KR102345536B1

KR102345536B1 - 배기 케이싱, 및 이것을 구비하는 증기 터빈

Info

Publication number: KR102345536B1
Application number: KR1020197022674A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 가즈유키 마츠모토
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2021-12-31
Also published as: JP2018131934A; DE112018000823T5; US20190353053A1; KR20190099324A; US10895169B2; JP6731359B2; CN110249114A; WO2018151158A1; CN110249114B

Abstract

배기 케이싱(25)은, 디퓨저(26)에 연통하는 외측 케이싱(30)을 구비한다. 외측 케이싱(30)은, 배기 공간(30s)의 축선 하류측(Dad)의 에지를 획정하는 하류측 단부판(32)과, 하류측 단부판(32)에 접속되어 있는 경사판(38)을 갖는다. 경사판(38)은, 직경 방향 외측(Dro)을 향함에 따라서 점차 축선 상류측(Dau)을 향하여 넓어진다. 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)의 직경 방향 외측(Dro)의 단에 있어서의 접선(Lt)에 대한 경사판(38)의 경사 내면(39)의 각도이며, 접선(Lt)을 기준으로 하여 축선 상류측 Dau의 상류측 각도(θ1)가 축선 하류측(Dad)의 하류측 각도(θ2)보다 크다.

Description

배기 케이싱, 및 이것을 구비하는 증기 터빈

본 발명은, 배기 케이싱, 및 이것을 구비하는 증기 터빈에 관한 것이다.

본원은, 2017년 2월 14일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2017-024902호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.

증기 터빈은, 터빈 로터의 최종 동익 열로부터 유출된 증기를 외부에 유도하는 배기 케이싱을 구비하고 있다. 이 배기 케이싱은, 디퓨저와, 외측 케이싱을 갖는다. 디퓨저는, 축선에 대하여 환상을 이루고, 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 직경 방향 외측을 향하는 디퓨저 공간을 형성한다. 디퓨저는, 디퓨저 공간의 직경 방향 외측의 에지를 획정하는 외측 디퓨저(또는, 스팀 가이드, 플로 가이드)와, 디퓨저 공간의 직경 방향 내측의 에지를 획정하는 내측 디퓨저(또는 베어링 콘)를 갖는다. 디퓨저 공간 내에는, 터빈 로터의 최종 동익 열로부터 유출된 증기가 유입된다. 외측 케이싱은, 디퓨저에 연통하고, 디퓨저의 외주를 축선에 대한 주위 방향으로 넓혀, 디퓨저 공간으로부터 유입된 증기를 외부에 유도하는 배기 공간을 형성한다.

예를 들어, 이하의 특허문헌 1에 기재된 증기 터빈에 있어서의 외측 케이싱은, 배기 공간의 축선 하류측의 에지를 획정하는 하류측 단부판과, 배기 공간의 직경 방향 외측의 에지를 획정하는 측 주판을 갖는다. 하류측 단부판은, 축선에 대하여 수직으로, 내측 디퓨저의 직경 방향 외측단으로부터 직경 방향 외측으로 넓어지고 있다. 측 주판은, 하류측 단부판에 접속되어, 축선을 중심으로 하여 주위 방향으로 넓어지고 있다.

일본 특허 공개 제2006-329148호 공보

배기 케이싱 내에서는, 최종 동익 열로부터 유출된 증기의 압력 회복이 도모된다. 이 압력 회복량이 클수록, 최종 동익 열로부터 유출된 직후의 증기 압력이 낮아져, 터빈 효율이 향상된다. 이 때문에, 배기 케이싱 내를 흐르는 증기의 압력 손실을 저감시켜, 압력 회복량을 크게 하는 것이 요망되고 있다.

그래서, 본 발명은, 증기의 압력 손실을 저감시켜서, 압력 회복량을 크게 할 수 있는 배기 케이싱, 및 이 배기 케이싱을 구비하는 증기 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태의 배기 케이싱은,

축선을 중심으로 하여 회전하는 증기 터빈 로터의 최종 동익 열로부터 유출된 증기를 외부에 유도하는 배기 케이싱에 있어서, 디퓨저와 외측 케이싱을 구비한다. 상기 디퓨저는, 상기 최종 동익 열로부터 유출된 증기가 유입되고, 상기 축선에 대하여 환상을 이루고, 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 상기 축선에 대한 직경 방향 외측을 향하는 디퓨저 공간을 형성한다. 상기 외측 케이싱은, 상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되는 배기구를 갖고, 상기 디퓨저에 연통하고, 상기 디퓨저의 외주를 상기 축선에 대한 주위 방향으로 넓혀, 상기 디퓨저 공간으로부터 유입된 증기를 상기 배기구에 유도하는 배기 공간을 형성한다.

상기 디퓨저는, 외측 디퓨저와 내측 디퓨저를 갖는다. 상기 외측 디퓨저는, 상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 직경 방향 외측의 에지를 획정한다. 상기 내측 디퓨저는, 상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 에지를 획정한다.

상기 외측 케이싱은, 하류측 단부판과 경사판과 측 주판을 갖는다. 상기 하류측 단부판은, 상기 내측 디퓨저의 상기 직경 방향 외측의 에지로부터 상기 직경 방향 외측으로 넓어져, 상기 배기 공간의 상기 축선 하류측의 에지를 획정한다. 상기 경사판은, 상기 축선을 기준으로 하여 상기 배기구와 반대측의 영역에서, 상기 하류측 단부판보다도 상기 직경 방향 외측에 배치되고, 상기 직경 방향 외측을 향함에 따라서 점차 축선 상류측을 향하여 넓어져, 상기 배기 공간의 상기 직경 방향 외측의 에지의 일부를 획정한다. 상기 측 주판은, 상기 하류측 단부판 및 상기 경사판에 접속되고, 상기 축선을 중심으로 하여 주위 방향으로 넓어져, 상기 배기 공간의 상기 직경 방향 외측의 에지의 다른 일부를 획정한다.

상기 경사판에서, 상기 축선을 기준으로 하여 상기 배기구와 정반대 위치에 있어서의 상기 축선 상류측의 에지는, 상기 외측 디퓨저의 상기 직경 방향 외측의 단으로부터 넓어지고 또한 상기 하류측 단부판과 평행한 가상 평면을 기준으로 하여, 상기 축선 상류측에 위치한다. 상기 외측 디퓨저의 내주면의 상기 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선에 대한, 상기 경사판으로 상기 배기 공간을 획정하는 경사 내면의 각도이며, 상기 배기 공간 내에서 상기 접선을 기준으로 하여 상기 축선 상류측의 상류측 각도가, 상기 접선에 대한 상기 경사 내면의 각도이며, 상기 배기 공간 내에서 상기 접선을 기준으로 하여 상기 축선 하류측의 하류측 각도보다 크다.

배기 공간 내에서 축선을 기준으로 하여 배기구와 반대측의 영역 내에서는, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향이, 거의, 외측 디퓨저의 내주면의 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선이 연장하는 접선 방향이 된다. 당해 배기 케이싱에서는, 상류측 각도가 하류측 각도보다 크다. 이 때문에, 당해 배기 케이싱에서는, 배기구와 반대측의 영역 내에서, 거의 접선 방향으로 흐르는 증기가 경사판의 경사 내면에 충돌해도, 경사 내면을 따라 축선 상류측으로 흐르는 증기량이, 경사 내면을 따라 축선 하류측으로 흐르는 증기량보다 많아진다. 이 때문에, 당해 배기 케이싱에서는, 배기 케이싱 내를 역류하는 증기량을 적게 할 수 있다.

따라서, 당해 배기 케이싱에서는, 배기 케이싱 내에 있어서의 증기의 압력 손실이 작게 되고, 최종 동익 열로부터 유출된 증기의 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

그런데, 배기구와 반대측의 영역 내에서, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향은, 정확하게는, 외측 디퓨저의 내주면의 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선이 연장하는 접선 방향이 되지 않는다. 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기는, 하류측 단부판의 존재에 의해, 접선 방향을 향하여 흐르면서, 약간 축선 상류측을 향하여 흐른다. 즉, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향은, 접선 방향의 성분 이외에 약간 축선 상류측의 방향 성분을 포함한다.

이 때문에, 가령, 경사판에서, 축선을 기준으로 하여 배기구와 정반대 위치에 있어서의 축선 상류측의 에지가, 접선 상에 위치하는 경우, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기는, 경사판의 에지에 충돌하게 된다. 그래서, 당해 배기 케이싱에서는, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기가 경사판의 경사 내면에 충돌하도록, 경사판에서, 축선을 기준으로 하여 배기구와 정반대 위치에 있어서의 축선 상류측의 에지를, 내측 디퓨저의 직경 방향 외측의 단으로부터 넓어지고 또한 하류측 단부판과 평행한 가상 평면을 기준으로 하여 축선 상류측에 위치시키고 있다.

여기서, 상기 배기 케이싱에 있어서, 상기 상류측 각도는, 100° 이상이어도 된다.

또한, 이상의 어느 것의 상기 배기 케이싱에 있어서, 상기 경사판의 상기 축선 상류측의 에지는, 상기 정반대 위치에서 상기 축선에 대한 주위 방향으로 상기 배기구에 가까워짐에 따라서 점차 상기 축선 하류측으로 변위되고, 상기 경사판의 축선 방향의 길이가, 상기 정반대 위치에서 상기 주위 방향으로 상기 배기구에 가까워짐에 따라서 점차 짧아지고 있어도 된다.

배기 공간 내에서 축선을 기준으로 하여 배기구와 정반대 위치에서, 주위 방향으로 배기구에 가까워짐에 따라서, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향 성분은, 외측 디퓨저의 내주면의 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선이 연장하는 접선 방향의 성분보다도, 축선에 대한 주위 방향으로 배기구에 가까워지는 측의 방향 성분의 쪽이 많아진다. 이것은, 배기구와 정반대 위치보다도 주위 방향으로 배기구에 가까운 영역 내에는, 배기구와 정반대 위치의 측으로부터, 주위 방향 성분을 많이 포함하는 증기가 유입하기 때문이다. 이와 같이, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향 성분 중, 주위 방향으로 배기구에 가까워지는 측의 방향 성분의 쪽이 많아지면, 가령 증기가 측 주판에 충돌해도, 역류하는 증기의 유량은 적어진다.

이 때문에, 배기 공간 내에서 배기구와 정반대 위치에서 주위 방향으로 배기구에 가까워짐에 따라서, 점차 경사판의 존재 의의가 작아진다. 또한, 경사판을 설치한 경우, 배기 케이싱 내의 유로 단면적이 작아지기 위해서, 배기구측의 영역 내에 있어서의 증기의 압력 손실이 커진다. 따라서, 경사판은, 당해 배기 케이싱과 같이, 축선 방향의 길이가, 정반대 위치에서 주위 방향으로 배기구에 가까워짐에 따라서 점차 짧아져도 된다.

이상의 어느 것의 상기 배기 케이싱에 있어서, 상기 경사판은, 상기 축선보다도 상기 배기구의 측에는 존재하지 않아도 된다.

배기 공간 내에서 축선보다도 배기구측에서는, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향 성분은, 외측 디퓨저의 내주면의 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선이 연장하는 접선 방향의 성분보다도, 축선에 대한 주위 방향으로 배기구에 가까워지는 측의 방향 성분의 쪽이 많다. 이 때문에, 배기구측의 영역 내에서는, 배기구와 반대측의 영역 내와 같이 증기의 역류는 실질적으로 존재하지 않는다. 따라서, 경사판은, 당해 배기 케이싱과 같이, 압력 손실의 관점 등에서, 축선보다도 배기구측에는 존재하지 않는 것이 바람직하다.

이상의 어느 것의 상기 배기 케이싱에 있어서, 상기 외측 케이싱은, 상기 하류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지와 상기 경사판의 상기 축선 하류측의 에지를 접속하는 하류측 접속판을 갖고, 상기 하류측 접속판은, 상기 하류측 단부판으로 상기 배기 공간을 획정하는 하류측 내면으로부터 상기 직경 방향 외측을 향함에 따라서 점차 상기 축선 상류측으로 구부러지고, 상기 하류측 내면과 상기 경사판의 상기 경사 내면을 원활하게 접속하는 곡면을 가져도 된다.

당해 배기 케이싱에서는, 하류측 단부판과 경사판 사이에 하류측 접속판이 개재함으로써, 하류측 단부판과 경사판의 각이 없어진다. 이 때문에, 당해 배기 케이싱에서는, 하류측 단부판의 직경 방향 외측의 에지 근방의 증기의 순환 영역이 작아지거나, 또는 증기의 순환 영역이 없어진다.

이상의 어느 것의 상기 배기 케이싱에 있어서, 상기 외측 케이싱은, 상기 하류측 단부판과 축선 방향으로 대향하여, 상기 배기 공간의 상기 축선 상류측의 에지를 획정하는 상류측 단부판을 갖고, 상기 경사판은, 상기 정반대 위치에 있어서의 상기 축선 상류측의 에지가 상기 상류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지에 접속되어도 된다.

당해 배기 케이싱에서도, 이상에서 설명한 배기 케이싱과 마찬가지로, 배기 공간 내에서 배기구와 반대측의 영역 내에서는, 외측 디퓨저의 내주면을 따라서 배기 공간에 유입된 증기의 흐름 방향이, 거의, 외측 디퓨저의 내주면의 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선이 연장하는 접선 방향이 된다. 이 증기가 경사판의 경사 내면에 충돌하면, 이 증기 중 대부분이 경사 내면을 따라 축선 상류측으로 흐른다. 당해 배기 케이싱의 경사판은, 정반대 위치에 있어서의 축선 상류측의 에지가 상류측 단부판의 직경 방향 외측의 에지까지 연장하고, 경사판의 정반대 위치에 있어서의 축선 방향의 길이가 길다. 이 때문에, 당해 배기 케이싱에서는, 증기가 경사판의 경사 내면에 충돌한 후, 경사 내면을 따라 축선 상류측으로 흐르는 증기의 흐름이 안정된다.

이상의 어느 것의 상기 배기 케이싱에 있어서, 상기 외측 케이싱은, 상기 하류측 단부판과 축선 방향으로 대향하여, 상기 배기 공간의 상기 축선 상류측의 에지를 획정하는 상류측 단부판과, 상기 경사판의 상기 축선 상류측의 에지와 상기 상류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지를 접속하는 상류측 접속판을 갖고, 상기 상류측 접속판은, 상기 경사판의 상기 경사 내면으로부터 상기 축선 상류측을 향함에 따라서 점차 상기 직경 방향 내측으로 구부러지고, 상기 경사 내면과 상기 상류측 단부판으로 상기 배기 공간을 획정하는 상류측 내면을 원활하게 접속하는 곡면을 가져도 된다.

당해 배기 케이싱에서는, 경사판과 상류측 단부판 사이에 상류측 접속판이 개재함으로써, 경사판과 상류측 단부판의 각이 없어진다. 이 때문에, 당해 배기 케이싱에서는, 상류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지 근방의 증기 순환 영역이 작아지거나, 또는 증기의 순환 영역이 없어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태의 증기 터빈은,

이상의 어느 것의 상기 배기 케이싱과, 상기 증기 터빈 로터와, 상기 증기 터빈 로터의 외주측에 배치되어 있는 통 형상의 내측 케이싱과, 상기 내측 케이싱의 내주측에 배치되고, 직경 방향 외측의 단이 상기 내측 케이싱에 설치되어 있는 정익 열을 구비한다.

본 발명의 일 양태에 관한 배기 케이싱에서는, 증기의 압력 손실을 저감시켜서, 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 제1 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 전체 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 제1 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 3은, 도 2에 있어서의 III-III선 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 제1 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 전체 사시도이다.
도 5는, 비교예에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 6은, 도 5에 있어서의 VI-VI선 단면도이다.
도 7은, 본 발명에 관한 제2 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 8은, 도 7에 있어서의 VIII-VIII선 단면도이다.
도 9는, 본 발명에 관한 제3 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 10은, 본 발명에 관한 제4 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 11은, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 제1 변형예에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 12는, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 제2 변형예에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 배기 케이싱을 구비하는 증기 터빈의 각종 실시 형태, 또한, 배기 케이싱의 각종 변형예에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

「제1 실시 형태」

본 발명에 관한 증기 터빈의 제1 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

제1 실시 형태의 증기 터빈 ST는, 이분류 배기형의 증기 터빈이다. 이 때문에, 이 증기 터빈 ST는, 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 증기 터빈부(10a)와 제2 증기 터빈부(10b)를 구비한다. 제1 증기 터빈부(10a) 및 제2 증기 터빈부(10b)는 모두, 축선 Ar을 중심으로 하여 회전하는 터빈 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. 또한, 이하에서는, 이 축선 Ar을 중심으로 한 주위 방향을 단순히 주위 방향 Dc로 하고, 축선 Ar에 대하여 수직인 방향을 직경 방향 Dr로 한다. 또한, 이 직경 방향 Dr에서 축선 Ar의 측을 직경 방향 내측 DriDri, 그 반대측을 직경 방향 외측 Dro로 한다.

제1 증기 터빈부(10a)와 제2 증기 터빈부(10b)는, 증기 유입관(19)을 공유한다. 제1 증기 터빈부(10a)에서, 이 증기 유입관(19)을 제외하는 부품은, 이 증기 유입관(19)을 기준으로 하여 축선 방향 Da의 일방측에 배치되어 있다. 또한, 제2 증기 터빈부(10b)에서, 이 증기 유입관(19)을 제외하는 부품은, 이 증기 유입관(19)을 기준으로 하여 축선 방향 Da의 타방측에 배치되어 있다. 또한, 각 증기 터빈부(10a, 10b)에 있어서, 전술한 축선 방향 Da에서 증기 유입관(19)의 측을 축선 상류측 Dau, 그 반대측을 축선 하류측 Dad로 한다.

제1 증기 터빈부(10a)의 구성과 제2 증기 터빈부(10b)의 구성은, 기본적으로 동일하다. 이 때문에, 이하에서는, 제1 증기 터빈부(10a)에 대하여 주로 하여 설명한다.

터빈 로터(11)는, 축선 Ar을 중심으로 하여 축선 방향 Da로 연장되는 로터축(12)과, 이 로터축(12)에 설치되어 있는 복수의 동익 열(13)을 갖는다. 터빈 로터(11)는, 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능하게 베어링(18)으로 지지되어 있다. 복수의 동익 열(13)은, 축선 방향 Da로 나열되어 있다. 각 동익 열(13)은 모두, 주위 방향 Dc로 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 Ar을 중심으로 하여 일체 회전한다.

케이싱(20)은, 내측 케이싱(21)과, 배기 케이싱(25)을 갖는다. 내측 케이싱(21)은, 축선 Ar을 중심으로 하여 거의 원추상의 공간을 형성한다. 터빈 로터(11)의 복수의 동익 열(13)은, 이 원추상의 공간 내에 배치되어 있다. 복수의 정익 열(17)은, 축선 방향 Da로 나열하여, 이 원추상의 공간 내에 배치되어 있다. 복수의 정익 열(17)의 각각은, 복수의 동익 열(13) 중 어느 하나의 동익 열(13)의 축선 상류측 Dau에 배치되어 있다. 복수의 정익 열(17)은, 내측 케이싱(21)에 고정되어 있다.

배기 케이싱(25)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 디퓨저(26)와, 외측 케이싱(30)을 갖는다. 디퓨저(26)는, 축선 Ar에 대하여 환상을 이루고, 축선 하류측 Dad를 향함에 따라서 점차 직경 방향 외측을 향하는 디퓨저 공간(26s)을 형성한다. 디퓨저 공간(26s) 내에는, 터빈 로터(11)의 최종 동익 열(13a)로부터 유출된 증기가 유입한다. 또한, 최종 동익 열(13a)이란, 복수의 동익 열(13) 중, 가장 축선 하류측 Dad에 배치되어 있는 동익 열(13)이다. 디퓨저(26)는, 디퓨저 공간(26s)의 직경 방향 외측 Dro의 에지를 획정하는 외측 디퓨저(또는, 스팀 가이드, 플로 가이드)(27)와, 디퓨저 공간(26s)의 직경 방향 내측 Dri의 에지를 획정하는 내측 디퓨저(또는 베어링 콘)(29)를 갖는다. 외측 디퓨저(27)는, 축선 Ar에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류측 Dad를 향함에 따라서 점차 직경 방향 외측 Dro를 향하여 넓어지고 있다. 내측 디퓨저(29)도, 축선 Ar에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류측 Dad를 향함에 따라서 점차 직경 방향 외측 Dro를 향하여 넓어지고 있다. 외측 디퓨저(27)는, 내측 케이싱(21)에 접속되어 있다. 또한, 내측 디퓨저(29)는, 외측 케이싱(30)에 접속되어 있다.

외측 케이싱(30)은, 배기구(31)를 갖는다. 이 배기구(31)는, 내부로부터 직경 방향 외측 Dro이며 연직 하측 방향을 향하여 개구되어 있다. 이 배기구(31)에는, 증기를 물로 되돌리는 복수기 Co가 접속되어 있다. 따라서, 본 실시 형태의 증기 터빈 ST는, 하방 배기형의 복수 증기 터빈이다. 이 외측 케이싱(30)은, 디퓨저(26)에 연통한 배기 공간(30s)을 형성한다. 이 배기 공간(30s)은, 디퓨저(26)의 외주를 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc로 넓혀, 디퓨저 공간(26s)으로부터 유입된 증기를 배기구(31)에 유도한다. 외측 케이싱(30)은, 하류측 단부판(32)과, 상류측 단부판(34)과, 측 주판(36)과, 경사판(38)을 갖는다.

하류측 단부판(32)은, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 내측 디퓨저(29)의 직경 방향 외측 Dro의 에지로부터 직경 방향 외측 Dro로 넓어져, 배기 공간(30s)의 축선 하류측 Dad의 에지를 획정한다. 이 하류측 단부판(32)은, 실질적으로 축선 Ar에 대하여 수직하다. 하류측 단부판(32)에서, 축선 Ar보다 상측의 부분은, 거의 반원형을 이루고 있다. 한편, 하류측 단부판(32)에서, 축선 Ar보다 하측 부분은, 거의 직사각형을 이루고 있다. 이 하류측 단부판(32)의 하부 에지는, 배기구(31)의 에지 일부를 형성한다.

경사판(38)은, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 반대측, 즉 축선 Ar에 대하여 상측의 영역에 배치되어 있다. 이 경사판(38)은, 하류측 단부판(32)의 직경 방향 외측 Dro의 에지, 본 실시 형태에서는, 하류측 단부판(32)의 상향의 에지에 접속되어 있다. 경사판(38)은, 하류측 단부판(32)의 상향의 에지로부터 직경 방향 외측 Dro를 향함에 따라서 점차 축선 상류측 Dau를 향하여 넓어지고 있다. 이 경사판(38)은, 축선 Ar보다도 상측의 부분에 있어서의 배기 공간(30s)의 직경 방향 외측 Dro의 에지의 일부를 획정한다.

측 주판(36)은, 하류측 단부판(32) 및 경사판(38)에 접속되어, 축선 방향 Da로 넓어지고 또한 축선 Ar을 중심으로 하여 주위 방향 Dc로 넓어져, 배기 공간(30s)의 직경 방향 외측 Dro의 에지의 나머지 부분을 획정한다. 이 측면 둘레판(36)은, 상측이 반원통을 이루는 어묵형(semi-cylindrical shape)이다. 이 측 주판(36)의 하부 에지는, 배기구(31)의 에지의 일부를 형성한다.

상류측 단부판(34)은, 디퓨저(26)보다도 축선 상류측 Dau에 배치되어 있다. 이 상류측 단부판(34)은, 내측 케이싱(21)의 외주면(21o)으로부터 직경 방향 외측 Dro로 넓어져, 배기 공간(30s)의 축선 상류측 Dau의 에지를 획정한다. 이 상류측 단부판(34)은, 실질적으로 축선 Ar에 대하여 수직이다. 따라서, 이 상류측 단부판(34)은, 축선 방향 Da로 간격을 두어 하류측 단부판(32)과 대향하고 있다. 상류측 단부판(34)의 하부 에지는, 배기구(31)의 에지 일부를 형성한다. 이 상류측 단부판(34)의 직경 방향 외측 Dro의 에지 중, 배기구(31)의 에지를 형성하는 부분을 제외하는 부분은, 측 주판(36)에 접속되어 있다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 증기 터빈부(10a)의 외측 케이싱(30)과 제2 증기 터빈부(10b)의 외측 케이싱(30)은, 서로 접속되어서 일체화되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 경사판(38)에서, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 정반대 위치 Po에 있어서의 축선 상류측 Dau의 에지(이하, 상류 에지로 함)(38u)는, 내측 디퓨저(29)의 직경 방향 외측 Dro의 단으로부터 넓어지고 또한 하류측 단부판(32)과 평행한 가상 평면 Pv를 기준으로 하여 축선 상류측 Dau에 위치하고 있다. 또한, 경사판(38) 중의 정반대 위치 Po는, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 축선 Ar의 연직 상방의 위치이다. 또한, 경사판(38)에서, 축선 하류측 Dad의 에지는, 경사판(38)과 하류측 단부판(32)의 접속부이다.

경사판(38)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 정반대 위치 Po로부터 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc로 넓어지고 있다. 경사판(38)의 축선 상류측 Dau의 에지는, 정반대 위치 Po로부터, 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc로 배기구(31)에 가까워짐에 따라서 점차 축선 하류측 Dad에 변위하고 있다. 이 때문에, 경사판(38)의 축선 방향 Da의 길이는, 정반대 위치 Po로부터 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc에서 배기구(31)에 가까워짐에 따라서 점차 짧아지고 있다. 이 경사판(38)은, 축선 Ar보다 하방에는 존재하지 않는다. 바꾸어 말하면, 이 경사판(38)은, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)측에는 존재하지 않는다.

경사판(38)에서 배기 공간(30s)을 획정하는 경사 내면(39)의 각도에 대하여 설명한다.

여기서, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)의 직경 방향 외측 Dro의 단에 있어서의 접선 Lt에 대한 경사 내면(39)의 각도이며, 배기 공간(30s) 내에서 접선 Lt를 기준으로 하여 축선 상류측 Dau의 각도를 상류측 각도 θ1로 한다. 또한, 접선 Lt에 대한 경사 내면(39)의 각도이며, 배기 공간(30s) 내에서 접선 Lt를 기준으로 하여 축선 하류측 Dad의 각도를 하류측 각도 θ2로 한다. 본 실시 형태에서는, 상류측 각도 θ1이 하류측 각도 θ2보다 크다. 상류측 각도 θ1은, 예를 들어 100° 이상이다.

이어서, 이상에서 설명한 배기 케이싱(25)의 효과에 대하여 설명하기 전에, 비교예의 배기 케이싱에 대해서, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

비교예의 배기 케이싱(25x)은, 본 실시 형태의 배기 케이싱(25)과 마찬가지로, 디퓨저(26)와, 외측 케이싱(30x)을 갖는다. 비교예의 디퓨저(26)는, 본 실시 형태의 디퓨저(26)와 동일하다. 한편, 비교예의 외측 케이싱(30x)은, 본 실시 형태의 외측 케이싱(30)과 상이하다. 비교예의 외측 케이싱(30x)은, 하류측 단부판(32x)과, 상류측 단부판(34)과, 측 주판(36x)을 갖지만, 본 실시 형태의 외측 케이싱(30)에 있어서의 경사판(38)을 갖고 있지 않다. 이 때문에, 비교예에서는, 하류측 단부판(32x)에서 상향 에지에, 축선 방향 Da로 넓어지고 또한 축선 Ar을 중심으로 하여 주위 방향 Dc로 넓어지는 측 주판(36x)이 직접 접속되어 있다. 축선 Ar을 포함하는 가상 평면 중에서, 하류측 단부판(32x)에 대한 측 주판(36x)의 각도는 실질적으로 90°이다.

이 비교예에 있어서, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)의 직경 방향 외측 Dro의 단에 있어서의 접선 Lt에 대한, 측 주판(36x)으로 배기 공간(30s)을 획정하는 측면 둘레 내면(37)의 각도에 대하여 설명한다. 여기서, 접선 Lt에 대한 측면 둘레 내면(37)에 대한 각도이며, 배기 공간(30s) 내에서 접선 Lt를 기준으로 하여 축선 상류측 Dau의 각도를 상류측 각도 θ1로 한다. 또한, 접선 Lt에 대한 측면 둘레 내면(37)에 대한 각도이며, 배기 공간(30s) 내에서 접선 Lt를 기준으로 하여 축선 하류측 Dad의 각도를 하류측 각도 θ2로 한다. 이 비교예에서는, 본 실시 형태와 상이하게, 상류측 각도 θ1이 하류측 각도 θ2보다 작다. 바꾸어 말하면, 이 비교예에서는, 하류측 각도 θ2가 상류측 각도 θ1보다 크다.

이 비교예의 배기 케이싱(25x) 내의 증기의 흐름을 해석한 결과, 이 배기 케이싱(25x) 내에서는 증기가 이하와 같이 흐르는 것이 판명되었다.

배기 공간(30s) 내에서 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 반대측의 영역 내에서는, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기의 흐름 방향이, 거의, 전술한 접선 Lt가 연장하는 접선 방향이 된다. 배기 공간(30s) 내에서 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 반대측의 영역 내에서, 거의 접선 방향으로 흐르는 증기가 측 주판(36x)의 측면 둘레 내면(37)에 충돌하면, 일부가 측면 둘레 내면(37)을 따라 축선 상류측 Dau로 흐르고, 다른 일부가 측면 둘레 내면(37)을 따라 축선 하류측 Dad로 흐른다.

측면 둘레 내면(37)을 따라 축선 상류측 Dau로 흐른 증기는, 흐름의 방향이 점차 주위 방향이 되고, 이 측면 둘레 내면(37)을 따라 배기구(31)측으로 흐른다. 한편, 측면 둘레 내면(37)을 따라 축선 하류측 Dad로 흘러든 증기는, 하류측 단부판(32x) 및 내측 디퓨저(29)를 따라, 최종 동익 열(13a)의 기초부측으로 흐른다. 즉, 디퓨저 공간(26s) 내에 있어서, 외측 디퓨저(27)측에서는 직경 방향 외측 Dro에 증기가 흐르지만, 내측 디퓨저(29)측에서는 직경 방향 내측 Dri에 증기가 역류한다. 디퓨저 공간(26s) 내를 역류한 증기는, 외측 디퓨저(27)측에 의해 다시 직경 방향 외측 Dro로 흐른다. 이 때문에, 배기 케이싱(25x) 내에는, 증기가 순환하는 순환 영역 Z1이 형성된다.

비교예에서는, 전술한 바와 같이, 하류측 각도 θ2가 상류측 각도 θ1보다 크기 때문에, 거의 전술한 접선 방향으로 흐르는 증기가 측 주판(36x)의 측면 둘레 내면(37)에 충돌하면, 측면 둘레 내면(37)을 따라 축선 상류측 Dau로 흐르는 증기량보다, 측면 둘레 내면(37)을 따라 축선 하류측 Dad로 흐르는 증기량의 쪽이 많아진다. 이 때문에, 비교예에서는, 배기 케이싱(25x) 내를 역류하는 증기량이 많아진다. 바꾸어 말하면, 비교예에서는, 배기 케이싱(25x) 내에 있어서의 순환 영역 Z1이 커진다.

이상과 같이, 비교예에서는, 배기 케이싱(25x) 내의 유로 단면적 중, 일부를 증기의 배기에 유효하게 이용할 수 없게 되기 때문에, 배기 케이싱(25x) 내에 있어서의 증기의 압력 손실이 커진다.

증기 터빈 ST에 유입하는 증기 유량이 적은 저부하 운전의 경우나, 복수기 Co 내가 저진공도인 경우에는, 증기가 동익의 직경 방향 외측 Dro(선단측)에 편류한다. 이 때문에, 디퓨저 공간(26s) 내에 유입된 증기 중에서, 외측 디퓨저(27)측의 증기 유량이 내측 디퓨저(29)측의 증기 유량보다도 많아진다. 즉, 저부하 운전의 경우나, 복수기 Co 내가 저진공도인 경우에는, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따른 증기의 흐름이 많아진다. 따라서, 비교예에서는, 저부하 운전의 경우나, 복수기 Co 내가 저진공도인 경우, 배기 케이싱(25x) 내에서 증기가 역류하는 양이 보다 많아지고, 배기 케이싱(25x) 내에서의 증기의 압력 손실이 보다 커진다.

한편, 배기 공간(30s) 내에서 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)측의 영역 내에서는, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기의 흐름 방향이, 이 내주면(27pi)의 직경 방향 외측 Dro의 단에 있어서의 접선이 연장하는 접선 방향의 성분과, 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc에서 배기구(31)에 가까워지는 측의 방향 성분을 포함하는 방향이 된다. 이것은, 배기 케이싱(25x) 내의 배기구(31)와 반대측의 영역으로부터 주위 방향 Dc 성분을 많이 포함하는 증기가, 배기구(31)측의 영역 내를 흐르기 때문이다. 이 때문에, 배기구(31)측의 영역 내에서는, 배기구(31)와 반대측의 영역 내와 같이 증기의 역류가 실질적으로 발생하지 않는다.

본 실시 형태의 경우, 전술한 바와 같이, 상류측 각도 θ1이 하류측 각도 θ2보다 크다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 배기구(31)와 반대측의 영역 내에서, 거의 전술한 접선 방향으로 흐르는 증기가 경사판(38)의 경사 내면(39)에 충돌해도, 경사 내면(39)을 따라 축선 상류측 Dau로 흐르는 증기량이, 경사 내면(39)을 따라 축선 하류측 Dad로 흐르는 증기량보다 많아진다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 비교예보다도, 배기 케이싱(25) 내를 역류하는 증기량이 적어진다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에서는, 비교예보다도, 배기 케이싱(25) 내에 있어서의 순환 영역 Z1이 작아지고, 배기 케이싱(25) 내의 증기 유로 단면적 중에서 증기의 배기에 유효 이용할 수 있는 부분이 많아진다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 비교예보다도, 배기 케이싱(25) 내에 있어서의 증기의 압력 손실이 작아져, 최종 동익 열(13a)로부터 유출된 증기의 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

그런데, 배기구(31)와 반대측의 영역 내에서, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기의 흐름 방향은, 정확하게는, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)의 직경 방향 외측 Dro의 단에 있어서의 접선 Lt가 연장하는 접선 방향이 되지 않는다. 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기는, 하류측 단부판(32)의 존재에 의해, 접선 방향을 향하여 흐르면서, 약간 축선 상류측 Dau를 향하여 흐른다. 즉, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기의 흐름 방향은, 접선 방향의 성분 이외에 약간 축선 상류측 Dau의 방향 성분을 포함한다.

이 때문에, 가령, 경사판(38)에서, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 정반대 위치 Po에 있어서의 상류 에지(38u)가, 접선 Lt 상에 위치하는 경우, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기는, 경사판(38)과 측 주판(36)의 경계에 충돌하게 된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기가 경사판(38)에 충돌하도록, 경사판(38)에서, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 정반대 위치 Po에 있어서의 상류 에지(38u)를, 내측 디퓨저(29)의 직경 방향 외측 Dro의 단으로부터 넓어지고 또한 하류측 단부판(32)과 평행한 가상 평면 Pv를 기준으로 하여 축선 상류측 Dau에 위치시키고 있다.

본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 경사판(38)이 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)측에는 존재하지 않는다. 그러나, 경사판(38)의 일부가 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)측에 존재해도 된다. 단, 전술한 바와 같이, 배기구(31)측의 영역 내에서는, 증기의 역류가 실질적으로 존재하지 않기 때문에, 배기구(31)측에 경사판(38)을 마련하는 의의는 없다. 게다가, 경사판(38)을 마련한 경우, 배기 케이싱(25) 내의 유로 단면적이 작아지기 때문에, 배기구(31)측의 영역 내에 있어서의 증기의 압력 손실이 커진다. 따라서, 경사판(38)은, 본 실시 형태와 같이, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)측에는 존재하지 않는 것이 바람직하다.

「제2 실시 형태」

본 발명에 관한 증기 터빈의 제2 실시 형태에 대해서, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

제2 실시 형태의 증기 터빈은, 제1 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 외측 케이싱(30)의 구성만이 상이하다. 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 외측 케이싱(30a)도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 하류측 단부판(32)과, 상류측 단부판(34a)과, 측 주판(36a)과, 경사판(38a)을 갖는다. 단, 본 실시 형태의 경사판(38a)이, 제1 실시 형태의 경사판(38)과 상이하다. 본 실시 형태의 경사판(38a)에서, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 정반대 위치 Po에 있어서의 상류 에지(38au)는, 상류측 단부판(34a)의 직경 방향 외측 Dro의 에지에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에서, 경사판(38a)의 정반대 위치 Po에 있어서의 축선 방향 Da의 길이는, 제1 실시 형태의 경사판(38)의 동 길이보다 길다.

본 실시 형태의 경사판(38a)도, 도 8에 도시하는 바와 같이, 정반대 위치 Po로부터 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc로 넓어지고 있다. 이 경사판(38a)의 상류 에지(38au)의 에지는, 정반대 위치 Po로부터, 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc로 배기구(31)에 가까워짐에 따라서 점차 축선 하류측 Dad에 변위하고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 경사판(38a)의 축선 방향 Da의 길이도, 제1 실시 형태의 경사판(38)과 마찬가지로, 정반대 위치 Po로부터 축선 Ar에 대한 주위 방향 Dc로 배기구(31)에 가까워짐에 따라서 점차 짧아지고 있다. 본 실시 형태의 경사판(38a)은 전술한 바와 같이, 경사판(38a)의 정반대 위치 Po에 있어서의 축선 방향 Da의 길이가 제1 실시 형태의 경사판(38)의 동 길이보다 길다. 이 때문에, 본 실시 형태의 경사판(38a)에서 가장 배기구(31)측의 위치는, 제1 실시 형태의 경사판(38)에서 가장 배기구(31)측의 위치보다도 배기구(31)에 가깝다. 단, 본 실시예에서도 축선 Ar보다 하방, 바꾸어 말하면, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)측에, 경사판(38a)은 존재하지 않는다.

본 실시예에서도, 배기 공간(30s) 내에서 배기구(31)와 반대측의 영역 내에서는, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기의 흐름 방향이, 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)의 직경 방향 외측 Dro의 단에 있어서의 접선 Lt가 연장하는 접선 방향으로, 거의 된다. 이 증기가 경사판(38a)의 경사 내면(39)에 충돌하면, 이 증기 중 대부분이 경사 내면(39)을 따라 축선 상류측 Dau로 흐른다. 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 경사판(38a)의 정반대 위치 Po에 있어서의 축선 방향 Da의 길이가, 제1 실시 형태의 경사판(38)의 동 길이보다 길다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 증기가 경사판(38a)의 경사 내면(39)에 충돌한 후, 경사 내면(39)을 따라 축선 상류측 Dau로 흐르는 증기의 흐름이 안정된다. 이 결과, 본 실시 형태에서는, 증기가 경사판(38a)의 경사 내면(39)에 충돌한 후, 경사 내면(39)을 따라 축선 하류측 Dad로 흐르는 증기의 유량이, 제1 실시 형태보다도 적어진다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태보다도, 배기 케이싱(25a) 내를 역류하는 증기량이 적어지고, 배기 케이싱(25a) 내에 있어서의 증기의 순환 영역 Z1(도 5 참조)이 작아진다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태보다도, 배기 케이싱(25a) 내에 있어서의 증기의 압력 손실이 작아져, 최종 동익 열(13a)로부터 유출된 증기의 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 정반대 위치 Po에 있어서의 측면 둘레판(36a)의 직경 방향 Dr의 위치와 경사판(38a)의 상류 에지(38au)의 직경 방향 Dr의 위치가 상이하지만, 이들의 위치를 일치시켜도 된다.

「제3 실시 형태」

본 발명에 관한 증기 터빈의 제3 실시 형태에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다.

제3 실시 형태의 증기 터빈은, 제2 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 외측 케이싱(30a)의 구성만이 상이하다. 본 실시 형태의 외측 케이싱(30b)도, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 하류측 단부판(32b)과, 상류측 단부판(34a)과, 측면 둘레판(36a)과, 경사판(38b)을 갖는다. 본 실시 형태의 외측 케이싱(30b)은, 또한, 하류측 접속판(41)을 갖는다. 이 하류측 접속판(41)은, 하류측 단부판(32b)의 직경 방향 외측 Dro의 에지와 경사판(38b)의 축선 하류측 Dad의 에지를 접속한다. 이 하류측 접속판(41)은, 하류측 단부판(32b)으로 배기 공간(30s)을 획정하는 하류측 내면(33)으로부터 직경 방향 외측 Dro를 향함에 따라서 점차 축선 상류측 Dau로 구부러지고, 하류측 내면(33)과 경사판(38b)의 경사 내면(39)을 원활하게 접속하는 곡면(42)을 갖는다.

제2 실시 형태의 외측 케이싱(30a)에서는, 하류측 단부판(32)과 경사판(38a)의 각에 증기의 순환 영역 Z2(도 7 참조)이 형성된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 하류측 단부판(32b)과 경사판(38b) 사이에 하류측 접속판(41)을 개재시킴으로써, 하류측 단부판(32b)와 경사판(38b)의 각을 없애고 있다. 이 결과, 본 실시 형태에서는, 하류측 단부판(32b)의 직경 방향 외측 Dro의 에지 근방의 증기 순환 영역 Z2가 작아지거나, 또는 증기의 순환 영역 Z2가 없어진다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태보다도, 배기 케이싱(25b) 내의 증기 유로 단면적 중에서 증기의 배기에 유효하게 이용할 수 있는 부분이 많아지고, 최종 동익 열(13a)로부터 유출된 증기의 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는, 제2 실시 형태의 외측 케이싱(30a)을 변형한 것이지만, 제1 실시 형태의 외측 케이싱(30)을 본 실시 형태와 마찬가지로 변형해도 된다.

「제4 실시 형태」

본 발명에 관한 증기 터빈의 제4 실시 형태에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다.

제4 실시 형태의 증기 터빈은, 제3 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 외측 케이싱(30b)의 구성만이 상이하다. 본 실시 형태의 외측 케이싱(30c)도, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 하류측 단부판(32b)과, 상류측 단부판(34c)과, 측면 둘레판(36a)과, 경사판(38c)과, 하류측 접속판(41)을 갖는다. 본 실시 형태의 외측 케이싱(30c)은, 또한, 제1 상류측 접속판(43) 및 제2 상류측 접속판(45)을 갖는다.

제1 상류측 접속판(43)은, 경사판(38c)의 상류 에지(38cu)의 에지와 상류측 단부판(34c)의 직경 방향 외측 Dro의 에지를 접속한다. 이 제1 상류측 접속판(43)은, 경사판(38c)의 경사 내면(39)으로부터 축선 상류측 Dau를 향함에 따라서 점차 직경 방향 내측 Dri로 구부러지고, 경사판(38c)의 경사 내면(39)과 상류측 단부판(34c)으로 배기 공간(30s)을 획정하는 상류측 내면(35)을 원활하게 접속하는 곡면(44)을 갖는다. 제2 상류측 접속판(45)은, 상류측 단부판(34c)의 직경 방향 내측 Dri에 에지와 내측 케이싱(21)을 접속한다. 이 제2 상류측 접속판(45)은, 상류측 단부판(34c)의 상류측 내면(35)으로부터 직경 방향 내측 Dri를 항함에 따라서 점차 축선 하류측 Dad로 구부러지고, 상류측 단부판(34c)의 상류측 내면(35)과 내측 케이싱(21)으로 배기 공간(30s)을 획정하는 외주면(21o)을 원활하게 접속하는 곡면(46)을 갖는다.

제3 실시 형태의 외측 케이싱(30b)에서는, 경사판(38b)과 상류측 단부판(34a)의 각에 증기의 순환 영역 Z3(도 9 참조)이 형성된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 경사판(38c)과 상류측 단부판(34c) 사이에 제1 상류측 접속판(43)을 개재시킴으로써, 경사판(38c)과 상류측 단부판(34c)의 각을 없애고 있다. 이 결과, 본 실시 형태에서는, 상류측 단부판(34c)의 직경 방향 외측 Dro의 에지 근방의 증기 순환 영역 Z3이 작아지거나, 또는 증기의 순환 영역 Z3이 없어진다. 또한, 제3 실시 형태의 외측 케이싱(30b)에서는, 상류측 단부판(34a)과 내측 케이싱(21)의 각에 증기의 순환 영역 Z4(도 9 참조)가 형성된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 상류측 단부판(34c)와 내측 케이싱(21)과의 각을 없애기 위해서, 상류측 단부판(34c)과 내측 케이싱(21) 사이에 제2 상류측 접속판(45)을 개재시킴으로써, 상류측 단부판(34c)과 내측 케이싱(21)의 각을 없애고 있다. 이 결과, 본 실시 형태에서는, 상류측 단부판(34c)의 직경 방향 내측 Dri의 에지 근방의 증기 순환 영역 Z4가 작아지거나, 또는 증기의 순환 영역 Z4가 없어진다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 제3 실시 형태보다도, 배기 케이싱(25c) 내의 증기 유로 단면적 중에서 증기의 배기에 유효하게 이용할 수 있는 부분이 많아지고, 최종 동익 열(13a)로부터 유출된 증기의 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는, 제3 실시 형태의 외측 케이싱(30b)을 변형한 것이지만, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 외측 케이싱을 본 실시 형태와 마찬가지로 변형해도 된다. 즉, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 상류측 단부판의 직경 방향 외측 Dro의 에지에 제1 상류측 접속판(43)을 접속하고, 이 상류측 단부판의 직경 방향 내측 Dri의 에지에 제2 상류측 접속판(45)을 접속해도 된다.

「제1 실시 형태의 제1 변형예」

제1 실시 형태의 증기 터빈의 제1 변형예에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다.

본 변형예의 증기 터빈은, 제1 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 외측 케이싱(30)의 구성만이 상이하다. 본 변형예의 외측 케이싱(30d)은, 비교예의 외측 케이싱(30x)(도 5 참조) 내에 제1 실시 형태에 있어서의 경사판(38)을 추가한 것이다. 이 때문에, 본 변형예의 배기 공간(30s)의 형상은, 제1 실시 형태의 배기 공간(30s)의 형상과 동일해진다.

따라서, 본 변형예에서도 제1 실시 형태와 마찬가지로, 비교예보다도, 배기 케이싱(25d) 내에 있어서의 순환 영역 Z1(도 5 참조)이 작아지고, 배기 케이싱(25d) 내의 증기 유로 단면적 중에서 증기의 배기에 유효하게 이용할 수 있는 부분이 많아진다.

또한, 본 변형예의 외측 케이싱(30d)은, 전술한 바와 같이, 비교예의 외측 케이싱(30x) 내에 제1 실시 형태에 있어서의 경사판(38)을 추가한 것이다. 이 때문에, 기존의 증기 터빈의 외측 케이싱이 비교예의 외측 케이싱(30x)과 마찬가지의 형상인 경우, 이 외측 케이싱(30x)에 대하여 간단하게 개조 공사를 행하는 것만으로, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 비교예보다도, 배기 케이싱(25d) 내의 증기 유로 단면적 중에서 증기의 배기에 유효하게 이용할 수 있는 부분을 많게 할 수 있다.

또한, 비교예의 외측 케이싱(30x) 내에 제3 실시 형태에 있어서의 하류측 접속판(41), 제4 실시 형태에 있어서의 제1 상류측 접속판(43), 제2 상류측 접속판(45) 중, 어느 것의 판, 또는 복수의 판을 추가해도 된다.

「제1 실시 형태의 제2 변형예」

제1 실시 형태의 증기 터빈 제2 변형예에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.

본 변형예의 증기 터빈은, 제1 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 경사판(38)의 형상만이 상이하다. 제1 실시 형태의 경사판(38)은, 축선 Ar을 포함하는 가상 평면에 의한 단면 형상이 직선상이다. 그러나, 경사판은, 축선 Ar을 포함하는 가상 평면에 의한 단면 형상이 곡선상이어도 된다. 즉, 본 변형예의 경사판(38e)은, 도 12에 도시하는 바와 같이, 축선 Ar을 포함하는 가상 평면 Pv에 의한 단면 형상이 직경 방향 외측 Dro를 향하여 매끄러운 오목 곡선상이다. 이 경우에도, 경사판(38e)의 경사 내면(39) 중에서, 정반대 위치 Po 상의 모든 위치에서, 상류측 각도 θ1은, 하류측 각도 θ2보다 크다. 또한, 도 12 중, 경사판(38e)을 따라 그려져 있는 이점 쇄선 L2는, 축선 Ar을 포함하는 가상 평면에 의한 단면 형상이 직선상의 경사판을 나타내고 있다.

「기타의 변형예」

이상의 실시 형태의 외측 케이싱에 있어서의 하류측 단부판은, 모두, 축선 Ar에 대하여 수직이다. 그러나, 축선 Ar에 대한 하류측 단부판의 각도가, 축선 Ar에 대한 외측 디퓨저(27)의 내주면(27pi)의 직경 방향 외측 Dro의 단에 있어서의 접선 Lt의 각도보다, 90°에 가까운 각도라면, 다른 각도여도 된다.

이상의 실시 형태의 증기 터빈은, 모두 하방 배기형이지만, 측방 배기형이어도 된다. 이 경우, 예를 들어 축선 Ar을 기준으로 하여 좌측에 배기구가 존재하는 경우, 축선 Ar을 기준으로 하여 우측의 영역에 경사판을 마련하게 된다.

이상의 실시 형태의 외측 케이싱은, 모두 상류측 단부판을 갖고 있다. 그러나, 이분류 배기형에서는, 축선 Ar을 기준으로 하여 배기구(31)와 반대측의 영역에서, 제1 증기 터빈부(10a)의 배기 공간(30s)과 제2 증기 터빈부(10b)의 배기 공간(30s)을 연통시킴으로써, 상류측 단부판을 생략할 수 있다.

이상의 실시 형태의 증기 터빈은, 모두 이분류 배기형이지만, 배기를 분류하지 않는 증기 터빈에, 본 발명을 적용해도 된다.

본 발명의 일 형태에 관한 배기 케이싱에서는, 증기의 압력 손실을 저감시켜서, 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

10a: 제1 증기 터빈부
10b: 제2 증기 터빈부
11: 터빈 로터
12: 로터축
13: 동익 열
13a: 최종 동익 열
17: 정익 열
18: 베어링
19: 증기 유입관
20: 케이싱
21: 내측 케이싱
21o: 외주면
25, 25a, 25b, 25c, 25d, 25x: 배기 케이싱
26: 디퓨저
26s: 디퓨저 공간
27: 외측 디퓨저
27pi: 내주면
29: 내측 디퓨저
30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30x: 외측 케이싱
30s: 배기 공간
31: 배기구
32, 32b: 하류측 단부판
33: 하류측 내면
34, 34a, 34c: 상류측 단부판
35: 상류측 내면
36, 36a: 측면 둘레판
37: 측면 둘레 내면
38, 38a, 38b, 38c, 38e: 경사판
38u, 38au, 38cu: 상류 에지
39: 경사 내면
41: 하류측 접속판
42: 곡면
43: 제1 상류측 접속판
44: 곡면
45: 제2 상류측 접속판
46: 곡면
Co: 복수기
ST: 증기 터빈
Ar: 축선
Po: 정반대 위치
Lt: 접선
Pv: 가상 평면
Z1, Z2, Z3, Z4: 순환 영역
θ1: 상류측 각도
θ2: 하류측 각도
Da: 축선 방향
Dau: 축선 상류측
Dad: 축선 하류측
Dc: 주위 방향
Dr: 직경 방향
Dri: 직경 방향 내측
Dro: 직경 방향 외측

Claims

축선을 중심으로 하여 회전하는 증기 터빈 로터의 최종 동익 열로부터 유출된 증기를 외부로 유도하는 배기 케이싱에 있어서,
상기 최종 동익 열로부터 유출된 증기가 유입되고, 상기 축선에 대하여 환상을 이루고, 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 상기 축선에 대한 직경 방향 외측을 향하는 디퓨저 공간을 형성하는 디퓨저와,
상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되는 배기구를 갖고, 상기 디퓨저에 연통하고, 상기 디퓨저의 외주를 상기 축선에 대한 주위 방향으로 넓혀, 상기 디퓨저 공간으로부터 유입된 증기를 상기 배기구에 유도하는 배기 공간을 형성하는 외측 케이싱을
구비하고,
상기 디퓨저는,
상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 직경 방향 외측의 에지를 획정하는 외측 디퓨저와,
상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류측을 향함에 따라서 점차 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 에지를 획정하는 내측 디퓨저를
갖고,
상기 외측 케이싱은,
상기 내측 디퓨저의 상기 직경 방향 외측의 에지로부터 상기 직경 방향 외측으로 넓어져, 상기 배기 공간의 상기 축선 하류측의 에지를 획정하는 하류측 단부판과,
상기 축선을 기준으로 하여 상기 배기구와 반대측의 영역에서, 상기 하류측 단부판보다도 상기 직경 방향 외측에 배치되고, 상기 직경 방향 외측을 향함에 따라서 점차 축선 상류측을 향하여 넓어져, 상기 배기 공간의 상기 직경 방향 외측의 에지의 일부를 획정하는 경사판과,
상기 하류측 단부판 및 상기 경사판에 접속되고, 상기 축선을 중심으로 하여 주위 방향으로 넓어져, 상기 배기 공간의 상기 직경 방향 외측의 에지의 다른 일부를 획정하는 측면 둘레판과,
상기 하류측 단부판과 축선 방향으로 대향하여, 상기 배기 공간의 상기 축선 상류측의 에지를 획정하는 상류측 단부판을
갖고,
상기 경사판은, 상기 배기구와 정반대 위치에 있어서의 상기 축선 상류측의 에지가 상기 상류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지에 접속되고,
상기 경사판에서, 상기 축선을 기준으로 하여 상기 배기구와 정반대 위치에 있어서의 상기 축선 상류측의 에지는, 상기 외측 디퓨저의 상기 직경 방향 외측의 단으로부터 넓어지고 또한 상기 하류측 단부판과 평행한 가상 평면을 기준으로 하여, 상기 축선 상류측에 위치하고,
상기 외측 디퓨저의 내주면의 상기 직경 방향 외측의 단에 있어서의 접선에 대한, 상기 경사판으로 상기 배기 공간을 획정하는 경사 내면의 각도이며, 상기 배기 공간 내에서 상기 접선을 기준으로 하여 상기 축선 상류측의 상류측 각도가, 상기 접선에 대한 상기 경사 내면의 각도이며, 상기 배기 공간 내에서 상기 접선을 기준으로 하여 상기 축선 하류측의 하류측 각도보다 큰,
배기 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 상류측 각도는, 100° 이상인,
배기 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 경사판의 상기 축선 상류측의 에지는, 상기 정반대 위치에서 상기 축선에 대한 주위 방향으로 상기 배기구에 가까워짐에 따라서 점차 상기 축선 하류측으로 변위되고, 상기 경사판의 축선 방향의 길이가, 상기 정반대 위치에서 상기 주위 방향으로 상기 배기구에 가까워짐에 따라서 점차 짧아져 있는,
배기 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 경사판은, 상기 외측 케이싱에 있어, 상기 축선을 기준으로 하여 상기 배기구가 위치하는 하방에는 존재하지 않는,
배기 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 외측 케이싱은, 상기 하류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지와 상기 경사판의 상기 축선 하류측의 에지를 접속하는 하류측 접속판을 갖고,
상기 하류측 접속판은, 상기 하류측 단부판으로 상기 배기 공간을 획정하는 하류측 내면으로부터 상기 직경 방향 외측을 향함에 따라서 점차 상기 축선 상류측으로 구부러지고, 상기 하류측 내면과 상기 경사판의 상기 경사 내면을 접속하는 곡면을 갖는,
배기 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 외측 케이싱은, 상기 하류측 단부판과 축선 방향으로 대향하여, 상기 배기 공간의 상기 축선 상류측의 에지를 획정하는 상류측 단부판과, 상기 경사판의 상기 축선 상류측의 에지와 상기 상류측 단부판의 상기 직경 방향 외측의 에지를 접속하는 상류측 접속판을 갖고,
상기 상류측 접속판은, 상기 경사판의 상기 경사 내면으로부터 상기 축선 상류측을 향함에 따라서 점차 상기 직경 방향 내측으로 구부러지고, 상기 경사 내면과 상기 상류측 단부판으로 상기 배기 공간을 획정하는 상류측 내면을 접속하는 곡면을 갖는,
배기 케이싱.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 배기 케이싱과,
상기 증기 터빈 로터와,
상기 증기 터빈 로터의 외주측에 배치되어 있는 통 형상의 내측 케이싱과,
상기 내측 케이싱의 내주측에 배치되고, 상기 직경 방향 외측의 단이 상기 내측 케이싱에 설치되어 있는 정익 열을
구비하는, 증기 터빈.
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