状を成している。また、本実施形態の蒸気戻し流路４３における吐出流路４９ｂは、軸線方向Ｄａの方向成分を含む方向の延びる吐出流路軸Ａｐｏを中心として円柱状を成している。吐出流路４９ｂは、径方向流路軸Ａｐｒと吐出流路軸Ａｐｏとが捩じれの位置関係になるよう、径方向流路４８ｂに接続されている。より正確には、吐出流路４９ｂの内周面中の母線４９ｇが、径方向流路４８の内周面の一部からこの径方向流路４８の内周面の接線方向に延びるよう、吐出流路４９が径方向流路４８に接続されている。本実施形態の剥離抑制構造４０ｂにおける縦渦生成構造５０ｂは、径方向流路４８ｂとこの径方向流路４８ｂに接続されている吐出流路４９ｂとを有する。

径方向流路軸Ａｐｒと吐出流路軸Ａｐｏとが捩じれの位置関係にある場合、径方向流路４８ｂから吐出流路４９ｂに流れ込んだ蒸気は、吐出流路軸Ａｐｏを中心として旋回しつつ、吐出口４２に向かう。よって、本実施形態でも、吐出口４２から吐出した蒸気は、第二実施形態と同様、吐出流路軸Ａｐｏを中心として旋回しつつ、軸線下流側Ｄａｄに向う。この吐出口４２から吐出した蒸気の流れは、第二実施形態で説明したように、ディフューザ２６の入口２６ｉ近傍の領域内の蒸気の主要流れＳｍに対する縦渦５２である。

よって、本実施形態でも、第二実施形態と同様に、外側環３０の内周面３０ｉ内における上流領域Ｒｕに沿って蒸気の縦渦５２が生成されるため、この内周面３０ｉからの蒸気の剥離を第一実施形態よりも抑えることができる。

「第四実施形態」
本発明に係る蒸気タービンの第四実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。

本実施形態の蒸気タービンは、第一実施形態の蒸気タービンの蒸気戻し流路４３に、図１０に示すドレン溜り空間５５を追加し、さらに、外側環３０に、図１１に示すドレン排出流路５８を追加したもので、その他の構成は、第一実施形態の蒸気タービンの構成と同一である。

本実施形態のドレン溜り空間５５は、図１０に示すように、蒸気戻し流路４３ｃの主戻し流路４６ｃ中に配置されている。このため、主戻し流路４６ｃは、このドレン溜り空間５５により、上流側主戻し流路４６ｃｕと下流側主戻し流路４６ｃｄとに二分されている。上流側主戻し流路４６ｃｕは、シールリング３３内に形成されている。また、下流側主戻し流路４６ｃｄは、外側環板３１の外周側に配置されている蒸気戻し管３５ｃの管路により形成されている。蒸気戻し流路４３の吸込側流路４３ｉは、下流側主戻し流路４６ｃｄと合流流路４５と吸込流路４４とで構成される。また、蒸気戻し流路４３の吐出側流路４３ｏは、上流側主戻し流路４６ｃｕと分流流路４７と径方向流路４８と吐出流路４９とで構成される。よって、本実施形態の蒸気戻し流路４３ｃは、吸込側流路４３ｉと、ドレン溜り空間５５と、吐出側流路４３ｏとで構成されていることになる。ドレン溜り空間５５は、シールリング３３中で軸線下流側Ｄａｄを向く下流側端面３３ｄと、外側環板３１の外周面３１ｏと、シールリング３３の下流側端面３３ｄと外側環板３１の外周面３１ｏとを接続するドレン溜り外周板５６と、で画定されている。ドレン溜り外周板５６の軸線上流側Ｄａｕの端は、シールリング３３の下流側端面３３ｄ中で、外側環板３１が接続されている位置よりも径方向外側Ｄｒｏの位置に接続されている。また、ドレン溜り外周板５６の軸線下流側Ｄａｄの端は、外側環板３１の外周面３１ｏ中でシールリング３３から軸線下流側Ｄａｄに離れた位置に接続されている。下流側主戻し流路４６ｃｄを形成する蒸気戻し管３５ｃは、このドレン溜り外周板５６を貫通している。

吐出側流路４３ｏ中の上流側主戻し流路４６ｃｕは、ドレン溜り空間５５で開口している。この上流側主戻し流路４６ｃｕの開口位置は、上下方向でドレン溜り空間５５中の中間位置よりも上側の位置である。すなわち、吐出側流路４３ｏは、上下方向でドレン溜り空間５５中の中間位置よりも上側の位置でドレン溜り空間５５と連通している。

ドレン溜り空間５５は、図１０及び図１１に示すように、外側環板３１の径方向外側Ｄｒｏの位置で周方向Ｄｃに延びている。周方向Ｄｃに並んでいる複数の剥離抑制構造４０ｃの各上流側主戻し流路４６ｃｕ及び各下流側主戻し流路４６ｃｄは、いずれも、一のドレン溜り空間５５と連通している。すなわち、本実施形態では、複数の剥離抑制構造４０ｃにおける各構成要素のうち、ドレン溜り空間５５は、各剥離抑制構造４０ｃの共有要素である。

ドレン排出流路５８は、ドレン溜り空間５５中で最も下方の位置に接続されている。このドレン排出流路５８は、ドレン溜り空間５５との接続位置から鉛直下方向の成分を含む方向に延びて、復水器Ｃｏ等に連通している。

本実施形態のように、蒸気タービンが復水蒸気タービンである場合、最終動翼列１３ａから流出した蒸気は湿り蒸気になっている場合が多い。このため、外側環３０の吸込口４１から吸い込まれて外側環３０の吐出口４２から吐出される蒸気中に水滴が含まれる可能性が高い。仮に、外側環３０の吐出口４２から吐出される蒸気中に水滴が含まれる場合、水滴の一部が外側環３０の内周面３０ｉに付着し、他の一部がディフューザ空間２６ｓ内で外側環３０の内周面３０ｉに沿った領域で飛散することになる。このような水滴のふるまいは、ディフューザ空間２６ｓ内での蒸気の流速低下の妨げになる上に、外側環３０の内周面３０ｉに対する蒸気の剥離現象を助長させる。そこで、本実施形態では、蒸気戻し流路４３中にドレン溜り空間５５を設け、水滴となる蒸気ドレンをこのドレン溜り空間５５で回収できるようにしている。ドレン溜り空間５５に溜まった蒸気ドレンは、ドレン排出流路５８を介して、復水器Ｃｏ等に排出される。一方、ドレン溜り空間５５で蒸気ドレンが回収された蒸気は、蒸気戻し流路４３ｃ中の吐出側流路４３ｏ内を流れ、吐出口４２からディフューザ空間２６ｓ内に吐出される。よって、本実施形態では、吐出口４２からディフューザ空間２６ｓ内に吐出される蒸気中に含まれる水滴量を抑えることができる。

なお、本実施形態は、第一実施形態の変形例であるが、第二実施形態や第三実施形態の蒸気タービンに、本実施形態のドレン溜り空間５５及びドレン排出流路５８を追加してもよい。

「変形例」
以下、以上で説明した剥離抑制構造、及びこの構造を含む蒸気タービンの実施形態の変形例について説明する。

以上の各実施形態における外側環は、いずれも、外側環板３１と蒸気戻し管３５とシールリング３３とを有して構成している。しかしながら、図１２に示す変形例のように、蒸気戻し管３５を用いずに、外側環３０ｄを外側環板３１ｄとシールリング３３とで構成してもよい。この場合、以上の各実施形態において、蒸気戻し管３５の管路で形成していた合流流路４５と主戻し流路４６の軸線上流側Ｄａｕ部分とを、外側環板３１ｄ内に形成する。この場合、二枚の板を準備し、二枚の板の少なくとも一方に溝を形成した後、二枚の板を接合して、外側環板３１ｄを製造するとよい。このように製造された外側環板３１ｄでは、溝により確保された空間が流路になる。

以上の実施形態における剥離抑制構造は、いずれも、複数の吸込口４１と複数の吐出口４２を有する。しかしながら、剥離抑制構造を複数設ける場合、一の剥離抑制構造は、吸込口４１及び吐出口４２をそれぞれ一つのみ有していてもよい。

以上の実施形態では、外側環中で、周方向Ｄｃの一部の領域のみに剥離抑制構造を設けている。しかしながら、剥離抑制構造は、外側環中の周方向Ｄｃの全域に渡って設けてもよい。

また、以上の実施形態の蒸気タービンは、いずれも下方排気型であるが、側方排気型であってもよい。この場合、例えば、軸線Ａｒを基準にして左側に排気口が存在する場合、軸線Ａｒを基準にして右側の領域に剥離抑制構造を設けることが好ましい。すなわち、剥離抑制構造は、軸線Ａｒを基準にして、復水器Ｃｏとは反対側に設けることが好ましい。

以上の実施形態の蒸気タービンは、いずれも二分流排気型であるが、排気を分流しない蒸気タービンに、本発明を適用してもよい。

１０ａ：第一蒸気タービン部
１０ｂ：第二蒸気タービン部
１１：タービンロータ
１２：ロータ軸
１３：動翼列
１３ａ：最終動翼列
１４：動翼
１４ｔ：先端
１４ｆ：前縁
１４ｂ：後縁
１７：静翼列
１８：軸受
１９：蒸気流入管
２０：ケーシング
２１：内側ケーシング
２５：排気ケーシング
２６：ディフューザ
２６ｓ：ディフューザ空間
２６ｉ：入口
２６ｏ：出口
２７：内側環
２７ｏ：内側環の外周面
２８：内側環の入口縁
２９：内側環の出口縁
３０，３０ｄ：外側環
３０ｉ：外側環の内周面
３１，３１ｄ：外側環板（又はフローガイド）
３１ｉ：外側環板の内周面
３１ｏ：外側環板の外周面
３３：シールリング
３３ｉ：シールリングの内周面
３３ｄ：シールリングの下流側端面
３５，３５ｃ：蒸気戻し管
３８：外側環の入口縁
３９：外側環の出口縁
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ：剥離抑制構造
４１：吸込口
４２：吐出口
４３，４３ｃ：蒸気戻し流路
４３ｉ：吸込側流路
４３ｏ：吐出側流路
４４：吸込流路
４５：合流流路
４６，４６ｃ：主戻し流路
４６ｃｕ：上流側主戻し流路
４６ｃｄ：下流側主戻し流路
４７：分流流路
４８，４８ｂ：径方向流路
４９，４９ｂ：吐出流路
４９ｇ：母線
５０，５０ｂ：縦渦生成構造
５１：螺旋溝
５２：縦渦
５５：ドレン溜り空間
５６：ドレン溜り外周板
５８：ドレン排出流路
９０：外側ケーシング
９０ｓ：排気空間
９１：排気口
９２：下流側端板
９４：上流側端板
９６：側周板
Ｃｏ：復水器
ＳＴ：蒸気タービン
Ｓｒ：リーク蒸気
Ｓｍ：主要流れ
Ｌ１：リークジェット領域
Ｌ２：剥離発生領域
Ｒｕ：上流領域
Ｒｄ：下流領域
Ｒｓｓ：剥離抑制領域
ｈｉ：入口高さ
ｈｏ：出口高さ
Ａｒ：軸線
Ａｐｏ：吐出流路軸
Ａｐｒ：径方向流路軸
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側

Claims (8)

1. 軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気が流れる蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記軸線を基準にして環状を成し、前記軸線が延びる方向で且つ前記最終動翼列から遠ざかる側である軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に向かう外側環と、
   前記軸線を基準にして環状を成し、前記外側環に対して径方向内側に離間し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かい、前記外側環との間に前記最終動翼列からの蒸気が流れるディフューザ空間を形成する内側環と、
   を備え、
   前記外側環の径方向内側を向く内周面中で、前記最終動翼列の先端で最も前記軸線下流側の位置と、前記軸線が延びる軸線方向の位置が同じ部分が入口縁を成し、
   前記内周面中で、前記軸線下流側の端が出口縁を成し、
   前記内周面中で、前記出口縁から、前記前記軸線下流側の反対側である軸線上流側に広がり、前記入口縁を含まない領域が下流領域を成し、
   前記内周面中で、前記下流領域よりも前記軸線上流側に位置し、前記入口縁から前記軸線下流側に広がる領域が上流領域を成し、
   前記外側環は、剥離抑制構造を有し、
   前記剥離抑制構造は、前記内周面中の前記下流領域内で開口している吸込口と、前記内周面中の前記上流領域内で開口している吐出口と、前記吸込口と前記吐出口とを連通させる蒸気戻し流路と、を有し、
   前記吐出口は、前記蒸気戻し流路内から前記軸線下流側に向って開口し、
   前記蒸気戻し流路は、前記軸線方向の方向成分を含む延在方向に延びて前記吐出口に至る吐出流路を有し、
   前記剥離抑制構造は、前記吐出流路内で前記延在方向に延びる吐出流路軸を中心として旋回する蒸気の渦を発生させる縦渦生成構造を有する、
   蒸気タービンのディフューザ。
2. 請求項１に記載の蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記縦渦生成構造は、前記吐出流路の内周面から凹み且つ前記吐出流路軸を中心として螺旋状の延びる螺旋溝を有する、
   蒸気タービンのディフューザ。
3. 請求項１に記載の蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記蒸気戻し流路は、前記軸線に対する径方向の方向成分を含む方向に延びる径方向流路軸を中心として円柱状の径方向流路を有し、
   前記吐出流路は、前記吐出流路軸を中心として円柱状を成し、
   前記径方向流路軸と前記吐出流路軸とが捩じれの位置関係になるよう、前記吐出流路が前記蒸気戻し流路に接続され、
   前記縦渦生成構造は、前記径方向流路と前記径方向流路に接続されている前記吐出流路とを有する、
   蒸気タービンのディフューザ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記蒸気戻し流路は、前記吸込口から延びている吸込側流路と、前記吐出口から延びている吐出側流路と、前記吸込側流路を前記吐出側流路に連通させるドレン溜り空間とを有し、
   前記吐出側流路は、上下方向で前記ドレン溜り空間中の中間位置よりも上側の位置で、前記ドレン溜り空間と連通している、
   蒸気タービンのディフューザ。
5. 軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終動翼列から流出した蒸気が流れる蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記軸線を基準にして環状を成し、前記軸線が延びる方向で且つ前記最終動翼列から遠ざかる側である軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に向かう外側環と、
   前記軸線を基準にして環状を成し、前記外側環に対して径方向内側に離間し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かい、前記外側環との間に前記最終動翼列からの蒸気が流れるディフューザ空間を形成する内側環と、
   を備え、
   前記外側環の径方向内側を向く内周面中で、前記最終動翼列の先端で最も前記軸線下流側の位置と、前記軸線が延びる軸線方向の位置が同じ部分が入口縁を成し、
   前記内周面中で、前記軸線下流側の端が出口縁を成し、
   前記内周面中で、前記出口縁から、前記前記軸線下流側の反対側である軸線上流側に広がり、前記入口縁を含まない領域が下流領域を成し、
   前記内周面中で、前記下流領域よりも前記軸線上流側に位置し、前記入口縁から前記軸線下流側に広がる領域が上流領域を成し、
   前記外側環は、剥離抑制構造を有し、
   前記剥離抑制構造は、前記内周面中の前記下流領域内で開口している吸込口と、前記内周面中の前記上流領域内で開口している吐出口と、前記吸込口と前記吐出口とを連通させる蒸気戻し流路と、を有し、
   前記蒸気戻し流路は、前記吸込口から延びている吸込側流路と、前記吐出口から延びている吐出側流路と、前記吸込側流路を前記吐出側流路に連通させるドレン溜り空間とを有し、
   前記吐出側流路は、上下方向で前記ドレン溜り空間中の中間位置よりも上側の位置で、前記ドレン溜り空間と連通している、
   蒸気タービンのディフューザ。
6. 請求項４又は５に記載の蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記外側環は、前記ドレン溜り空間に連通し、前記ドレン溜り空間に溜まった蒸気ドレンを排出するドレン排出流路を備える、
   蒸気タービンのディフューザ。
7. 請求項６に記載の蒸気タービンのディフューザにおいて、
   前記ドレン排出流路は、前記ドレン溜り空間から下方成分を有する方向に延びている、
   蒸気タービンのディフューザ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の蒸気タービンのディフューザと、
   前記蒸気タービンロータと、
   前記蒸気タービンロータの外周側に配置されている筒状の内側ケーシングと、
   前記内側ケーシングの内周側に配置され、前記径方向外側の端が前記内側ケーシングに取り付けられている静翼列と、
   を備える蒸気タービン。

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