KR102326915B1

KR102326915B1 - 배기실 및 증기 터빈

Info

Publication number: KR102326915B1
Application number: KR1020207013078A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 히데아키 스기시타; 가즈유키 마츠모토; 도요하루 니시카와; 게이 나카니시
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2021-11-17
Also published as: CN111417767A; US20210180470A1; KR20200057779A; WO2019131632A1; DE112018006714T5; US11591934B2; JP6944871B2; CN111417767B; JP2019120152A

Abstract

배기실(Ec)은, 내측 케이싱(21)과, 외측 케이싱(30)과, 디퓨저(26)를 구비한다. 내측 케이싱(21)은, 직경 방향의 외측으로부터 로터를 둘러싸고, 로터와의 사이에 축선 방향(Da)으로 유체가 흐르는 제1 공간(21s)을 형성한다. 디퓨저(26)는, 제1 공간(21s)을 형성하는 로터축의 외주면과 연속하도록 축선 하류 측(Dad)으로 뻗는 통상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 확경하는 베어링 콘(29)을 구비하고 있다. 베어링 콘(29)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리(29a)는, 축선(Ar)에 직교하는 방향에 있어서의 제1측(Dex)의 제1 콘 단부(29aa)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2ex)보다, 제2측(Dan)의 제2 콘 단부(29ab)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2an)가 큰 오벌 형상을 이루고 있다.

Description

배기실 및 증기 터빈

본 발명은, 배기실 및 증기 터빈에 관한 것이다.

본원은, 2017년 12월 28일에 일본에 출원된 특원 2017-253815호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

터빈이나 압축기 등의 회전 기계에 있어서는, 최종단 동익의 하류 측에 작동 유체를 압력 회복하기 위한 디퓨저를 구비하고 있는 경우가 많다. 이와 같은 디퓨저에 있어서는, 로터축의 축선을 따라 배기된 작동 유체를, 예를 들면 레이아웃의 상황 등에 따라, 로터축을 중심으로 한 직경 방향의 외측을 향하여 방향을 변경하도록 형성된 것이 있다. 이와 같은 디퓨저는, 배기의 방향이 변경됨으로써 배기 손실이 커지는 경우가 있었다.

특허문헌 1, 2에는, 증기 터빈의 최종단 동익부터 복수기(復水器)까지의 배기 손실 저감을 위하여, 디퓨저의 베어링 콘 형상을, 외차실의 배기 측과 반배기 측에서 비대칭으로 형성하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 3에는, 디퓨저의 플로 가이드를 외차실의 배기 측과 반배기 측에서 비대칭으로 형성하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2006-083801호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2004-150357호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 평11-200814호

그러나, 특허문헌 1 내지 3과 같이 하여 배기 손실을 저감시켰다고 해도, 반배기 측의 베어링 콘 부근에서 역류가 발생하거나, 배기 측의 플로 가이드에서 박리가 발생하거나 하여 압력 손실이 발생할 가능성이 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 압력 손실을 저감시켜 성능 향상을 도모할 수 있는 배기실 및 증기 터빈을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 채용한다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 배기실은, 내측 케이싱과, 외측 케이싱과, 디퓨저를 구비한다. 내측 케이싱은, 로터축의 축선을 중심으로 한 직경 방향의 외측으로부터 로터를 둘러싸고, 상기 로터와의 사이에 상기 축선이 뻗는 방향으로 유체가 흐르는 제1 공간을 형성한다. 외측 케이싱은, 상기 로터 및 상기 내측 케이싱을 둘러쌈과 함께, 상기 제1 공간을 흐른 유체가 배기되는 제2 공간을 상기 내측 케이싱과의 사이에 형성하고, 상기 축선에 직교하는 방향의 제1측에 출구를 갖는다. 디퓨저는, 상기 내측 케이싱의 하류 측에 배치되어 상기 제1 공간과 연통하는 디퓨저 공간을 형성하고, 상기 하류 측을 향함에 따라 직경 방향 외측을 향하여, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 연통시킨다. 디퓨저는, 상기 제1 공간을 형성하는 상기 로터축의 외주면과 연속하도록 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상(筒狀)을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 베어링 콘을 구비하고 있다. 베어링 콘의 상기 하류 측의 단가장자리는, 상기 축선에 직교하는 방향에 있어서의 제1측의 제1 콘 단부와 상기 축선의 사이의 거리보다, 상기 제1측과는 반대 측의 제2측의 제2 콘 단부와 상기 축선의 사이의 거리 쪽이 큰 오벌 형상을 이루고 있다.

이 제1 양태에 있어서의 베어링 콘의 하류 측의 단가장자리는, 축선에 직교하는 방향에 있어서의 제1측의 제1 콘 단부와 축선의 사이의 거리보다, 제1측과는 반대 측의 제2측의 제2 콘 단부와 축선의 사이의 거리 쪽이 크다. 이로써, 예를 들면 제1 콘 단부와 제2 콘 단부가 축선 방향에서 동일한 위치 또는, 제1 콘 단부보다 제2 콘 단부가 축선 방향에 있어서의 상류 측에 배치되는 경우, 축선에 대한 베어링 콘의 각도는, 제1측보다 제2측에 있어서 커진다. 이 때문에, 제2측의 디퓨저 공간에 있어서 베어링 콘을 유체의 흐름을 따르도록 형성할 수 있다. 한편, 제1 콘 단부보다 제2 콘 단부가 축선 방향으로 하류 측에 위치하는 경우, 제2측에 있어서의 디퓨저 공간의 길이를 길게 할 수 있다. 이 때문에, 역류가 발생하는 영역을 해소할 수 있다. 따라서, 압력 손실을 저감시켜 성능 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 디퓨저는, 상기 내측 케이싱의 하류 측의 단가장자리로부터 상기 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 플로 가이드를 구비하고 있어도 된다. 상기 플로 가이드는, 상기 축선보다 제1측에 형성된 제1 가이드부와, 상기 축선보다 제2측에 형성된 제2 가이드부를 구비하고 있어도 된다. 상기 축선을 포함하는 단면시(斷面視)에서, 상기 제2 가이드부의 가장 제2측에 위치하는 제2측 가이드 단부와 상기 축선과의 직경 방향에 있어서의 거리는, 상기 제2측 가이드 단부와 축선 방향에서 동일 위치의 상기 제1 가이드부와 상기 축선과의 직경 방향에 있어서의 거리보다 크도록 해도 된다. 상기 제2측 가이드 단부에 있어서의 접선과 상기 축선이 이루는 각도는, 상기 제2측 가이드 단부와 축선 방향에서 동일 위치의 상기 제1 가이드부의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다 크도록 해도 된다.

이와 같이 구성함으로써, 디퓨저 공간의 제2측의 유로 단면적이 제1측의 유로 단면적보다 감소하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 디퓨저의 출구에 있어서 디퓨저 공간으로서 유효한 유로 면적을 확대하여, 디퓨저의 압력 회복 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 디퓨저는, 상기 내측 케이싱의 하류 측의 단가장자리로부터 상기 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 플로 가이드를 구비하고 있어도 된다. 상기 플로 가이드는, 상기 축선보다 제1측에 형성된 제1 가이드부와, 상기 축선보다 제2측에 형성된 제2 가이드부를 구비하고 있어도 된다. 축선을 포함하는 단면시에서, 상기 제2 가이드부의 접선과 상기 축선이 이루는 각도는, 상기 제2 가이드부의 접선과 상기 축선 방향에서 동일 위치의 상기 제1 가이드부의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다 크도록 해도 된다.

본 발명의 제4 양태에 의하면, 제2 또는 제3 양태에 관한 제1측의 제1 콘 단부는, 상기 제2측의 제2 콘 단부보다, 상기 축선 방향의 하류 측에 위치하고 있어도 된다.

제1측의 디퓨저 공간에 있어서는, 내측 케이싱의 내측의 제1 공간으로부터 배출된 유체의 흐름이 축선 방향을 향하고 있기 때문에, 베어링 콘 측에서 박리가 발생하기 어렵다. 이 때문에, 제1측의 제1 콘 단부를, 제2측의 제2 콘 단부보다, 축선 방향의 하류 측에 위치함으로써, 제1측에 있어서의 디퓨저 공간으로서 유효한 유로 단면적을 확대할 수 있다.

본 발명의 제5 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 디퓨저는, 상기 내측 케이싱의 하류 측의 단가장자리로부터 상기 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 플로 가이드를 구비하고 있어도 된다. 상기 플로 가이드는, 상기 축선보다 제1측에 형성된 제1 가이드부와, 상기 축선보다 제2측에 형성된 제2 가이드부를 구비하고 있어도 된다. 상기 제2 콘 단부는, 상기 제1 콘 단부보다 축선 방향의 하류 측에 배치되어도 된다. 또한, 제1 양태에 관한 제2 가이드부는, 상기 제1 가이드부보다 축선 방향의 길이가 길도록 해도 된다.

이와 같이 구성함으로써, 제2측에 있어서의 베어링 콘의 길이와 플로 가이드의 길이를 각각 길게 할 수 있기 때문에, 제2측에 있어서의 디퓨저 공간의 길이를, 길게 할 수 있다. 이 때문에, 베어링 콘 측에 역류가 발생하는 것을 억제하여, 디퓨저에 있어서의 압력 회복 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제6 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 베어링 콘 중, 상기 축선으로부터의 거리가 가장 큰 단부는, 상기 축선을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서의 가장 제2측의 위치보다, 상기 로터축의 회전 방향에 있어서의 전방으로 어긋난 위치에 배치되어 있어도 된다.

이와 같이 구성함으로써, 예를 들면 로터의 최종단 동익으로부터 선회 성분을 포함하는 흐름이 디퓨저로 유입된 경우에, 베어링 콘 중 축선으로부터의 거리가 가장 큰 단부를, 역류 영역이 가장 발생하기 쉬운 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 디퓨저에 있어서의 압력 손실을 유효하게 저감할 수 있다.

본 발명의 제7 양태에 의하면, 증기 터빈은, 제1 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 관한 배기실을 구비한다.

이와 같이 구성함으로써, 증기 터빈의 효율 향상을 도모할 수 있다.

상기 배기실 및 증기 터빈에 의하면, 압력 손실을 저감시켜 성능 향상을 도모할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 개략 구성을 나타내는 도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 배기실의 확대도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 축선 방향에서 본 베어링 콘과 플로 가이드의 외형을 나타내는 도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.
도 12는, 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다.
도 13는, 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 있어서의 배기실 및 증기 터빈을 도면에 근거하여 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 개략 구성을 나타내는 도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 제1 실시형태의 증기 터빈(ST)은, 이분류 배기형의 증기 터빈이다. 이 증기 터빈(ST)은, 제1 증기 터빈부(10a)와 제2 증기 터빈부(10b)를 구비하고 있다. 제1 증기 터빈부(10a) 및 제2 증기 터빈부(10b)는, 모두, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(로터)(11)와, 터빈 로터(11)를 덮는 케이싱(20)과, 케이싱(20)에 고정되어 있는 복수의 정익 열(17)과, 증기 유입관(19)을 구비하고 있다. 이하의 설명에 있어서, 축선(Ar)을 중심으로 한 둘레 방향을 간단히 둘레 방향(Dc)으로 하고, 축선(Ar)에 대하여 수직인 방향을 직경 방향(Dr)으로 한다. 또한, 직경 방향(Dr)에서 축선(Ar) 측을 직경 방향 내측(Dri), 그 반대 측을 직경 방향 외측(Dro)으로 한다.

제1 증기 터빈부(10a)와 제2 증기 터빈부(10b)는, 증기 유입관(19)을 공유한다. 제1 증기 터빈부(10a)는, 이 증기 유입관(19)을 제외하고, 이 증기 유입관(19)을 기준으로 하여 축선 방향(Da)의 일방 측에 배치되어 있다. 제2 증기 터빈부(10b)는, 이 증기 유입관(19)을 제외하고, 이 증기 유입관(19)을 기준으로 하여 축선 방향(Da)의 타방 측에 배치되어 있다. 여기에서, 제1 증기 터빈부(10a)의 구성과 제2 증기 터빈부(10b)의 구성은, 기본적으로 동일하다. 이 때문에, 이하의 설명에서는 주로 제1 증기 터빈부(10a)에 대하여 설명하고, 제2 증기 터빈부(10b)의 설명을 생략한다. 제1 증기 터빈부(10a)에 있어서, 축선 방향(Da)의 증기 유입관(19) 측을 축선 상류 측(Dau), 그 반대 측을 축선 하류 측(Dad)으로 한다.

터빈 로터(11)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축선 방향(Da)으로 뻗는 로터축(12)과, 로터축(12)에 장착되어 있는 복수의 동익 열(13)을 갖는다. 터빈 로터(11)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전 가능하게 베어링(18)에 지지되어 있다. 복수의 동익 열(13)은, 축선 방향(Da)으로 나열되어 있다. 복수의 동익 열(13)은, 모두 둘레 방향(Dc)으로 나열되어 있는 복수의 동익으로 구성된다. 제1 증기 터빈부(10a)의 터빈 로터(11)와, 제2 증기 터빈부(10b)의 터빈 로터(11)는, 동일한 축선(Ar) 상에 위치하여 서로 연결되어, 축선(Ar)을 중심으로 하여 일체 회전한다.

케이싱(20)은, 내측 케이싱(21)과, 배기 케이싱(25)을 갖는다.

내측 케이싱(21)은, 로터축(12)과의 사이에, 축선(Ar)을 중심으로 한 환상을 이루는 제1 공간(21s)을 형성한다. 증기 유입관(19)으로부터 유입된 증기(유체)는, 이 제1 공간(21s)을 축선 방향(Da)으로(보다 구체적으로는 축선 하류 측(Dad)을 향하여) 흐른다. 터빈 로터(11)의 복수의 동익 열(13)은, 이 제1 공간(21s) 내에 배치되어 있다. 복수의 정익 열(17)은, 축선 방향(Da)으로 나열되어, 이 제1 공간(21s) 내에 배치되어 있다. 복수의 정익 열(17)의 각각은, 복수의 동익 열(13) 중 어느 하나의 동익 열(13)의 축선 상류 측(Dau)에 배치되어 있다. 복수의 정익 열(17)은, 내측 케이싱(21)에 고정되어 있다.

배기 케이싱(25)은, 디퓨저(26)와, 외측 케이싱(30)을 갖는다.

외측 케이싱(30)은, 터빈 로터(11) 및 내측 케이싱(21)을 둘러쌈과 함께, 제1 공간(21s)을 흐른 증기가 배출되는 제2 공간(30s)을 내측 케이싱(21)과의 사이에 형성한다. 이 제2 공간(30s)은, 디퓨저(26)에 연통하여, 디퓨저(26)의 외주 측이 둘레 방향(Dc)으로 넓어진다. 이 외측 케이싱(30)은, 디퓨저 공간(26s)으로부터 제2 공간(30s)으로 유입된 증기를 배기구(31)로 유도한다.

외측 케이싱(30)은, 축선(Ar)에 직교하는 방향의 제1측(도 1에 있어서 하측)에 배기구(출구)(31)를 갖는다. 이 실시형태에서 예시하는 외측 케이싱(30)은, 연직하방향을 향하여 개구되어 있다. 이 실시형태의 증기 터빈(ST)은, 이른바 하방 배기형의 복수 증기 터빈이며, 배기구(31)에는, 증기를 물로 되돌리는 복수기(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 이 실시형태에 있어서의 외측 케이싱(30)은, 하류 측 단판(32)과, 상류 측 단판(34)과, 측 둘레판(36)을 각각 구비하고 있다.

하류 측 단판(32)은, 베어링 콘(29)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리로부터 직경 방향 외측(Dro)으로 넓어져, 제2 공간(30s)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리를 획정(劃定)한다.

상류 측 단판(34)은, 디퓨저(26)보다 축선 상류 측(Dau)에 배치되어 있다. 이 상류 측 단판(34)은, 내측 케이싱(21)의 외주면(21o)으로부터 직경 방향 외측(Dro)으로 넓어져, 제2 공간(30s)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정한다.

측 둘레판(36)은, 하류 측 단판(32) 및 상류 측 단판(34)에 접속되어, 축선 방향(Da)으로 넓어지며 또한 축선(Ar)을 중심으로 하여 둘레 방향(Dc)으로 넓어져, 제2 공간(30s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정한다.

디퓨저(26)는, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)에 배치되고, 제1 공간(21s)과 제2 공간(30s)을 연통시킨다. 이 디퓨저(26)는, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 직경 방향 외측을 향하는 환상의 디퓨저 공간(26s)를 형성한다. 디퓨저 공간(26s) 내에는, 터빈 로터(11)의 최종 동익 열(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 유출된 증기가 유입된다. 여기에서, 최종 동익 열(13a)이란, 제1 증기 터빈부(10a)가 구비하는 복수의 동익 열(13) 중, 가장 축선 하류 측(Dad)에 배치되어 있는 동익 열(13)이다.

디퓨저(26)는, 디퓨저 공간(26s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정하는 플로 가이드(또는, 스팀 가이드, 외측 디퓨저라고도 함)(27)와, 디퓨저 공간(26s)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정하는 베어링 콘(또는, 내측 디퓨저라고도 함)(29)을 갖는다.

베어링 콘(29)은, 제1 공간(21s)을 형성하는 로터축(12)의 외주면(12a)과 연속하도록 축선 하류 측(Dad)으로 뻗는 통상으로 형성되어 있다. 베어링 콘(29)은, 축선(Ar)에 대하여 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 점차 확경되어 있다. 베어링 콘(29)의 단가장자리(29a)는, 외측 케이싱(30)의 하류 측 단판(32)에 접속되어 있다.

플로 가이드(27)는, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 뻗는 통상을 이루고 있다. 플로 가이드(27)는, 축선(Ar)에 대하여 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 확경되어 있다. 이 실시형태에 있어서의 플로 가이드(27)는, 내측 케이싱(21)에 접속되어 있다.

본 발명에 있어서의 배기실(Ec)은, 내측 케이싱(21)과 외측 케이싱(30)과 디퓨저(26)에 의하여 구성되어 있다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 배기실의 확대도이다. 도 3은, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 축선 방향에서 본 베어링 콘과 플로 가이드의 외형을 나타내는 도이다.

여기에서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 배기구(31)가 축선(Ar)에 직교하는 방향의 일방(제1측)에만 배치됨으로써 배기실(Ec)은 둘레 방향(Dc)에서 비대칭 형상이 되어, 둘레 방향으로 압력 분포가 발생한다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 배기구(31)가 배치되는 측과는 반대 측(제2측)에 있어서, 제1 공간(21s)으로부터 배출되는 증기의 흐름이 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 유량 분포(도 2에 있어서, 디퓨저(26) 내부에 이점 쇄선 및 화살표로 나타냄)가 플로 가이드(27) 측으로 치우쳐 버린다. 이하의 설명에 있어서, 축선(Ar)보다 배기구(31)가 형성되어 있는 축선(Ar)에 직교하는 방향의 제1측을 배기 측(Dex), 축선(Ar)을 사이에 두고 이 배기구(31)와는 반대 측을 반배기 측(Dan)이라고 한다(제2 실시형태 이후도 동일).

이 제1 실시형태에 있어서의 플로 가이드(27)는, 축선(Ar)을 포함하는 가상 평면에 의한 단면(이하, 축선(Ar)을 포함하는 단면이라고 함)의 형상이, 축선(Ar) 측으로 볼록해지는 곡면상으로 형성되어 있다.

또한, 이 제1 실시형태에 있어서, 플로 가이드(27)의 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서의 플로 가이드(27)의 표면 길이는, 반배기 측(Dan)보다 배기 측(Dex) 쪽이 길어지도록 형성되어 있다. 이로써, 단가장자리(27a)에 있어서의 접선(도 2중, 쇄선으로 나타냄)과 축선(Ar)이 이루는 각도는, 배기 측(Dex)에 있어서는, 대략 90도가 되는 데에 대하여, 반배기 측(Dan)에 있어서는, 배기 측(Dex)보다 작은 각도로 되어 있다.

축선 방향(Da)에 있어서의 배기 측(Dex)의 단가장자리(27a)의 위치는, 반배기 측(Dan)의 단가장자리(27a)의 위치보다 축선 하류 측(Dad)에 배치되어 있다. 그리고, 플로 가이드(27)의 단가장자리(27a) 중, 가장 배기 측(Dex)에 위치하는 배기 측 가이드 단부(27aa)와 축선(Ar)과의 사이의 거리(R1ex)는, 가장 반배기 측(Dan)에 위치하는 반배기 측 가이드 단부(27ab)와 축선(Ar)과의 사이의 거리(R1an)보다 길게 되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 이 제1 실시형태에 있어서의 플로 가이드(27)의 단가장자리(27a)는, 축선(Ar)보다 반배기 측(Dan)의 반부에 있어서 반원상으로 형성되고, 축선(Ar)보다 배기 측(Dex)의 반부에 있어서, 반배기 측(Dan)의 반부의 반원의 반경(도 3 중, 이점 쇄선으로 나타내는 위치)보다 배기 측(Dex)으로 길다. 즉, 플로 가이드(27)의 단가장자리(27a)는, 축선 방향(Da)에서 보아 반배기 측(Dan)으로부터 배기 측(Dex)을 향하여 긴 오벌 형상으로 되어 있다. 또한, 축선 방향(Da)에서 보아, 플로 가이드(27)의 단가장자리(27a)가 오벌 형상으로 형성되고, 배기 측(Dex)과 반배기 측(Dan)에서 비대칭으로 형성되는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 축선 방향(Da)에서 보아, 플로 가이드(27)의 단가장자리(27a)가 원형으로 형성되어도 된다. 또, 플로 가이드(27)는, 배기 측(Dex)과 반배기 측(Dan)에서 대칭으로 형성되어 있어도 된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서, 베어링 콘(29)은, 축선(Ar) 측으로 볼록해지는 곡면상으로 형성되어 있다. 이 베어링 콘(29)의 단가장자리(29a)의 축선 방향(Da)의 위치는, 둘레 방향(Dc)의 전체 둘레에서 동일 위치로 되어 있다. 베어링 콘(29)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리(29a)는, 축선 방향(Da)에서 보아, 축선(Ar)에 직교하는 방향(즉, 축선(Ar)을 중심으로 한 직경 방향)에 있어서의, 배기 측(Dex)의 제1 콘 단부(29aa)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2ex)보다, 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(29ab)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2an) 쪽이 큰 오벌 형상을 이루고 있다.

축선 방향(Da)의 동일 위치에 있어서, 베어링 콘(29)의 축선 상류 측(Dau)의 단가장자리(29b) 부근에 있어서의 접선(도 2 중, 쇄선으로 나타냄)과 축선(Ar)과의 각도는, 배기 측(Dex)보다 반배기 측(Dan) 쪽이 크게 되어 있다. 구체적으로는, 축선 상류 측(Dau)의 단가장자리(29b) 중, 배기 측(Dex)의 단부(29ba)에 있어서의 접선과 축선(Ar)과의 각도(θe)는, θe≥0이 된다. 또, 축선 상류 측(Dau)의 단가장자리(29b) 중, 반배기 측(Dan)의 단부(29bb)에 있어서의 접선과 축선(Ar)과의 각도(θa)는, θa>θe≥0으로 되어 있다. 또한, 이하, 접선과 축선(Ar)의 각도는, 간단히 접선의 각도라고 한다.

베어링 콘(29)의 단가장자리(29a)에 있어서의 접선(도 2중, 쇄선으로 나타냄)의 각도는, 배기 측(Dex)의 제1 콘 단부(29aa)에 있어서의 접선의 각도(θoe)보다, 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(29ab)에 있어서의 접선의 각도(θoa) 쪽이 크게 되어 있다(θoa>θoe). 도 2에 있어서, 각도(θoa, θoe)는, 각각 축선(Ar)과 평행한 가상선(도 2 중, 쇄선으로 나타냄)에 대한 각도로서 나타내고 있다(제2 실시형태 이후도 동일).

여기에서, 도 2의 반배기 측(Dan)(도 2에 있어서 상측)에 있어서, 베어링 콘(29)보다 축선 하류 측(Dad)에 나타내는 이점 쇄선은, 축선(Ar)을 중심으로 한 둘레 방향(Dc)의 전체 둘레에서, 배기 측(Dex)에 있어서의 베어링 콘(29)의 형상을 채용한 경우(비교예)를 나타내고 있다. 즉, 상술한 제1 실시형태에서는, 반배기 측(Dan)에 있어서의 베어링 콘(29)의 위치가 비교예보다 축선 상류 측(Dau)으로 이동하게 된다.

상술한 제1 실시형태에 의하면, 베어링 콘의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리(29a)는, 배기 측(Dex)의 제1 콘 단부(29aa)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2ex)보다, 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(29ab)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2an) 쪽이 크다. 이로써, 예를 들면 제1 콘 단부(29aa)와 제2 콘 단부(29ab)가 축선 방향(Da)에서 동일한 위치에 배치되는 경우, 축선(Ar)에 대한 베어링 콘(29)의 접선의 각도는, 배기 측(Dex)의 접선의 각도(θe)보다 반배기 측(Dan)의 접선의 각도(θa) 쪽이 커진다. 이 때문에, 반배기 측(Dan) 측의 디퓨저 공간(26s)에 있어서 베어링 콘(29)을 증기의 흐름을 따르도록 형성할 수 있다. 이 때문에, 반배기 측(Dan)에 있어서 역류가 발생하는 영역을 해소할 수 있다. 그 결과, 디퓨저(26)에 있어서의 압력 손실을 저감시켜 성능 향상을 도모할 수 있다.

(제2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 이 제2 실시형태는, 상술한 제1 실시형태와, 반배기 측(Dan)에 있어서의 플로 가이드의 형상 및 배기 측(Dex)에 있어서의 플로 가이드의 형상이 다르다. 이 때문에, 상술한 제1 실시형태와 동일 부분에 동일 부호를 붙여 설명함과 함께, 중복되는 설명을 생략한다.

도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다. 도 5는, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.

도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 이 제2 실시형태에 있어서의 제1 증기 터빈부(210a)의 케이싱(220)은, 상술한 제1 실시형태와 동일하게, 내측 케이싱(21)과 배기 케이싱(225)을 갖고 있다. 배기 케이싱(225)은, 디퓨저(226)와, 외측 케이싱(30)을 갖고 있다.

디퓨저(226)는, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)에 배치되고, 제1 공간(21s)과 제2 공간(30s)을 연통시킨다. 이 디퓨저(226)는, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 직경 방향 외측을 향하는 환상의 디퓨저 공간(226s)을 형성한다. 디퓨저 공간(226s) 내에는, 터빈 로터(11)의 최종 동익 열(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 유출된 증기가 유입된다.

디퓨저(226)는, 디퓨저 공간(226s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정하는 플로 가이드(227)와, 디퓨저 공간(226s)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정하는 베어링 콘(29)을 갖는다. 또한, 베어링 콘(29)에 대해서는, 제1 실시형태와 동일한 구성이기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.

플로 가이드(227)는, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 뻗는 통상을 이루고 있다. 플로 가이드(227)는, 축선(Ar)에 대하여 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 확경되어 있다. 이 제2 실시형태에 있어서의 플로 가이드(227)는, 내측 케이싱(21)에 접속되어 있다. 여기에서, 플로 가이드(227)와 내측 케이싱(21)과의 접속(또는 조립)을 용이하게 하기 위하여, 플로 가이드(227)와 내측 케이싱(21)의 사이에, 플로 가이드(227)와 일체로 형성된, 축선 방향(Da)으로 뻗는 원통상의 부분이 존재하는 경우가 있다. 이 원통상의 부분은 디퓨저(226)로서 기능하지 않기 때문에, 플로 가이드(227)에는 포함되지 않는다(각 실시형태 및 각 변형예도 동일).

이 제2 실시형태에 있어서의 플로 가이드(227)는, 제1 실시형태와 동일하게, 축선(Ar)을 포함하는 단면 형상이, 축선(Ar) 측으로 볼록해지는 곡면상으로 형성되어 있다. 또한, 이 제2 실시형태에 있어서, 플로 가이드(27)의 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서의 플로 가이드(27)의 표면 길이는, 반배기 측(Dan)보다 배기 측(Dex)이 길어지도록 형성되어 있다. 이로써, 단가장자리(227a)에 있어서의 접선(도 4 중, 쇄선으로 나타냄)의 각도는, 배기 측(Dex)에 있어서는, 대략 90도가 되는 데에 대하여, 반배기 측(Dan)에 있어서는, 배기 측(Dex)보다 작은 각도(θsa)로 되어 있다.

플로 가이드(227)는, 축선(Ar)보다 배기 측(Dex)에 제1 가이드부(227A)를 구비하고, 축선(Ar)보다 반배기 측(Dan)에 제2 가이드부(227B)를 구비한다. 이들 제1 가이드부(227A)와 제2 가이드부(227B)는, 비대칭 형상으로 되어 있다.

축선 방향(Da)에 있어서의 배기 측(Dex)의 단가장자리(227a)의 위치는, 반배기 측(Dan)의 단가장자리(227a)의 위치보다 축선 하류 측(Dad)에 배치되어 있다. 그리고, 플로 가이드(27)의 단가장자리(227a) 중, 가장 배기 측(Dex)에 위치하는 배기 측 가이드 단부(227aa)와 축선(Ar)과의 거리(R1ex)는, 가장 반배기 측(Dan)에 위치하는 반배기 측 가이드 단부(227ab)와 축선(Ar)과의 직경 방향(Dr)에 있어서의 거리(Rfa)(=R1an)보다 크게 되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 이 제2 실시형태에 있어서의 플로 가이드(227)의 단가장자리(227a)는, 축선(Ar)과 단가장자리(227a)의 사이가 최단이 되는 거리보다, 반배기 측(Dan)으로 길고, 또 배기 측(Dex)으로도 긴 오벌 형상으로 형성되어 있다. 제1 가이드부(227A)에 있어서의 오벌의 장경(長徑) 방향의 길이(R1ex)는, 제2 가이드부(227B)의 오벌의 장경 방향의 길이 (R1an)보다 길게 형성되어 있다.

가장 반배기 측(Dan)에 위치하는 반배기 측 가이드 단부(227ab)와 축선(Ar)과의 직경 방향(Dr)에 있어서의 거리(Rfa)(=R1an)는, 반배기 측 가이드 단부(227ab)와 축선 방향(Da)에서 동일 위치의 제1 가이드부(227A)와 축선(Ar)과의 직경 방향(Dr)에 있어서의 거리(Rfe)보다 크다(Rfa>Rfe). 그리고, 반배기 측 가이드 단부(227ab)와 축선 방향(Da)에서 동일 위치의 제1 가이드부(227A)에 있어서의 접선의 각도(θse)는, 반배기 측 가이드 단부(227ab)에 있어서의 접선의 각도(θsa)보다 작다(θse<θsa). 바꾸어 말하면, 반배기 측 가이드 단부(227ab)에 있어서의 접선의 각도(θsa)는, 반배기 측 가이드 단부(227ab)와 축선 방향(Da)에서 동일 위치의 제1 가이드부(227A)에 있어서의 접선의 각도(θse)보다 크다.

여기에서, 도 4에서는 반배기 측(Dan)에 제1 실시형태의 플로 가이드(27)와 동일한 각도에서 제2 가이드부(227B)를 형성한 경우의 비교예를 이점 쇄선으로 나타내고 있다. 즉, 상기와 같이 제2 가이드부(227B)를 형성함으로써, 제2 가이드부(227B)의 축선 방향(Da)의 치수가, 제1 가이드부(227A)의 축선 방향(Da)의 치수보다 짧아진다. 또한, 제2 가이드부(227B)의 반배기 측 가이드 단부(227ab)의 위치를, 비교예보다 축선 상류 측(Dau) 또한 직경 방향 외측(Dro)에 배치할 수 있다. 또한, 도 4에 있어서 제1 가이드부(227A)의 축선 상류 측(Dau)에 이점 쇄선으로 나타내는 것은, 상술한 제1 실시형태에 있어서의 플로 가이드(27)의 배치이다.

이와 같이 함으로써, 축선 방향(Da)의 동일 위치에 있어서의 접선의 각도는, 제1 가이드부(227A) 쪽이, 제1 가이드부(227A)와 제2 가이드부(227B)의 경계 위치(K)(도 5 참조)에 있어서의 플로 가이드(227)의 접선의 각도(도시하지 않음)보다 작아진다.

따라서, 이 제2 실시형태에 의하면 제2 가이드부(227B)보다, 제1 가이드부(227A)가 축선 하류 측(Dad)까지 뻗어, 증기의 흐름을 따르도록 되기 때문에, 배기 측(Dex)의 디퓨저 공간(226s)에 있어서, 제1 가이드부(227A) 측에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

(제2 실시형태의 제1 변형예)

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예를 도면에 근거하여 설명한다. 상술한 제2 실시형태와 동일 부분에 동일 부호를 붙여 설명함과 함께, 중복되는 설명을 생략한다.

도 6은, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다. 도 7은, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.

도 6, 도 7에 나타내는 바와 같이, 이 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 제1 증기 터빈부(210a)의 케이싱(220X)은, 상술한 제2 실시형태와 동일하게, 내측 케이싱(21)과 배기 케이싱(225)을 갖고 있다. 배기 케이싱(225)은, 디퓨저(226)와, 외측 케이싱(30)을 갖고 있다.

디퓨저(226)는, 디퓨저 공간(226s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정하는 플로 가이드(227)와, 디퓨저 공간(226s)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정하는 베어링 콘(29)을 갖는다.

플로 가이드(227)는, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 뻗는 통상을 이루고 있다. 플로 가이드(227)는, 축선(Ar)에 대하여 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 확경되어 있다. 이 제2 실시형태에 있어서의 플로 가이드(227)는, 내측 케이싱(21)에 접속되어 있다.

이 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 플로 가이드(227)는, 제1, 제2 실시형태와 동일하게, 축선(Ar)을 포함하는 단면 형상이, 축선(Ar) 측으로 볼록해지는 곡면상으로 형성되어 있다. 또한, 이 제2 실시형태에 있어서, 플로 가이드(27)의 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서의 플로 가이드(27)의 표면 길이는, 반배기 측(Dan)보다 배기 측(Dex)이 길어지도록 형성되어 있다. 이로써, 단가장자리(227a)에 있어서의 접선(도 6중, 쇄선으로 나타냄)의 각도는, 배기 측(Dex)에 있어서는, 대략 90도가 되는 데에 대하여, 반배기 측(Dan)에 있어서는, 배기 측(Dex)보다 작은 각도로 되어 있다.

플로 가이드(227)는, 축선(Ar)보다 배기 측(Dex)에 제1 가이드부(227AX)를 구비하고, 축선(Ar)보다 반배기 측(Dan)에 제2 가이드부(227B)를 구비한다. 이들 제1 가이드부(227AX)와 제2 가이드부(227B)는, 비대칭 형상으로 되어 있다.

축선 방향(Da)에 있어서의 배기 측(Dex)의 단가장자리(227a)의 위치는, 반배기 측(Dan)의 단가장자리(227a)의 위치보다 축선 하류 측(Dad)에 배치되어 있다. 그리고, 플로 가이드(227)의 단가장자리(227a) 중, 가장 배기 측(Dex)에 위치하는 배기 측 가이드 단부(227aa)와 축선(Ar)과의 거리(R1ex)는, 가장 반배기 측(Dan)에 위치하는 반배기 측 가이드 단부(227ab)와 축선(Ar)과의 직경 방향(Dr)에 있어서의 거리(R1an)보다 크게 되어 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 이 제2 실시형태에 있어서의 플로 가이드(227)의 단가장자리(227a)는, 축선(Ar)과 단가장자리(227a)의 사이가 최단이 되는 거리보다, 반배기 측(Dan)으로 길고, 또 배기 측(Dex)으로도 긴 오벌 형상으로 형성되어 있다. 제1 가이드부(227AX)에 있어서의 오벌의 장경 방향의 길이(Roe)는, 제2 가이드부(227B)의 오벌의 장경 방향의 길이(Roa)보다 길게 형성되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서, 축선 방향(Da)의 동일 위치에 있어서의 플로 가이드(227)의 접선(도 6 중, 쇄선으로 나타냄)의 각도는, 배기 측(Dex)보다 반배기 측(Dan) 쪽이 크다. 구체적으로는, 축선 방향(Da)의 동일 위치에 있어서, 제1 가이드부(227AX)의 접선의 각도(θfe)는 0도 이상이며 또한, 제2 가이드부(227B)의 접선의 각도(θfa)보다 작다(θfa>θfe≥0). 여기에서, 도 6에서는, 반배기 측(Dan)으로 제1 가이드부(227AX)와 동일한 각도(θfe)에서 제2 가이드부(227B)를 형성한 경우의 비교예를 이점 쇄선으로 나타내고 있다. 즉, 상기와 같이 제2 가이드부(227B)를 형성함으로써, 제2 가이드부(227B)의 축선 방향(Da)의 치수가, 제1 가이드부(227AX)의 축선 방향(Da)의 치수보다 짧아진다. 또한, 제2 가이드부(227B)의 반배기 측 가이드 단부(227ab)의 위치를, 각도(θfe)로 한 비교예보다 축선 상류 측(Dau) 또한 직경 방향 외측(Dro)에 배치할 수 있다.

또한, 베어링 콘(29)에 대해서는, 제1, 제2 실시형태와 동일한 구성이기 때문에, 상세 설명을 생략한다.

따라서, 상술한 제2 실시형태의 제1 변형예에 의하면, 디퓨저 공간(226s)의 반배기 측(Dan)의 유로 단면적이 배기 측(Dex)의 유로 단면적보다 감소하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 디퓨저(226)의 출구에 있어서 디퓨저 공간(226s)으로서 유효한 유로 면적을 확대하여, 디퓨저(226)의 압력 회복 성능을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시형태의 제2 변형예)

도 8은, 본 발명의 제2 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다. 도 9는, 본 발명의 제2 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.

상술한 제2 실시형태의 제1 변형예에 있어서는, 제1 가이드부(227AX)를, 제2 실시형태의 제1 가이드부(227A)보다 축선 하류 측(Dad)까지 뻗도록 형성했다. 이 제1 변형예의 플로 가이드(227)와 동일하게, 예를 들면 도 8, 도 9에 나타내는 제2 변형예와 같이, 배기 측(Dex)에 있어서의 베어링 콘(229X)을, 제2 실시형태의 배기 측(Dex)에 있어서의 베어링 콘(29)(도 8 중, 2점 쇄선으로 나타냄)보다 축선 하류 측(Dad)까지 뻗도록 형성해도 된다.

바꾸어 말하면, 베어링 콘(229X)의 배기 측(Dex)의 제1 콘 단부(229aa)는, 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(229ab)보다 축선 하류 측(Dau)에 배치되도록 해도 된다. 또한, 이 제2 변형예에 있어서의 제1 콘 단부(229aa)의 직경 방향(Dr)에 있어서의 위치는, 제1, 제2 실시형태에 있어서의 제1 콘 단부(29aa)의 직경 방향(Dr)의 위치와 동일한 경우를 예시하고 있지만, 이 위치보다 축선(Ar)에 가까운 측이어도 된다.

따라서, 제2 실시형태의 제2 변형예에 의하면, 디퓨저(226)의 배기 측(Dex)에 있어서, 제1 변형예보다 축선 하류 측(Dad)에 디퓨저(226)의 유효한 유로 면적을 확대할 수 있다. 이 때문에, 디퓨저(26)의 성능을 향상시킬 수 있다.

(제3 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제3 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 이 제3 실시형태는, 상술한 제2 실시형태와, 반배기 측(Dan)에 있어서의 플로 가이드 및 베어링 콘의 형상이 다르다. 이 때문에, 상술한 제2 실시형태와 동일 부분에 동일 부호를 붙여 설명함과 함께, 중복되는 설명을 생략한다.

도 10은, 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다. 도 11은, 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.

도 10, 도 11에 나타내는 바와 같이, 이 제3 실시형태에 있어서의 제1 증기 터빈부(310a)의 케이싱(320)은, 상술한 제2 실시형태와 동일하게, 내측 케이싱(21)과 배기 케이싱(325)을 갖고 있다. 또한, 배기 케이싱(325)은, 디퓨저(326)와, 외측 케이싱(30)을 갖고 있다.

디퓨저(326)는, 내측 케이싱(21)의 하류 측에 배치되고, 제1 공간(21s)과 제2 공간(30s)을 연통시킨다. 이 디퓨저(326)는, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 직경 방향 외측을 향하는 환상의 디퓨저 공간(326s)을 형성한다. 디퓨저 공간(326s) 내에는, 터빈 로터(11)의 최종 동익 열(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 유출된 증기가 유입된다.

디퓨저(326)는, 디퓨저 공간(326s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정하는 플로 가이드(327)와, 디퓨저 공간(326s)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정하는 베어링 콘(329)을 갖는다.

플로 가이드(327)는, 제2 실시형태의 플로 가이드(227)와 동일하게, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 뻗는 통상을 이루고 있다. 플로 가이드(327)는, 축선(Ar)에 대하여 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 확경되어 있다. 이 제3 실시형태에 있어서의 플로 가이드(327)도, 제2 실시형태와 동일하게, 내측 케이싱(21)에 접속되어 있다.

이 제3 실시형태에 있어서의 플로 가이드(327)는, 제2 실시형태와 동일하게, 축선(Ar)을 포함하는 단면 형상이, 축선(Ar) 측으로 볼록해지는 곡면상으로 형성되어 있다. 또한, 이 제3 실시형태에 있어서 플로 가이드(327)의 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서의 원호의 길이는, 반배기 측(Dan)보다 배기 측(Dex)이 길어지도록 형성되어 있다. 이로써, 단가장자리(327a)에 있어서의 접선(도 10 중, 쇄선으로 나타냄)의 각도는, 배기 측(Dex)에 있어서는, 대략 90도가 되는 데에 대하여, 반배기 측(Dan)에 있어서는, 배기 측(Dex)보다 작은 각도로 되어 있다.

플로 가이드(327)는, 축선(Ar)보다 배기 측(Dex)에 제1 가이드부(327A)를 구비하고, 축선(Ar)보다 반배기 측(Dan)에 제2 가이드부(327B)를 구비한다. 이들 제1 가이드부(327A)와 제2 가이드부(327B)는, 비대칭 형상으로 되어 있다.

축선 방향(Da)에 있어서의 배기 측(Dex)의 단가장자리(327a)의 위치는, 반배기 측(Dan)의 단가장자리(327a)의 위치보다 축선 상류 측(Dau)에 배치되어 있다. 그리고, 플로 가이드(27)의 단가장자리(327a) 중, 가장 배기 측(Dex)에 위치하는 배기 측 가이드 단부(327aa)와 축선(Ar)과의 직경 방향(Dr)에 있어서의 거리(R1ex)는, 가장 반배기 측(Dan)에 위치하는 반배기 측 가이드 단부(327ab)와 축선(Ar)과의 직경 방향(Dr)에 있어서의 거리(R1an)보다 길게 되어 있다.(R1ex>R1an).

도 11에 나타내는 바와 같이, 이 제3 실시형태에 있어서의 플로 가이드(327)의 단가장자리(327a)는, 축선 방향(Da)에서 보아, 배기 측(Dex) 및 반배기 측(Dan)으로 긴 오벌 형상으로 형성되어 있다. 제1 가이드부(327A)의 장경 방향의 길이(R1ex)는, 제2 가이드부(327B)의 장경 방향의 길이(R1an)보다 길게 형성되어 있다(R1ex>R1an). 바꾸어 말하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 플로 가이드(327)의 배기 측(Dex)의 배기 측 가이드 단부(327aa)와 축선(Ar)과의 사이의 거리(R1ex)보다 반배기 측(Dan)의 반배기 측 가이드 단부(327ab)와 축선(Ar)과의 사이의 거리(R1an) 쪽이 짧다. 또, 도 10에 나타내는 축선(Ar)을 포함하는 단면에서, 축선 방향(Da)의 동일 위치에 있어서의 제1 가이드부(327A)의 접선의 기울기(θfe)와 제2 가이드부(327B)의 접선의 기울기(θfa)와의 관계는, θfe>θfa≥0으로 되어 있다.

도 10에 나타내는 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서, 플로 가이드(327)의 축선 방향(Da)의 길이는, 제1 가이드부(327A)의 길이(Lfe)보다 제2 가이드부(327B)의 길이(Lfa) 쪽이 길다(Lfa>Lfe). 보다 구체적으로는, 플로 가이드(327)의 축선 방향(Da)의 길이는, 배기 측(Dex)으로부터 반배기 측(Dan)을 향함에 따라 점차 길어지도록 형성되어 있다. 도 10에 있어서, 반배기 측(Dan)으로 제1 가이드부(327A)와 동일한 각도(θfe)에서 제2 가이드부(327B)를 형성한 경우의 비교예를 이점 쇄선으로 나타내고 있다.

베어링 콘(329)은, 축선(Ar)을 포함하는 단면에 있어서, 축선(Ar) 측으로 볼록해지는 곡면상으로 형성되어 있다. 베어링 콘(329)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리(329a)는, 축선(Ar)에 직교하는 방향(즉, 축선(Ar)을 중심으로 한 직경 방향)에 있어서의 배기 측(Dex)의 제1 콘 단부(329aa)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2ex)보다, 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(329ab)와 축선(Ar)의 사이의 거리(R2an) 쪽이 큰 오벌 형상을 이루고 있다.

축선(Ar)을 포함하는 단면에서, 축선 방향(Da)의 동일 위치에 있어서, 베어링 콘(329)의 축선 상류 측(Dau)의 단가장자리(329b) 부근에 있어서의 접선과 축선(Ar)과의 각도는, 배기 측(Dex)과 반배기 측(Dan)이 동일하게 되어 있다. 바꾸어 말하면, 배기 측(Dex)의 단부(329bb)에 있어서의 베어링 콘(329)의 접선의 각도(θe)는, 반배기 측(Dan)의 단부(329ba)에 있어서의 베어링 콘(329)의 접선의 각도(θa)와 동일하게 되어 있다. 보다 구체적으로는, 접선의 각도(θa, θe)는, θa=θe≥0으로 되어 있다.

축선 방향(Da)에 있어서, 반배기 측(Dan)의 베어링 콘(329)은, 배기 측(Dex)의 베어링 콘(329)보다, 축선 하류 측(Dad)까지 뻗어 있다. 바꾸어 말하면, 축선 방향(Da)에 있어서의 반배기 측(Dan)의 베어링 콘(329)의 길이(La)는, 배기 측(Dex)의 베어링 콘(329) 길이(Le)보다 길게 되어 있다.(La>Le). 또한, 베어링 콘(329)의 축선 방향(Da)의 길이가, 배기 측(Dex)과 반배기 측(Dan)에 있어서 다름으로써, 배기 측(Dex)의 제1 콘 단부(329aa)에 있어서의 접선의 각도(θoe)보다 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(329ab)에 있어서의 접선의 각도(θoa) 쪽이 커진다(θoa>θoe).

따라서, 상술한 제3 실시형태에 의하면, 반배기 측(Dan)에 있어서의 베어링 콘(329)의 길이와 플로 가이드(327)의 길이를 각각 길게 할 수 있다. 이 때문에, 반배기 측(Dan)에 있어서의 디퓨저 공간(326s)의 길이를 길게 할 수 있다. 그 결과, 베어링 콘(329) 측의 증기의 흐름으로 역류가 발생하는 것을 억제하여, 디퓨저(326)에 있어서의 압력 회복 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 복수기(도시하지 않음) 등이 배치될 가능성이 있는 배기구(31) 측에 있어서는, 배기실(Ec)의 축선 방향(Da)의 치수가 증가하지 않기 때문에, 복수기 등의 배치 자유도에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.

(제4 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제4 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 이 제4 실시형태는, 상술한 제1 실시형태와, 축선을 중심으로 한 플로 가이드가 다르다. 이 때문에, 상술한 제1 실시형태와 동일 부분에 동일 부호를 붙여 설명함과 함께, 중복되는 설명을 생략한다.

도 12는, 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도이다. 도 13은, 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 도 3에 상당하는 도이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 이 제4 실시형태에 있어서의 제1 증기 터빈부(410a)의 케이싱(420)은, 상술한 제1 실시형태와 동일하게, 내측 케이싱(21)과 배기 케이싱(425)을 갖고 있다. 또한 배기 케이싱(425)는, 디퓨저(426)와, 외측 케이싱(30)을 갖고 있다.

디퓨저(426)는, 내측 케이싱(21)의 축선 하류 측(Dad)에 배치되고, 제1 공간(21s)과 제2 공간(30s)을 연통시킨다. 이 디퓨저(426)는, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점차 직경 방향 외측을 향하는 환상의 디퓨저 공간(426s)을 형성한다. 디퓨저 공간(426s) 내에는, 터빈 로터(11)의 최종 동익 열(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)을 향하여 유출된 증기가 유입된다.

디퓨저(426)는, 디퓨저 공간(426s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정하는 플로 가이드(27)와, 디퓨저 공간(426s)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정하는 베어링 콘(429)을 갖는다. 또한, 플로 가이드(27)에 대해서는, 제1 실시형태의 플로 가이드(27)와 동일한 구성이기 때문에, 여기에서의 상세 설명을 생략한다.

베어링 콘(429)은, 제1 실시형태의 베어링 콘(29)에 대하여, 둘레 방향(Dc)에 있어서의 각도가 다르다. 이 베어링 콘(429)의 축선 하류 측(Dad)의 단가장자리(429a)는, 축선 방향(Da)에서 보아 오벌 형상을 이루고 있다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 베어링 콘(429)의 단가장자리(429a) 중, 축선(Ar)으로부터의 거리가 가장 커지는 반배기 측(Dan)의 제2 콘 단부(429ab)는, 베어링 콘(429)의 단가장자리(429a) 중 가장 반배기 측(Dan)의 가장자리부(429ac)의 위치(바꾸어 말하면, 축선(Ar)을 중심으로 한 둘레 방향(Dc)에 있어서 가장 배기구(31)로부터 먼 위치)보다, 로터축(12)의 회전 방향에서 전방으로 어긋난 위치에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 실시형태의 제2 콘 단부(29ab)의 위치(도 13 중, 일점 쇄선으로 나타내는 직선 상의 위치)를 기준으로 한 경우, 제2 콘 단부(429ab)의 위치는, 제2 콘 단부(29ab)의 위치보다 둘레 방향(Dc)에서 로터축(12)의 회전 방향 전방으로 어긋나 있다.

또한, 바꾸어 말하면, 축선 방향(Da)에서 보아, 플로 가이드(27)의 배기 측 가이드 단부(27aa), 반배기 측 가이드 단부(27ab), 및 축선(Ar)을 통과하는 직선인 가상선(27f)에 대하여, 제1 콘 단부(429aa), 제2 콘 단부(429ab), 및 축선(Ar)을 통과하는 가상선(429f)은, 로터축(12)의 회전 방향 전방으로 어긋난 위치에 배치되어 있다. 또한, 둘레 방향(Dc)에 있어서의 기준 위치로서 플로 가이드(27)의 배기 측 가이드 단부(27aa)와 반배기 측 가이드 단부(27ab)를 통과하는 가상선(27f)을 이용하여 설명했지만, 예를 들면 축선(Ar)을 중심으로 한 임의의 가상원(진원)에 있어서, 가장 배기 측(Dex)이 되는 배기 측 단부(T1), 가장 반배기 측(Dan)이 되는 반배기 측 단부(T2) 및 축선(Ar)을, 각각 통과하는 직선을 가상선(27f)으로 해도 된다.

여기에서, 가상선(27f)과 가상선(429f)이 이루는 각도(θr)는, 45도보다 작고 0도보다 크다. 또한 각도(θr)는, 30도보다 작아도 되고, 20도보다 작게 할 수도 있다. 이 각도(θr)는, 예를 들면 제1 공간(21s)으로부터 배출되는 증기의 흐름에 포함되는 선회 성분에 따라 결정해도 된다.

따라서, 제4 실시형태에 의하면, 터빈 로터(11)의 최종 동익 열(13a)로부터 선회 성분을 포함하는 증기의 흐름이 디퓨저(426)로 유입된 경우에, 베어링 콘(429) 중 축선(Ar)으로부터의 거리가 가장 큰 제2 콘 단부(429ab)를, 역류 영역이 가장 발생하기 쉬운 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 디퓨저(426)에 있어서의 압력 손실을 유효하게 저감할 수 있다.

본 발명은 상술한 각 실시형태의 구성에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경 가능하다.

예를 들면, 상술한 각 실시형태에서는, 증기 터빈의 배기실을 일례로 설명했지만, 예를 들면 가스 터빈이나, 터보 기계 등의 배기실에도 적용할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 관한 배기실 및 증기 터빈에 의하면, 압력 손실을 저감시켜 성능 향상을 도모할 수 있다.

10a, 210a, 310a, 410a 제1 증기 터빈부
10b 제2 증기 터빈부
11 로터
11 터빈 로터
12 로터축
12a 외주면
13 동익 열
13a 최종 동익 열
17 정익 열
18 베어링
19 증기 유입관
20, 220, 320, 420 케이싱
21 내측 케이싱
21o 외주면
21s 제1 공간
25, 225, 325, 425 배기 케이싱
26, 226, 326, 426 디퓨저
26s, 226s, 326s, 426s 디퓨저 공간
27, 227, 327 플로 가이드
27a, 227a, 327a 단가장자리
27aa, 227aa, 327aa 배기 측 가이드 단부
27ab, 227ab, 327ab 반배기 측 가이드 단부
27f 가상선
29, 229, 229X, 329, 429 베어링 콘
29a, 329a, 429a 단가장자리
29aa, 229aa, 329aa, 429aa 제1 콘 단부
29ab, 229ab, 329ab, 429ab 제2 콘 단부
29b, 329b 단가장자리
29ba, 329ba 단부
29bb, 329bb 단부
30 외측 케이싱
30s 제2 공간
31 배기구
32 하류 측 단판
34 상류 측 단판
36 측 둘레판
227A, 227AX, 327A 제1 가이드부
227B, 327B 제2 가이드부
429ac 가장자리부
429f 가상선
Ec 배기실
ST 증기 터빈

Claims

로터축의 축선을 중심으로 한 직경 방향의 외측으로부터 로터를 둘러싸고, 상기 로터와의 사이에 상기 축선이 뻗는 방향으로 유체가 흐르는 제1 공간을 형성하는 내측 케이싱과,
상기 로터 및 상기 내측 케이싱을 둘러쌈과 함께, 상기 제1 공간을 흐른 유체가 배출되는 제2 공간을 상기 내측 케이싱과의 사이에 형성하고, 상기 축선에 직교하는 방향의 제1측에 출구를 갖는 외측 케이싱과,
상기 내측 케이싱의 하류 측에 배치되어 상기 제1 공간과 연통하는 디퓨저 공간을 형성하고, 상기 하류 측을 향함에 따라 직경 방향 외측을 향하여, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 연통시키는 디퓨저를 구비하며,
상기 디퓨저는,
상기 제1 공간을 형성하는 상기 로터축의 외주면과 연속하도록 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 베어링 콘을 구비하고,
상기 베어링 콘의 상기 하류 측의 단가장자리는,
상기 축선에 직교하는 방향에 있어서의 제1측의 제1 콘 단부와 상기 축선의 사이의 거리보다, 상기 제1측과는 반대 측의 제2측의 제2 콘 단부와 상기 축선의 사이의 거리 쪽이 큰 오벌 형상을 이루고,
상기 베어링 콘은,
상기 축선을 포함하는 단면시에서, 축선 방향의 동일 위치에 있어서, 상기 축선보다도 배기 측에 있어서 상기 베어링 콘의 축선 상류 측의 단가장자리에 가까운 측의 접선과 상기 축선이 이루는 각도를 각도 θe로 하고, 상기 축선보다도 반배기 측에 있어서 상기 베어링 콘의 축선 상류 측의 단가장자리에 가까운 측의 접선과 상기 축선이 이루는 각도를 각도 θa로 할 때, θa>θe≥0를 만족하는 배기실.
청구항 1에 있어서,
상기 디퓨저는,
상기 내측 케이싱의 하류 측의 단가장자리로부터 상기 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 플로 가이드를 구비하며,
상기 플로 가이드는,
상기 축선보다 제1측에 형성된 제1 가이드부와, 상기 축선보다 제2측에 형성된 제2 가이드부를 구비하고,
상기 축선을 포함하는 단면시에서, 상기 제2 가이드부의 접선과 상기 축선이 이루는 각도는, 상기 제2 가이드부의 접선과 상기 축선 방향에서 동일 위치의 상기 제1 가이드부의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다 큰 배기실.
청구항 1에 있어서,
상기 디퓨저는,
상기 내측 케이싱의 하류 측의 단가장자리로부터 상기 축선 방향의 하류 측으로 뻗는 통상을 이루고, 상기 축선 방향의 하류 측을 향함에 따라 점차 확경하는 플로 가이드를 구비하며,
상기 플로 가이드는,
상기 축선보다 제1측에 형성된 제1 가이드부와, 상기 축선보다 제2측에 형성된 제2 가이드부를 구비하고,
상기 축선을 포함하는 단면시에서, 상기 제2 가이드부의 가장 제2측에 위치하는 제2측 가이드 단부와 상기 축선과의 직경 방향에 있어서의 거리는, 상기 제2측 가이드 단부와 축선 방향에서 동일 위치의 상기 제1 가이드부와 상기 축선과의 직경 방향에 있어서의 거리보다 크며,
상기 제2측 가이드 단부에 있어서의 접선과 상기 축선이 이루는 각도는, 상기 제2측 가이드 단부와 축선 방향에서 동일 위치의 상기 제1 가이드부의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다 큰 배기실.
청구항 2에 있어서,
상기 제1측의 제1 콘 단부는, 상기 제2측의 제2 콘 단부보다, 상기 축선 방향의 하류 측에 위치하는 배기실.
청구항 3에 있어서,
상기 제1측의 제1 콘 단부는, 상기 제2측의 제2 콘 단부보다, 상기 축선 방향의 하류 측에 위치하는 배기실.
청구항 1에 있어서,
상기 베어링 콘 중, 상기 축선으로부터의 거리가 가장 큰 단부는, 상기 축선을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서의 가장 제2측의 위치보다, 상기 로터축의 회전 방향에 있어서의 전방으로 어긋난 위치에 배치되어 있는 배기실.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 배기실을 구비하는 증기 터빈.