JP7278903B2 - turbine exhaust chamber - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、タービン排気室に関する。 Embodiments of the present invention relate to turbine exhaust chambers.

火力発電所などで用いられる蒸気タービンの熱効率の向上は、エネルギ資源の有効利用や、二酸化炭素(CO)排出量の削減につながる重要な課題となっている。そのためには、様々な内部損失を低減することが必要である。 Improving the thermal efficiency of steam turbines used in thermal power plants and the like has become an important issue leading to effective utilization of energy resources and reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions. For that purpose, it is necessary to reduce various internal losses.

蒸気タービンの内部損失には、翼の形状に起因するプロファイル損失、蒸気の二次流れ損失、蒸気の漏洩損失、蒸気の湿り損失などに基づくタービン翼列損失、蒸気弁やクロスオーバー管に代表される翼列以外の通路における通路部損失、タービン段落の最終段の下流におけるタービン排気損失などがある。 Steam turbine internal losses include profile loss due to blade shape, steam secondary flow loss, steam leakage loss, turbine blade cascade loss based on steam wetness loss, steam valves and crossover pipes. There are passage loss in passages other than the cascade of blades, turbine exhaust loss downstream of the final stage of the turbine stage, and so on.

これら損失の中で、タービン排気損失は、全内部損失の10~20%を占める。タービン排気損失は、具体的には、タービン段落の最終段出口から復水器入口までの間で発生する損失である。タービン排気損失は、リービング損失、フード損失、ターンナップ損失などにさらに分類される。 Among these losses, turbine exhaust losses account for 10-20% of total internal losses. Turbine exhaust loss is specifically the loss that occurs between the final stage outlet of the turbine stage and the condenser inlet. Turbine exhaust losses are further classified into reeving losses, hood losses, turnup losses, and the like.

このうち、フード損失は、排気室内の圧力損失である。フード損失は、排気室の形式、形状、サイズに依存する。 Of these, the hood loss is the pressure loss in the exhaust chamber. Hood loss depends on the type, shape and size of the exhaust chamber.

一般に、圧力損失は、蒸気の流速の二乗に比例して大きくなる。そのため、フード損失を低減するためには、排気室内の流速を低減する必要がある。これには、排気室の大型化が効果的である。しかしながら、製造コストや建屋サイズの観点から、排気室のサイズは小さい方が望ましい。そこで、排気室内にディフューザ構造を設けて、排気室の大型化を抑制しつつ蒸気の流速を低減する方法が検討されている。 In general, the pressure loss increases in proportion to the square of the steam flow velocity. Therefore, in order to reduce the hood loss, it is necessary to reduce the flow velocity in the exhaust chamber. For this purpose, it is effective to increase the size of the exhaust chamber. However, from the viewpoint of manufacturing cost and building size, it is desirable that the size of the exhaust chamber is small. Therefore, a method of providing a diffuser structure in the exhaust chamber to reduce the flow velocity of the steam while suppressing the enlargement of the exhaust chamber has been studied.

図6は、従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型(ダブルフロー型)の低圧タービン200の鉛直方向の子午断面を示す図である。 FIG. 6 is a view showing a vertical meridional section of a conventional double-flow exhaust type (double-flow type) low-pressure turbine 200 provided with a downward exhaust type exhaust chamber.

図6に示すように、最終段のタービン段落の動翼210を通過した蒸気は、スチームガイド220とベアリングコーン221とで構成される環状ディフューザ222に導かれる。拡大流路である環状ディフューザ222に導かれた蒸気は、減速されて静圧が回復する。そして、環状ディフューザに導かれた蒸気は、径方向外側に導かれ、外部ケーシング230で囲まれた空間223に放出される。 As shown in FIG. 6 , the steam that has passed through the rotor blades 210 of the final turbine stage is guided to an annular diffuser 222 composed of a steam guide 220 and a bearing cone 221 . The steam led to the annular diffuser 222, which is an enlarged flow path, is decelerated and the static pressure is restored. The steam guided to the annular diffuser is then guided radially outward and discharged into the space 223 surrounded by the outer casing 230 .

なお、径方向とは、タービンロータ中心軸方向(以下、軸方向という。)に垂直な方向である。径方向外側とは、径方向で、かつタービンロータ中心軸から離れる側をいう。 Note that the radial direction is a direction perpendicular to the direction of the central axis of the turbine rotor (hereinafter referred to as the axial direction). The radially outer side refers to the side in the radial direction and away from the central axis of the turbine rotor.

空間223に放出された蒸気は、外部ケーシング230などによって流れが転向され、最終的に蒸気タービンの下方に設置された復水器に導かれる。 The steam released into the space 223 is redirected by the outer casing 230 or the like, and finally guided to a condenser installed below the steam turbine.

このような低圧タービン200において、排気室内での圧力損失(静圧損失)を低減するためには、環状ディフューザ222で流れを減速させ、十分に静圧を回復させることが重要である。 In such a low-pressure turbine 200, in order to reduce the pressure loss (static pressure loss) in the exhaust chamber, it is important to decelerate the flow with the annular diffuser 222 and sufficiently recover the static pressure.

このような従来の低圧タービン200の排気室では、フード損失を低減するために、スチームガイド220の入口における流れの剥離を抑制することに重点が置かれていた。また、従来の排気室では、スチームガイド220の下流端の径方向外側に向かう広がりを周方向に不均一とすることでフード損失の低減を図っていた。 In such a conventional low-pressure turbine 200 exhaust chamber, emphasis has been placed on suppressing flow separation at the inlet of the steam guide 220 in order to reduce hood loss. Further, in the conventional exhaust chamber, the hood loss is reduced by making the radially outward expansion of the downstream end of the steam guide 220 uneven in the circumferential direction.

特開2010-216321号公報JP 2010-216321 A 特開2018-115581号公報JP 2018-115581 A

上記したように、従来の低圧タービン200の排気室では、環状ディフューザ222内における圧力損失を低減することが主に検討されている。 As described above, in the exhaust chamber of the conventional low-pressure turbine 200, reduction of pressure loss within the annular diffuser 222 is mainly considered.

ここで、図6に示すように、環状ディフューザ222の出口224は、スチームガイド220の出口端220aと、この出口端220aから軸方向の外部ケーシング230における側壁231の内面231aとの間の幅を有して周方向に亘って形成される通路で構成される。なお、周方向とは、タービンロータ中心軸を中心する周方向を意味する。 Here, as shown in FIG. 6, the outlet 224 of the annular diffuser 222 defines the width between the outlet end 220a of the steam guide 220 and the inner surface 231a of the side wall 231 in the outer casing 230 in the axial direction from the outlet end 220a. It is composed of passages that are formed along the circumferential direction. Note that the circumferential direction means the circumferential direction around the center axis of the turbine rotor.

また、上半側の空間223において、環状ディフューザ222の出口224を流出した蒸気の流れは、図6に示すように、径方向から軸方向にほぼ90度転向される。そして、転向された蒸気は、通路225を通過する。 Also, in the upper half space 223, the flow of steam that has flowed out of the outlet 224 of the annular diffuser 222 is turned from the radial direction to the axial direction by approximately 90 degrees, as shown in FIG. The diverted steam then passes through passageway 225 .

この通路225は、スチームガイド220の出口端220aと、この出口端220aから径方向外側の外部ケーシング230における上壁232の内面232aとの間の幅を有して周方向に形成される通路である。 The passage 225 is formed in the circumferential direction with a width between the outlet end 220a of the steam guide 220 and the inner surface 232a of the upper wall 232 of the outer casing 230 radially outward from the outlet end 220a. be.

ここで、スチームガイド220の出口端220aにおける接線は、軸方向に対して角度αを有している。なお、この接線は、図6に示すように、出口端220aにおけるスチームガイド220の内面(環状ディフューザ222側の面)での接線である。 Here, the tangent at the outlet end 220a of the steam guide 220 has an angle α with respect to the axial direction. This tangent line is a tangent line to the inner surface of the steam guide 220 (the surface on the annular diffuser 222 side) at the outlet end 220a, as shown in FIG.

環状ディフューザ222の出口224において、十分に静圧が回復されていても、出口224の通路面積よりも通路225の通路面積が小さい場合には、流れは加速される。これによって圧力損失が増加する。 Even if sufficient static pressure is restored at the outlet 224 of the annular diffuser 222, if the passage area of the passage 225 is smaller than the passage area of the outlet 224, the flow will be accelerated. This increases the pressure loss.

また、出口224の通路面積よりも通路225の通路面積が大きい場合には、軸方向へ転向された流れは、径方向外側に偏る。そして、径方向外側に高速領域が形成され、この高速領域よりも内周側に低速領域が形成される。これによって、図6に示すように、通路225を通過したが流れが通路225側に逆流する流れ場が形成される。この逆流240によって、復水器側に向かって蒸気がスムーズに流れにくくなる。そして、圧力損失が増加してフード損失は増加する。 Also, when the passage area of the passage 225 is larger than the passage area of the outlet 224, the flow deflected in the axial direction is biased radially outward. A high-speed region is formed on the radially outer side, and a low-speed region is formed on the inner peripheral side of the high-speed region. As a result, as shown in FIG. 6, a flow field is formed in which the flow passes through the passage 225 but reverses to the passage 225 side. This reverse flow 240 makes it difficult for the steam to flow smoothly toward the condenser. Then, the pressure loss increases and the hood loss increases.

また、角度αが小さい場合に、軸方向へ転向された流れの径方向外側への偏流が顕著になり、逆流240による圧力損失が増加する。 Also, when the angle α is small, the radially outward drift of the flow deflected in the axial direction becomes pronounced, and the pressure loss due to the reverse flow 240 increases.

本発明が解決しようとする課題は、環状ディフューザよりも下流における流れの圧力損失を低減することができるタービン排気室を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to provide a turbine exhaust chamber that can reduce flow pressure losses downstream of an annular diffuser.

実施形態のタービン排気室は、タービンロータを備える軸流タービンの最終段のタービン段落から流出した作動流体が通過する。タービン排気室は、外側に凸状に湾曲した円弧状の壁部を有する第1のケーシング部および前記第1のケーシング部と接続された筒状の第2のケーシング部を備えるケーシングと、前記ケーシング内における最終段のタービン段落の下流側に設けられ、筒状のガイドおよび前記ガイドの内側に設けられた筒状のコーンを有し、最終段のタービン段落を通過した作動流体を径方向外側に向かって排出する環状ディフューザとを備える。 The turbine exhaust chamber of the embodiment passes the working fluid that has flowed out from the final turbine stage of the axial flow turbine including the turbine rotor. The turbine exhaust chamber includes a casing comprising: a first casing portion having an arcuate wall portion curved outwardly; and a tubular second casing portion connected to the first casing portion; provided on the downstream side of the final-stage turbine stage in the interior, has a cylindrical guide and a cylindrical cone provided inside the guide, and directs the working fluid that has passed through the final-stage turbine stage radially outward. and an annular diffuser that discharges towards.

前記タービンロータの中心軸に垂直な断面で、かつ前記第1のケーシング部と前記第2のケーシング部の2つの接合点のそれぞれと、前記タービンロータの中心軸とを結ぶ2本の仮想直線を含む前記第1のケーシング部側の領域において、周方向に形成され、前記ガイドの出口端を含んで構成される前記環状ディフューザの出口の通路面積をS1とし、前記ガイドの出口端と、当該出口端から径方向の前記第1のケーシング部の内面との間の幅を有して周方向に形成される通路の通路面積をS2としたとき、S1に対するS2の割合(S2/S1)が0.8以上1.6以下であり、かつ前記ガイドの出口端における接線の前記タービンロータの中心軸方向に対する角度が45度以上120度以下であり、前記ガイドの出口端と前記第1のケーシング部の内面との間に形成される前記通路よりも作動流体の流れ方向の下流側において、前記ガイドの前記環状ディフューザ側とは異なる前記ガイドの外側に前記通路を通過した作動流体が流動可能な空間が形成されている

Two imaginary straight lines connecting the two joint points of the first casing portion and the second casing portion and the central axis of the turbine rotor in a cross section perpendicular to the central axis of the turbine rotor. S1 is the passage area of the outlet of the annular diffuser formed in the circumferential direction and configured to include the outlet end of the guide, and When the passage area of the passage formed in the circumferential direction having a width between the end and the inner surface of the first casing portion in the radial direction is S2, the ratio of S2 to S1 (S2/S1) is 0. .8 or more and 1.6 or less, and the angle of the tangent line at the outlet end of the guide with respect to the central axis direction of the turbine rotor is 45 degrees or more and 120 degrees or less , and the outlet end of the guide and the first casing portion A space in which the working fluid that has passed through the passage can flow to the outside of the guide, which is different from the annular diffuser side of the guide, on the downstream side in the flow direction of the working fluid from the passage formed between the inner surface of the is formed .

実施の形態の排気室を備える蒸気タービンの鉛直方向の子午断面を示す図である。1 is a view showing a vertical meridional section of a steam turbine having an exhaust chamber according to an embodiment; FIG. 実施の形態の排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。It is a figure which shows the meridian cross section of the vertical direction of the exhaust chamber of embodiment. 図2のA-A断面を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing the AA section of FIG. 2; スチームガイドの出口端における接線の軸方向に対する角度とフード損失との関係を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the angle of the tangential line at the outlet end of the steam guide with respect to the axial direction and the hood loss. 環状通路および環状ディフューザの出口における通路面積の比(S2/S1)とフード損失との関係を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the passage area ratio (S2/S1) at the outlet of the annular passage and the annular diffuser and the hood loss. 従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンの鉛直方向の子午断面を示す図である。1 is a view showing a vertical meridional section of a conventional double-flow exhaust type low-pressure turbine provided with a downward exhaust type exhaust chamber; FIG.

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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、実施の形態の排気室30を備える蒸気タービン1の鉛直方向の子午断面を示す図である。なお、ここでは、軸流タービンとして蒸気タービンを例示する。また、蒸気タービンとして、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明する。そのため、以下の実施の形態では、作動流体は蒸気である。 FIG. 1 is a view showing a vertical meridional section of a steam turbine 1 having an exhaust chamber 30 according to the embodiment. Here, a steam turbine is exemplified as the axial flow turbine. Also, as the steam turbine, a double-flow exhaust type low-pressure turbine having a downward exhaust type exhaust chamber will be exemplified and explained. Therefore, in the following embodiments, the working fluid is steam.

図1に示すように、蒸気タービン1において、外部ケーシング10内には、内部ケーシング11が備えられている。内部ケーシング11内には、タービンロータ12が貫設されている。このタービンロータ12には、周方向に亘って径方向外側に突出するロータディスク13が形成されている。このロータディスク13は、軸方向(タービンロータ中心軸方向)に複数段形成されている。 As shown in FIG. 1 , in the steam turbine 1 , an inner casing 11 is provided inside an outer casing 10 . A turbine rotor 12 extends through the inner casing 11 . The turbine rotor 12 is formed with a rotor disk 13 protruding radially outward along the circumferential direction. The rotor disk 13 is formed in multiple stages in the axial direction (turbine rotor central axis direction).

タービンロータ12のロータディスク13には、周方向に複数の動翼14が植設され、動翼翼列を構成している。この動翼翼列は、軸方向に複数段備えられている。タービンロータ12は、ロータ軸受15によって回転可能に支持されている。 A rotor disk 13 of the turbine rotor 12 has a plurality of rotor blades 14 implanted in the circumferential direction to form a rotor blade cascade. This moving blade cascade is provided in a plurality of stages in the axial direction. The turbine rotor 12 is rotatably supported by rotor bearings 15 .

内部ケーシング11の内側には、ダイアフラム外輪16とダイアフラム内輪17とが設けられている。ダイアフラム外輪16とダイアフラム内輪17との間には、周方向に複数の静翼18が配設され、静翼翼列を構成している。 A diaphragm outer ring 16 and a diaphragm inner ring 17 are provided inside the inner casing 11 . Between the diaphragm outer ring 16 and the diaphragm inner ring 17, a plurality of stator vanes 18 are arranged in the circumferential direction to form a stator vane cascade.

この静翼翼列は、軸方向に動翼翼列と交互になるように配置されている。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。なお、ここでは、最終段のタービン段落(以下、最終タービン段落という。)に設けられた動翼を最終段動翼14aとして示している。最終タービン段落は、排気室30に流入する前に通過する最終のタービン段落である。 The stator blade cascades are arranged so as to alternate with the rotor blade cascades in the axial direction. A single turbine stage is composed of a stator blade cascade and a rotor blade cascade immediately downstream of the stator blade cascade. Here, the rotor blade provided in the final stage turbine stage (hereinafter referred to as the final turbine stage) is shown as the final stage rotor blade 14a. The final turbine stage is the final turbine stage through which it passes before entering the exhaust chamber 30 .

蒸気タービン1の中央には、クロスオーバー管19からの蒸気が導入される吸気室20を備えている。この吸気室20から左右のタービン段落に蒸気を分配して導入する。 The center of the steam turbine 1 is provided with an intake chamber 20 into which steam from the crossover pipe 19 is introduced. Steam is distributed and introduced from the intake chamber 20 to the left and right turbine stages.

次に、最終タービン段落を通過した蒸気が流入する排気室30について説明する。この排気室30は、タービン排気室として機能する。 Next, the exhaust chamber 30 into which the steam that has passed through the final turbine stage flows will be described. This exhaust chamber 30 functions as a turbine exhaust chamber.

図2は、実施の形態の排気室30の鉛直方向の子午断面を示す図である。図3は、図2のA-A断面を示す断面図である。この図3は、タービンロータ中心軸O(以下、中心軸Oという。)に垂直な排気室30の断面をスチームガイド60の下流側から見たときの断面図である。なお、図3では、便宜上、構成の一部を省略して示している。 FIG. 2 is a view showing a vertical meridional section of the exhaust chamber 30 of the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. 3 is a cross-sectional view of the exhaust chamber 30 perpendicular to the turbine rotor central axis O (hereinafter referred to as the central axis O) viewed from the downstream side of the steam guide 60. FIG. In addition, in FIG. 3, for convenience, a part of the configuration is omitted.

排気室30は、図2に示すように、排気室30の外郭を構成するケーシング40を備える。なお、ここでは、ケーシング40は、図1に示した蒸気タービン1の外部ケーシング10としても機能している。そこで、以下、ケーシング40を外部ケーシング10として説明する。 The exhaust chamber 30 includes a casing 40 forming an outer shell of the exhaust chamber 30, as shown in FIG. Here, the casing 40 also functions as the outer casing 10 of the steam turbine 1 shown in FIG. Therefore, hereinafter, the casing 40 will be described as the outer casing 10 .

排気室30の外郭を構成する外部ケーシング10は、図3に示す断面において、外側に凸状に湾曲した円弧状の壁部を有する円弧状ケーシング部41と、この円弧状ケーシング部41と接続された筒状ケーシング部42を備える。なお、円弧状ケーシング部41は、第1のケーシング部として機能し、筒状ケーシング部42は、第2のケーシング部として機能する。 The outer casing 10, which forms the outer shell of the exhaust chamber 30, has an arc-shaped casing portion 41 having an arc-shaped wall portion that is convexly curved outward in the cross section shown in FIG. A cylindrical casing portion 42 is provided. The arcuate casing portion 41 functions as a first casing portion, and the cylindrical casing portion 42 functions as a second casing portion.

ここでは、円弧状ケーシング部41は、上に凸状に湾曲する円弧状の壁部を有する。また、筒状ケーシング部42は、円弧状ケーシング部41の下方に接続されている。 Here, the arcuate casing portion 41 has an arcuate wall portion that curves upward. Further, the tubular casing portion 42 is connected to the lower portion of the arcuate casing portion 41 .

なお、図3に示す断面において、円弧状ケーシング部41の形状は、中心軸Oを中心とした円弧に限られない。円弧状ケーシング部41は、図3に示すように、一部が直線状となっていてもよい。 In addition, in the cross section shown in FIG. 3 , the shape of the arcuate casing portion 41 is not limited to an arc around the central axis O. A portion of the arcuate casing portion 41 may be linear as shown in FIG.

ここで、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接続部を図3に示す断面において接続点43、44とする。なお、接続点43、44は接合点として機能する。 Here, connecting portions between the arc-shaped casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 are defined as connecting points 43 and 44 in the cross section shown in FIG. Note that the connection points 43 and 44 function as junction points.

円弧状ケーシング部41の断面形状は、外側に凸状に湾曲した円弧形状である。円弧状ケーシング部41は、この断面形状が中心軸Oに沿った方向(紙面に垂直な方向)に延設された形体である。 The cross-sectional shape of the arcuate casing portion 41 is an arcuate curved outwardly. The arcuate casing portion 41 has a cross-sectional shape that extends in the direction along the central axis O (the direction perpendicular to the paper surface).

筒状ケーシング部42は、径方向の端部が開口した筒体である。図3に示す断面において、筒状ケーシング部42の2つの側壁42a、42bは、例えば、鉛直方向に直線状に伸びている。筒状ケーシング部42は、図3に示す断面形状が中心軸Oに沿った方向(紙面に垂直な方向)に延設された形体である。筒状ケーシング部42を構成する筒体は、円弧状ケーシング部41側の面およびこの円弧状ケーシング部41側の面に対向する面が開口された直方体や立方体などの箱体である。 The tubular casing portion 42 is a tubular body with an open radial end. In the cross section shown in FIG. 3, the two side walls 42a, 42b of the cylindrical casing portion 42 extend linearly in the vertical direction, for example. The tubular casing portion 42 has a shape in which the cross-sectional shape shown in FIG. 3 extends in the direction along the central axis O (the direction perpendicular to the paper surface). The cylinder constituting the cylindrical casing portion 42 is a box such as a rectangular parallelepiped or a cube having an open surface on the side of the arcuate casing portion 41 and a surface facing the surface on the side of the arcuate casing portion 41 .

なお、円弧状ケーシング部41および筒状ケーシング部42の軸方向の両端は、壁部によって閉じられている。 Both axial ends of the arcuate casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 are closed by walls.

ここで、図3に示す断面において、接続点43と中心軸Oとを結ぶ仮想直線を仮想直線L1といい、接続点44と中心軸Oとを結ぶ仮想直線を仮想直線L2という。 Here, in the cross section shown in FIG. 3, a virtual straight line connecting the connection point 43 and the central axis O is called a virtual straight line L1, and a virtual straight line connecting the connection point 44 and the central axis O is called a virtual straight line L2.

なお、接続点43および接続点44とは、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接合部の内面側(外部ケーシング10の内面側)の端点である。 The connection point 43 and the connection point 44 are end points on the inner surface side (the inner surface side of the outer casing 10) of the joint portion between the arc-shaped casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42. As shown in FIG.

図3に示すように、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接続点43、44は、例えば、中心軸Oを通る水平直線よりも円弧状ケーシング部41側に位置している。ここでは、接続点43、44は、中心軸Oを通る水平直線よりも上方側に位置している。 As shown in FIG. 3, connection points 43 and 44 between the arcuate casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 are located on the arcuate casing portion 41 side of the horizontal straight line passing through the central axis O, for example. Here, the connection points 43 and 44 are located above the horizontal straight line passing through the central axis O. As shown in FIG.

そのため、図3に示す断面において、仮想直線L1および仮想直線L2は、中心軸Oから円弧状ケーシング部41側に傾いて伸びている。すなわち、仮想直線L1は、中心軸Oから接続点43側(図3において左側)に延びる水平直線を中心軸Oを中心に時計回りに所定の角度回転させた直線である。仮想直線L2は、中心軸Oから接続点44側(図3において右側)に延びる水平直線を中心軸Oを中心に反時計回りに所定の角度回転させた直線である。 Therefore, in the cross section shown in FIG. 3, the virtual straight line L1 and the virtual straight line L2 extend obliquely from the central axis O toward the arcuate casing portion 41 side. That is, the imaginary straight line L1 is a straight line obtained by rotating a horizontal straight line extending from the central axis O toward the connection point 43 (left side in FIG. 3) around the central axis O by a predetermined angle. The imaginary straight line L2 is a straight line obtained by rotating a horizontal straight line extending from the central axis O toward the connection point 44 (right side in FIG. 3) counterclockwise about the central axis O by a predetermined angle.

ここで、仮想直線L1および仮想直線L2を含む円弧状ケーシング部41側の領域を便宜上、円弧状ケーシング部側領域という。 Here, for the sake of convenience, the area on the side of the arcuate casing portion 41 that includes the virtual straight lines L1 and L2 will be referred to as the area on the side of the arcuate casing portion.

排気室30は、図2に示すように、最終タービン段落を通過した蒸気が流入する環状ディフューザ50と、環状ディフューザ50から排出された蒸気を排気室30の出口31に導く排気通路80とを備える。なお、排気室30の出口31は、例えば、開口としても、複数の開口部を有する平板部材で構成されてもよい。 As shown in FIG. 2, the exhaust chamber 30 includes an annular diffuser 50 into which the steam that has passed through the final turbine stage flows, and an exhaust passage 80 that guides the steam discharged from the annular diffuser 50 to the outlet 31 of the exhaust chamber 30. . Note that the outlet 31 of the exhaust chamber 30 may be, for example, an opening or may be configured by a flat plate member having a plurality of openings.

なお、排気室30の出口31の下流側には、例えば、復水器(図示しない)が備えられる。ここで示した実施の形態では、排気室30の出口31の下方に、例えば、復水器(図示しない)が備えられる。 A condenser (not shown), for example, is provided downstream of the outlet 31 of the exhaust chamber 30 . In the embodiment shown here, below the outlet 31 of the exhaust chamber 30, for example, a condenser (not shown) is provided.

環状ディフューザ50は、最終タービン段落を通過した蒸気を径方向外側に向かって排出する。環状ディフューザ50は、筒状のスチームガイド60およびこのスチームガイド60の内側に設けられた筒状のベアリングコーン70によって形成された環状の通路である。すなわち、環状ディフューザ50は、スチームガイド60とベアリングコーン70との間に形成される環状の流路である。なお、スチームガイド60は、ガイドとして機能し、ベアリングコーン70は、コーンとして機能する。 The annular diffuser 50 discharges steam that has passed through the final turbine stage radially outward. The annular diffuser 50 is an annular passage formed by a tubular steam guide 60 and a tubular bearing cone 70 provided inside the steam guide 60 . That is, the annular diffuser 50 is an annular channel formed between the steam guide 60 and the bearing cone 70 . The steam guide 60 functions as a guide, and the bearing cone 70 functions as a cone.

ベアリングコーン70の上流端70aは、最終段動翼14aが植設されたロータディスク13よりも若干下流側に位置する。ベアリングコーン70は、下流に行くに伴って径方向外側に湾曲する。すなわち、ベアリングコーン70は、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状に構成されている。ベアリングコーン70の下流端70bは、外部ケーシング10の下流壁45に接している。なお、ベアリングコーン70の内部には、例えば、ロータ軸受15などが配置されている。 An upstream end 70a of the bearing cone 70 is positioned slightly downstream of the rotor disk 13 in which the final stage rotor blade 14a is implanted. The bearing cone 70 curves radially outward as it goes downstream. That is, the bearing cone 70 is formed in an enlarged tubular shape that expands like a trumpet toward the downstream side. A downstream end 70 b of the bearing cone 70 abuts the downstream wall 45 of the outer casing 10 . For example, the rotor bearing 15 is arranged inside the bearing cone 70 .

ここで、スチームガイド60、ベアリングコーン70は、上下に2つ割り構造で構成されている。スチームガイド60、ベアリングコーン70は、例えば、中心軸Oを含む水平面で上下に2分割されている。 Here, the steam guide 60 and the bearing cone 70 are configured in a vertically split structure. The steam guide 60 and the bearing cone 70 are divided into upper and lower halves on a horizontal plane including the central axis O, for example.

例えば、上半側スチームガイドおよび下半側スチームガイドによって筒状のスチームガイド60が構成される。同様に、上半側ベアリングコーンおよび下半側ベアリングコーンによって筒状のベアリングコーン70が構成される。 For example, a cylindrical steam guide 60 is composed of an upper half steam guide and a lower half steam guide. Similarly, a cylindrical bearing cone 70 is composed of the upper half bearing cone and the lower half bearing cone.

なお、上半側スチームガイドおよび下半側スチームガイドは、例えば、同じ形状で構成される。上半側ベアリングコーンおよび下半側ベアリングコーンは、例えば、同じ形状で構成される。 The upper half steam guide and the lower half steam guide are, for example, configured with the same shape. The upper half side bearing cone and the lower half side bearing cone are configured with the same shape, for example.

スチームガイド60の上流端60aは、最終段動翼14aを包囲するダイアフラム外輪16の下流端16aに接続されている。スチームガイド60は、下流に行くに伴って径方向外側に湾曲する。 An upstream end 60a of the steam guide 60 is connected to a downstream end 16a of the diaphragm outer ring 16 surrounding the last stage rotor blade 14a. The steam guide 60 curves radially outward as it goes downstream.

すなわち、スチームガイド60は、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状に構成されている。換言すると、スチームガイド60は、タービン排気方向でかつ軸方向に行くに伴い、径方向外側に広がりながらラッパ状に拡大する。 That is, the steam guide 60 is configured in an enlarged tubular shape that expands toward the downstream side like a trumpet. In other words, the steam guide 60 expands in a trumpet shape while expanding radially outward as it goes in the turbine exhaust direction and in the axial direction.

スチームガイド60の出口端60bにおける接線Mの軸方向に対する角度θは、45度以上に設定される。ここで、角度θを具体的に説明する。出口端60bの内周側(環状ディフューザ50としての通路側)の端部を内周端部60cとする。 The angle θ of the tangent line M at the outlet end 60b of the steam guide 60 with respect to the axial direction is set to 45 degrees or more. Here, the angle θ will be specifically described. An end portion on the inner peripheral side (passage side as the annular diffuser 50) of the outlet end 60b is defined as an inner peripheral end portion 60c.

また、内周端部60cから下流壁45側へ延びる水平線をNとし、内周端部60cにおける接線をMとする。なお、換言すると、水平線Nは、軸方向に延びる線である。この場合、角度θは、水平線Nから接線Mまでの反時計回りの角度である。 Further, let N be a horizontal line extending from the inner peripheral end 60c toward the downstream wall 45 side, and let M be a tangent to the inner peripheral end 60c. In other words, the horizontal line N is a line extending in the axial direction. In this case, the angle θ is the counterclockwise angle from the horizontal line N to the tangent line M.

スチームガイド60の出口端60bは、例えば、周方向に亘って角度θを有して形成されている。 The outlet end 60b of the steam guide 60 is formed, for example, with an angle θ in the circumferential direction.

ここで、図3に示すように、円弧状ケーシング部側領域において、スチームガイド60の出口端60bと、この出口端60bから径方向の外部ケーシング10の内面46との間の幅W1を有して周方向に形成される通路を通路90とする。なお、図3では、通路90は、一点鎖線の斜線で示されている。 Here, as shown in FIG. 3, in the arcuate casing portion side region, there is a width W1 between the outlet end 60b of the steam guide 60 and the inner surface 46 of the outer casing 10 in the radial direction from the outlet end 60b. A passage 90 is formed in the circumferential direction. In addition, in FIG. 3, the passage 90 is indicated by a dashed-dotted line.

通路90は、図3に示すように、スチームガイド60の出口端60bと外部ケーシング10の内面46との間に周方向に形成される略環状の通路の一部で構成される。 As shown in FIG. 3, the passageway 90 is a portion of a substantially annular passageway circumferentially formed between the outlet end 60b of the steam guide 60 and the inner surface 46 of the outer casing 10. As shown in FIG.

なお、円弧状ケーシング部側領域において、図3に示すように、円弧状ケーシング部41の一部が直線状となっている場合、幅W1は、周方向位置によって異なることがある。 In addition, in the arc-shaped casing portion side region, as shown in FIG. 3, when a part of the arc-shaped casing portion 41 is linear, the width W1 may vary depending on the position in the circumferential direction.

ここで、角度θを45度以上に設定することで、円弧状ケーシング部側領域において、環状ディフューザ50を通過した後の通路90側への流れの転向は、スムーズに行われる。これによって、排気通路80における圧力損失(フード損失)を低減することができる。 Here, by setting the angle θ to 45 degrees or more, the flow is smoothly diverted to the passage 90 side after passing through the annular diffuser 50 in the arc-shaped casing portion side region. Thereby, the pressure loss (hood loss) in the exhaust passage 80 can be reduced.

また、角度θを周方向に亘って45度以上に設定することで、円弧状ケーシング部側領域の他の領域においても、環状ディフューザ50を通過した後の通路90側への流れの転向は、スムーズに行われる。なお、円弧状ケーシング部側領域の他の領域とは、仮想直線L1および仮想直線L2よりも下方の領域である。 Further, by setting the angle θ to 45 degrees or more in the circumferential direction, the direction of the flow toward the passage 90 after passing through the annular diffuser 50 is done smoothly. The area other than the arc-shaped casing side area is an area below the virtual straight lines L1 and L2.

ここで、角度θを45度より大きく設定することは、環状ディフューザ50の出口から流出する際、軸方向の速度成分を小さくする。これによって、環状ディフューザ50を通過した後の通路90側への流れの転向をよりスムーズに行うことができる。この観点から、角度θは、70度以上に設定されることがより好ましい。 Here, setting the angle .theta. As a result, it is possible to smoothly turn the flow toward the passage 90 after passing through the annular diffuser 50 . From this point of view, it is more preferable to set the angle θ to 70 degrees or more.

角度θが90度を越えるときには、スチームガイド60の出口端60b側は、外部ケーシング10の下流壁45側とは逆側に反り返る。スチームガイド60において角度θが90度を越える部位では、スチームガイド60に流れを完全に沿わせることは難しい。しかしながら、スチームガイド60の出口端60bの形状は、環状ディフューザ50の出口51から通路90への流れに沿った形状である。そのため、角度θが90度を越えることは、圧力損失を増大する要因とはならない。 When the angle θ exceeds 90 degrees, the outlet end 60b side of the steam guide 60 warps to the side opposite to the downstream wall 45 side of the outer casing 10 . At a portion where the angle θ exceeds 90 degrees in the steam guide 60, it is difficult to make the flow flow along the steam guide 60 completely. However, the shape of the outlet end 60 b of the steam guide 60 follows the flow from the outlet 51 of the annular diffuser 50 to the passage 90 . Therefore, an angle θ exceeding 90 degrees does not cause an increase in pressure loss.

しかしながら、製作上の観点から、角度θの上限を120度程度とすることが好ましい。なお、角度θを120度を超える範囲に設定しても、さらなる圧力損失を低減する効果は得られない。 However, from the viewpoint of manufacturing, it is preferable to set the upper limit of the angle θ to about 120 degrees. Even if the angle θ is set in a range exceeding 120 degrees, the effect of further reducing the pressure loss cannot be obtained.

そこで、角度θは、45度以上120度以下に設定されることが好ましい。また、角度θは、60度以上100度以下に設定されることがより好ましい。さらに、角度θは、70度以上90度以下に設定されることがさらに好ましい。 Therefore, it is preferable that the angle θ is set to 45 degrees or more and 120 degrees or less. Further, it is more preferable that the angle θ is set to be 60 degrees or more and 100 degrees or less. Furthermore, it is more preferable that the angle θ is set to 70 degrees or more and 90 degrees or less.

ここで、円弧状ケーシング部側領域において、周方向に形成される環状ディフューザ50の出口51の通路面積をS1とし、通路90の通路面積をS2とする。 Here, in the arc-shaped casing portion side region, the passage area of the outlet 51 of the annular diffuser 50 formed in the circumferential direction is set to S1, and the passage area of the passage 90 is set to S2.

環状ディフューザ50の出口51は、例えば、図2に示すように、スチームガイド60の出口端60bの内周端部60cと、この内周端部60cから軸方向の外部ケーシング10の下流壁45の内面45aとの間の幅W2を有して周方向に亘って形成される通路で構成される。すなわち、出口51における通路の形状は、円筒側面の形状となる。 The outlet 51 of the annular diffuser 50 is, for example, as shown in FIG. It is composed of a passage formed along the circumferential direction with a width W2 between itself and the inner surface 45a. That is, the shape of the passage at the outlet 51 is the shape of a cylindrical side surface.

ここで、図2においては、環状ディフューザ50の出口51が、スチームガイド60の内周端部60cと、下流壁45の内面45aとの間に形成される一例を示している。例えば、ベアリングコーン70の下流端70bがスチームガイド60の内周端部60cと同一水平面上まで延設されている場合には、環状ディフューザ50の出口51は、内周端部60cと、ベアリングコーン70の下流端70bの内面(環状ディフューザ50としての通路側)との間に形成される。 Here, FIG. 2 shows an example in which the outlet 51 of the annular diffuser 50 is formed between the inner peripheral end 60c of the steam guide 60 and the inner surface 45a of the downstream wall 45. As shown in FIG. For example, when the downstream end 70b of the bearing cone 70 extends up to the same horizontal plane as the inner peripheral end 60c of the steam guide 60, the outlet 51 of the annular diffuser 50 includes the inner peripheral end 60c and the bearing cone. It is formed between the inner surface of the downstream end 70b of 70 (passage side as the annular diffuser 50).

この場合、環状ディフューザ50の出口51は、内周端部60cと、この内周端部60cから軸方向のベアリングコーン70の下流端70bの内面との間の幅W2を有して周方向に亘って形成される通路で構成される。 In this case, the outlet 51 of the annular diffuser 50 extends circumferentially with a width W2 between the inner peripheral edge 60c and the inner surface of the downstream end 70b of the bearing cone 70 axially from the inner peripheral edge 60c. It consists of a passageway formed through it.

上記した通路面積S1は、周方向に形成される出口51のうち、円弧状ケーシング部側領域に位置する出口51の通路面積である。なお、図3に示す断面において、仮想直線L1とスチームガイド60の出口端60bとが交わる点をPとし、仮想直線L2とスチームガイド60の出口端60bとが交わる点をQとしたとき、円弧PQ(円弧状ケーシング部41側の円弧)が円弧状ケーシング部側領域における出口51となる。 The above-described passage area S1 is the passage area of the outlet 51 located in the arc-shaped casing portion side region among the outlets 51 formed in the circumferential direction. In the cross section shown in FIG. 3, when the point where the imaginary straight line L1 and the outlet end 60b of the steam guide 60 intersect is P, and the point where the imaginary straight line L2 and the outlet end 60b of the steam guide 60 intersect is Q, a circular arc PQ (the arc on the side of the arcuate casing portion 41) is the outlet 51 in the area on the side of the arcuate casing portion.

円弧状ケーシング部側領域において、通路90および環状ディフューザ50の出口51は、通路面積S1に対する通路面積S2の割合(S2/S1)が0.8以上1.6以下になるように設定されている。 In the arc-shaped casing portion side region, the passage 90 and the outlet 51 of the annular diffuser 50 are set so that the ratio (S2/S1) of the passage area S2 to the passage area S1 is 0.8 or more and 1.6 or less. .

ここで、円弧状ケーシング部側領域において、出口51から流出して通路90側へ転向された蒸気は、径方向外側に偏って流れる。すなわち、通路90側へ向かう流れの主流は、円弧状ケーシング部41の内面46側に偏る。この偏流によって、径方向外側の蒸気流量が多くなる。 Here, in the arc-shaped casing portion side region, the steam flowing out from the outlet 51 and turned toward the passage 90 flows biased radially outward. That is, the main stream of the flow toward the passage 90 side is biased toward the inner surface 46 side of the arcuate casing portion 41 . This drift increases the flow rate of steam on the radially outer side.

そのため、S2/S1が1.0未満であっても0.8以上であれば、絞りの作用は働かず、転向した流れは、通路90において著しく加速されることはない。これによって、S2/S1が1未満であっても0.8以上の場合、加速によって生じる圧力損失を抑制できる。 Therefore, even if S2/S1 is less than 1.0, if S2/S1 is greater than or equal to 0.8, the throttling action will not work and the diverted flow will not be significantly accelerated in passage 90. FIG. As a result, even if S2/S1 is less than 1, when it is 0.8 or more, the pressure loss caused by acceleration can be suppressed.

一方、S2/S1が0.8を下回ると、出口51から通路90への通路面積の減少が大きく、転向した流れが加速される。そのため、圧力損失が増加してフード損失は増加する。 On the other hand, when S2/S1 is less than 0.8, the reduction in passage area from outlet 51 to passage 90 is large and the diverted flow is accelerated. Therefore, the pressure loss increases and the hood loss increases.

このことから、S2/S1の下限値は、0.8以上に設定されている。 For this reason, the lower limit of S2/S1 is set to 0.8 or more.

S2/S1が1.0以上の場合、出口51から通路90への通路面積の減少はない。しかしながら、S2/S1が1.6を超えると、径方向外側に偏って流れる、通路90側へ転向された蒸気の流れ場において、内周側(径方向内側)に低速領域が形成される。 When S2/S1 is greater than or equal to 1.0, there is no decrease in passage area from outlet 51 to passage 90. However, when S2/S1 exceeds 1.6, a low-speed region is formed on the inner peripheral side (radially inward) in the flow field of the steam that flows biased radially outward and is diverted to the passage 90 side.

これによって、前述した図6に示した逆流240を形成する流れ場と同様に、通路90を通過した流れが通路90側に逆流する流れ場が形成される。この逆流によって、復水器側に向かって蒸気がスムーズに流れにくくなる。これよって、圧力損失が増加してフード損失は増加する。 As a result, a flow field is formed in which the flow that has passed through the passage 90 flows backward to the passage 90 side, similar to the flow field that forms the reverse flow 240 shown in FIG. This reverse flow makes it difficult for the steam to flow smoothly toward the condenser. As a result, the pressure loss increases and the hood loss increases.

このことから、S2/S1の上限値は、1.6以下に設定されている。 For this reason, the upper limit of S2/S1 is set to 1.6 or less.

したがって、S2/S1は、0.8以上1.6以下に設定されている。ここで、フード損失をより減少させる観点から、この範囲内でもS2/S1は、1.0以上1.2以下に設定されることがより好ましい。 Therefore, S2/S1 is set to 0.8 or more and 1.6 or less. From the viewpoint of further reducing hood loss, S2/S1 is more preferably set to 1.0 or more and 1.2 or less even within this range.

ここで、蒸気タービン1および排気室30にける蒸気の流れについて、図1~図3を参照して説明する。 Here, the flow of steam in the steam turbine 1 and the exhaust chamber 30 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

図1に示すように、クロスオーバー管19を経て蒸気タービン1内の吸気室20に流入した蒸気は、左右のタービン段落に分岐して流れる。そして、各タービン段落の静翼18、動翼14を備える蒸気流路を膨張仕事をしながら通過し、タービンロータ12を回転させる。最終タービン段落を通過した蒸気は、環状ディフューザ50内に流入する。 As shown in FIG. 1 , the steam that has flowed into the intake chamber 20 in the steam turbine 1 via the crossover pipe 19 branches and flows into left and right turbine stages. Then, the steam passes through the steam flow path provided with the stationary blades 18 and moving blades 14 of each turbine stage while performing expansion work, and rotates the turbine rotor 12 . After passing through the final turbine stage, the steam flows into annular diffuser 50 .

図2および図3に示すように、環状ディフューザ50内に流入した蒸気は、その流れ方向が径方向外側に転向されながら出口51に向かって流れる。この際、蒸気の流れは、減速され、静圧が回復される。そして、蒸気は、径方向外側に向かって出口51から排気通路80内に流出する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the steam that has flowed into the annular diffuser 50 flows toward the outlet 51 while its flow direction is turned radially outward. At this time, the steam flow is decelerated and static pressure is restored. Then, the steam flows radially outward from the outlet 51 into the exhaust passage 80 .

ここで、スチームガイド60の出口端60bにおける接線Mの軸方向に対する角度θは、前述した範囲に設定されている。そのため、出口51を流出した作動流体は、スムーズに通路90側へ転向される。これによって、通路90側へ転向される際の圧力損失は、低減される。 Here, the angle θ of the tangent line M at the outlet end 60b of the steam guide 60 with respect to the axial direction is set within the range described above. Therefore, the working fluid flowing out of the outlet 51 is smoothly diverted to the passage 90 side. As a result, the pressure loss when turning to the passage 90 side is reduced.

例えば、円弧状ケーシング部側領域において、出口51から流出した作動流体は、その流れ方向が通路90側へ転向されるとともに、下方に転向される。そして、流れ方向が下方に転向された作動流体は、排気室30の出口31に向かって流れる。 For example, in the arc-shaped casing portion side region, the flow direction of the working fluid that has flowed out from the outlet 51 is turned to the passage 90 side and is turned downward. Then, the working fluid whose flow direction is turned downward flows toward the outlet 31 of the exhaust chamber 30 .

ここで、円弧状ケーシング部側領域において、通路90および環状ディフューザ50の出口51における通路面積の比(S2/S1)は、前述した範囲に設定されている。そのため、流れが加速されることなく、スムーズに流れる。これによって、作動流体が排気通路80を流れる際に生じる圧力損失を抑制できる。さらに、通路90を通過した流れの通路90側への逆流は生じない。 Here, in the arc-shaped casing portion side region, the passage area ratio (S2/S1) between the passage 90 and the outlet 51 of the annular diffuser 50 is set within the range described above. Therefore, the flow smoothly flows without being accelerated. Thereby, the pressure loss that occurs when the working fluid flows through the exhaust passage 80 can be suppressed. Furthermore, the flow that has passed through the passage 90 does not flow back to the passage 90 side.

一方、下半側の出口51から流出した作動流体は、その流れ方向が下方に転向される。そして、流れ方向が下方に転向された作動流体は、排気室30の出口31に向かって流れる。 On the other hand, the flow direction of the working fluid flowing out from the outlet 51 on the lower half side is turned downward. Then, the working fluid whose flow direction is turned downward flows toward the outlet 31 of the exhaust chamber 30 .

排気室30の出口31から排出された作動流体は、例えば、復水器(図示しない)内に流入する。 The working fluid discharged from the outlet 31 of the exhaust chamber 30 flows into, for example, a condenser (not shown).

(フード損失の評価)
図4は、スチームガイド60の出口端60bにおける接線Mの軸方向に対する角度θとフード損失との関係を示した図である。図4において、横軸は角度θであり、縦軸はフード損失を示す。なお、図4に示された結果は、通路90および環状ディフューザ50の出口51における通路面積の比(S2/S1)を1.0として数値解析によって得られた。
(Evaluation of hood loss)
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the angle θ of the tangential line M at the outlet end 60b of the steam guide 60 with respect to the axial direction and the hood loss. In FIG. 4, the horizontal axis represents the angle θ, and the vertical axis represents the hood loss. The results shown in FIG. 4 were obtained by numerical analysis with the passage area ratio (S2/S1) of the passage 90 and the outlet 51 of the annular diffuser 50 set to 1.0.

ここで、円弧状ケーシング部側領域において、環状ディフューザ50の出口51よりも下流において生じるフード損失が、性能上の観点から許容できる最大値となる点を閾値としている。 Here, in the arc-shaped casing portion side region, the threshold value is the point at which the hood loss that occurs downstream of the outlet 51 of the annular diffuser 50 becomes the maximum allowable value from the viewpoint of performance.

図4に示すように、フード損失は、角度θの増加に伴って小さくなる。そして、フード損失は、角度θが45度以上で閾値以下となる。フード損失は、角度θが70度以上でほぼ一定となる。そして、フード損失は、角度θが120度でもその一定の値が維持されている。 As shown in FIG. 4, the hood loss decreases as the angle θ increases. The hood loss becomes equal to or less than the threshold when the angle θ is 45 degrees or more. The hood loss becomes substantially constant when the angle θ is 70 degrees or more. The hood loss is maintained at a constant value even when the angle θ is 120 degrees.

図4に示された結果から、フード損失は、角度θが45度以上において閾値以下の小さな値に抑えられていることがわかる。また、その小さな値は、角度θが120度においても維持されていることがわかる。 From the results shown in FIG. 4, it can be seen that the hood loss is suppressed to a small value below the threshold when the angle θ is 45 degrees or more. Also, it can be seen that the small value is maintained even when the angle θ is 120 degrees.

次に、図5は、通路90および環状ディフューザ50の出口51における通路面積の比(S2/S1)とフード損失との関係を示した図である。図5において、横軸はS2/S1であり、縦軸はフード損失を示す。なお、図5に示された結果は、スチームガイド60の出口端60bにおける接線Mの軸方向に対する角度θを70度として数値解析によって得られた。なお、閾値の定義は、図4における閾値の定義と同じである。 Next, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the passage area ratio (S2/S1) in the passage 90 and the outlet 51 of the annular diffuser 50 and the hood loss. In FIG. 5, the horizontal axis represents S2/S1, and the vertical axis represents hood loss. The results shown in FIG. 5 were obtained by numerical analysis when the angle θ of the tangential line M at the outlet end 60b of the steam guide 60 with respect to the axial direction was 70 degrees. Note that the definition of the threshold is the same as the definition of the threshold in FIG.

図5に示すように、フード損失は、S2/S1の増加に伴って、S2/S1が1.1まで減少し、S2/S1が1.1を超えると緩やかに増加する。フード損失は、S2/S1が0.8以上1.6以下で閾値以下となる。フード損失は、S2/S1が1.0以上1.2以下で小さい値を示している。 As shown in FIG. 5, the hood loss decreases to 1.1 as S2/S1 increases, and gradually increases when S2/S1 exceeds 1.1. The hood loss is equal to or less than the threshold when S2/S1 is 0.8 or more and 1.6 or less. The hood loss shows a small value when S2/S1 is 1.0 or more and 1.2 or less.

図4に示された結果から、フード損失は、S2/S1が0.8以上1.6以下の範囲で閾値以下の小さな値に抑えられていることがわかる。 From the results shown in FIG. 4, it can be seen that the hood loss is suppressed to a small value below the threshold when S2/S1 is in the range of 0.8 to 1.6.

(その他の実施の形態)
上記した実施の形態では、図3の断面に示すように、仮想直線L1および仮想直線L2が中心軸Oから円弧状ケーシング部41側に傾いて伸びる一例を示した。すなわち、上記した実施の形態では、接続点43、44が中心軸Oを通る水平直線よりも上方側に位置する一例を示した。そして、上記した実施の形態では、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接続点43、44が中心軸Oを通る水平直線よりも円弧状ケーシング部41側に位置する一例を示した。
(Other embodiments)
In the embodiment described above, as shown in the cross section of FIG. 3, an example in which the virtual straight line L1 and the virtual straight line L2 extend obliquely from the central axis O toward the arcuate casing portion 41 side has been shown. That is, in the embodiment described above, an example in which the connection points 43 and 44 are positioned above the horizontal straight line passing through the central axis O is shown. In the above-described embodiment, an example is shown in which the connection points 43 and 44 between the arcuate casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 are positioned closer to the arcuate casing portion 41 than the horizontal straight line passing through the central axis O. .

しかしながら、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接続点43、44の位置は、この構成に限られるものではない。 However, the positions of the connection points 43 and 44 between the arcuate casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 are not limited to this configuration.

例えば、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接続点43、44は、中心軸Oを通る水平直線上にあってもよい。この場合、図3に示す断面において、接続点43と中心軸Oとを結ぶ仮想直線L1および接続点44と中心軸Oとを結ぶ仮想直線L2は、それぞれ中心軸Oを通る同一直線上にある。 For example, connection points 43 and 44 between the arcuate casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 may be on a horizontal straight line passing through the central axis O. In this case, in the cross section shown in FIG. 3, an imaginary straight line L1 connecting the connecting point 43 and the central axis O and an imaginary straight line L2 connecting the connecting point 44 and the central axis O are on the same straight line passing through the central axis O. .

また、接続点43、44は、中心軸Oを通る水平直線よりも下方側に位置してもよい。この場合、図3に示す断面において、円弧状ケーシング部41と筒状ケーシング部42との接続点43、44は、中心軸Oを通る水平直線よりも筒状ケーシング部42側に位置している。 Also, the connection points 43 and 44 may be positioned below the horizontal straight line passing through the central axis O. In this case, in the cross section shown in FIG. 3, the connection points 43 and 44 between the arcuate casing portion 41 and the cylindrical casing portion 42 are positioned closer to the cylindrical casing portion 42 than the horizontal straight line passing through the central axis O. .

この場合、図3に示す断面において、仮想直線L1および仮想直線L2は、中心軸Oから筒状ケーシング部42側に傾いて伸びている。すなわち、仮想直線L1は、中心軸Oから接続点43側(図3において左側)に延びる水平直線を中心軸Oを中心に反時計回りに所定の角度回転させた直線となる。仮想直線L2は、中心軸Oから接続点44側(図3において右側)に延びる水平直線を中心軸Oを中心に時計回りに所定の角度回転させた直線となる。 In this case, in the cross section shown in FIG. 3, the virtual straight line L1 and the virtual straight line L2 extend obliquely from the central axis O toward the tubular casing portion 42 side. That is, the imaginary straight line L1 is a straight line obtained by rotating a horizontal straight line extending from the central axis O to the connection point 43 side (left side in FIG. 3) counterclockwise about the central axis O by a predetermined angle. The imaginary straight line L2 is a straight line obtained by rotating a horizontal straight line extending from the central axis O to the connection point 44 side (right side in FIG. 3) clockwise around the central axis O by a predetermined angle.

上記した他の実施の形態においても、円弧状ケーシング部側領域において、前述した通路面積S1に対する通路面積S2の割合(S2/S1)の関係を満たすように構成されている。さらに、スチームガイド60の出口端60bは、前述した角度θを満たすように構成されている。 Also in the other embodiment described above, the arc-shaped casing side region is configured to satisfy the ratio (S2/S1) of the passage area S2 to the passage area S1. Furthermore, the exit end 60b of the steam guide 60 is configured to satisfy the angle θ described above.

なお、上記した実施の形態では、蒸気タービン1として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明したが、本実施の形態は、例えば、単流形の低圧タービンに適用することもできる。また、実施の形態の排気室30は、低圧の蒸気タービンの排気室に限らず、高圧または中圧の蒸気タービンの排気室に適用することができる。 In the above-described embodiment, the steam turbine 1 is described by exemplifying a double-flow exhaust type low-pressure turbine having a downward exhaust type exhaust chamber. It can also be applied to turbines. Further, the exhaust chamber 30 of the embodiment can be applied not only to the exhaust chamber of a low-pressure steam turbine, but also to the exhaust chamber of a high-pressure or intermediate-pressure steam turbine.

以上説明した実施形態によれば、環状ディフューザよりも下流における流れの圧力損失を低減することが可能となる。 According to the embodiments described above, it is possible to reduce the pressure loss of the flow downstream of the annular diffuser.

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。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

10…外部ケーシング、11…内部ケーシング、12…タービンロータ、13…ロータディスク、14…動翼、14a…最終段動翼、15…ロータ軸受、16…ダイアフラム外輪、16a…下流端、17…ダイアフラム内輪、18…静翼、19…クロスオーバー管、20…吸気室、30…排気室、31、51…出口、40…ケーシング、41…円弧状ケーシング部、42…筒状ケーシング部、42a、42b…側壁、43、44…接続点、45…下流壁、45a、46…内面、50…環状ディフューザ、60…スチームガイド、60a、70a…上流端、60b…出口端、60c…内周端部、70…ベアリングコーン、70b…下流端、80…排気通路、90…環状通路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Outer casing, 11... Inner casing, 12... Turbine rotor, 13... Rotor disk, 14... Moving blade, 14a... Last-stage moving blade, 15... Rotor bearing, 16... Diaphragm outer ring, 16a... Downstream end, 17... Diaphragm Inner ring 18 Stator vane 19 Crossover pipe 20 Intake chamber 30 Exhaust chamber 31, 51 Outlet 40 Casing 41 Circular casing 42 Cylindrical casing 42a, 42b Side wall 43, 44 Connection point 45 Downstream wall 45a, 46 Inner surface 50 Annular diffuser 60 Steam guide 60a, 70a Upstream end 60b Outlet end 60c Inner peripheral end 70... Bearing cone, 70b... Downstream end, 80... Exhaust passage, 90... Annular passage.

Claims (1)

タービンロータを備える軸流タービンの最終段のタービン段落から流出した作動流体が通過するタービン排気室であって、
外側に凸状に湾曲した円弧状の壁部を有する第1のケーシング部および前記第1のケーシング部と接続された筒状の第2のケーシング部を備えるケーシングと、
前記ケーシング内における最終段のタービン段落の下流側に設けられ、筒状のガイドおよび前記ガイドの内側に設けられた筒状のコーンを有し、最終段のタービン段落を通過した作動流体を径方向外側に向かって排出する環状ディフューザと
を備え、
前記タービンロータの中心軸に垂直な断面で、かつ前記第1のケーシング部と前記第2のケーシング部の2つの接合点のそれぞれと、前記タービンロータの中心軸とを結ぶ2本の仮想直線を含む前記第1のケーシング部側の領域において、
周方向に形成され、前記ガイドの出口端を含んで構成される前記環状ディフューザの出口の通路面積をS1とし、
前記ガイドの出口端と、当該出口端から径方向の前記第1のケーシング部の内面との間の幅を有して周方向に形成される通路の通路面積をS2としたとき、
S1に対するS2の割合(S2/S1)が0.8以上1.6以下であり、かつ
前記ガイドの出口端における接線の前記タービンロータの中心軸方向に対する角度が45度以上120度以下であり、
前記ガイドの出口端と前記第1のケーシング部の内面との間に形成される前記通路よりも作動流体の流れ方向の下流側において、前記ガイドの前記環状ディフューザ側とは異なる前記ガイドの外側に前記通路を通過した作動流体が流動可能な空間が形成されていることを特徴とするタービン排気室。
A turbine exhaust chamber through which a working fluid flowing out from a final stage turbine stage of an axial flow turbine having a turbine rotor passes,
a casing comprising a first casing portion having an arc-shaped wall portion curved outwardly and a cylindrical second casing portion connected to the first casing portion;
provided in the casing on the downstream side of the final-stage turbine stage, and having a cylindrical guide and a cylindrical cone provided inside the guide; with an outwardly emitting annular diffuser and
Two imaginary straight lines connecting the two joint points of the first casing portion and the second casing portion and the central axis of the turbine rotor in a cross section perpendicular to the central axis of the turbine rotor. In the area on the side of the first casing part including
Let S1 be the passage area of the exit of the annular diffuser formed in the circumferential direction and configured to include the exit end of the guide ,
When the passage area of the passage formed in the circumferential direction having the width between the outlet end of the guide and the inner surface of the first casing portion in the radial direction from the outlet end is S2,
The ratio of S2 to S1 (S2/S1) is 0.8 or more and 1.6 or less, and the angle of the tangent line at the outlet end of the guide with respect to the central axis direction of the turbine rotor is 45 degrees or more and 120 degrees or less ,
on the outer side of the guide different from the annular diffuser side of the guide on the downstream side in the flow direction of the working fluid from the passage formed between the outlet end of the guide and the inner surface of the first casing portion. A turbine exhaust chamber , wherein a space is formed in which the working fluid that has passed through the passage can flow .
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006307738A (en) 2005-04-28 2006-11-09 Toshiba Corp Steam turbine
JP2006329148A (en) 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Ltd Turbine exhauster
JP2013174160A (en) 2012-02-24 2013-09-05 Toshiba Corp Steam turbine
JP5606373B2 (en) 2011-03-28 2014-10-15 株式会社東芝 Steam turbine
JP2015194085A (en) 2014-03-31 2015-11-05 株式会社東芝 steam turbine
JP2017061898A (en) 2015-09-25 2017-03-30 株式会社東芝 Steam turbine
JP2018071445A (en) 2016-10-31 2018-05-10 三菱重工業株式会社 Exhaust chamber of steam turbine, flow guide for steam turbine exhaust chamber, and steam turbine
JP2018115581A (en) 2017-01-17 2018-07-26 株式会社東芝 Turbine exhaust chamber
JP2019120152A (en) 2017-12-28 2019-07-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Exhaust chamber and steam turbine

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006307738A (en) 2005-04-28 2006-11-09 Toshiba Corp Steam turbine
JP2006329148A (en) 2005-05-30 2006-12-07 Hitachi Ltd Turbine exhauster
JP5606373B2 (en) 2011-03-28 2014-10-15 株式会社東芝 Steam turbine
JP2013174160A (en) 2012-02-24 2013-09-05 Toshiba Corp Steam turbine
JP5606473B2 (en) 2012-02-24 2014-10-15 株式会社東芝 Steam turbine
JP2015194085A (en) 2014-03-31 2015-11-05 株式会社東芝 steam turbine
JP2017061898A (en) 2015-09-25 2017-03-30 株式会社東芝 Steam turbine
JP2018071445A (en) 2016-10-31 2018-05-10 三菱重工業株式会社 Exhaust chamber of steam turbine, flow guide for steam turbine exhaust chamber, and steam turbine
JP2018115581A (en) 2017-01-17 2018-07-26 株式会社東芝 Turbine exhaust chamber
JP2019120152A (en) 2017-12-28 2019-07-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Exhaust chamber and steam turbine

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