KR102575301B1

KR102575301B1 - 증기 터빈, 및 그 배기실

Info

Publication number: KR102575301B1
Application number: KR1020217019098A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 히데아키 스기시타; 가즈유키 마츠모토; 도요하루 니시카와; 시게오 오오쿠라
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2023-09-06
Also published as: US20220074319A1; JP7184638B2; DE112019006549B4; CN113227544A; CN113227544B; KR20210093327A; JP2020106003A; DE112019006549T5; WO2020137308A1; US11365649B2

Abstract

배기실(25)은, 디퓨저 공간(26s)을 형성하는 디퓨저(26)와, 디퓨저 공간(26s)에 연통하는 배기 공간(30s)을 형성하는 배기 케이싱(30)과, 디퓨저(26)보다 직경 방향 내측(Dri)에서, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간(40s)을 형성하는 보조 배기 프레임(40)을 구비한다. 보조 배기 프레임(40)은, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 개구되고, 배기 공간(30s)과 배기 보조 공간(40s)을 연통시키는 개구(41)를 갖는다.

Description

증기 터빈, 및 그 배기실

본 발명은, 증기 터빈, 및 그 배기실에 관한 것이다.

본원은, 2018년 12월 28일에, 일본에 출원된 특원 2018-247168호에 근거하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.

증기 터빈은, 터빈 로터의 최종단 동익렬(動翼列)로부터 유출된 증기를 외부로 유도하는 배기실을 구비하고 있다. 이 배기실은, 디퓨저와, 배기 케이싱을 갖는다. 디퓨저는, 터빈 로터의 축선에 대하여 환상을 이루고, 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측을 향하는 디퓨저 공간을 형성한다. 디퓨저는, 디퓨저 공간의 직경 방향 외측의 가장자리를 획정(劃定)하는 외측 디퓨저(또는, 스팀 가이드, 플로 가이드)와, 디퓨저 공간의 직경 방향 내측의 가장자리를 획정하는 내측 디퓨저(또는 베어링 콘)를 갖는다. 디퓨저 공간 내에는, 터빈 로터의 최종단 동익렬로부터 유출된 증기가 유입된다. 배기 케이싱은, 디퓨저 공간에 연통하고, 축선에 대한 둘레 방향으로 넓어져, 디퓨저 공간으로부터의 증기가 흐르는 배기 공간을 형성한다. 이 배기 케이싱은, 배기 공간 내를 흐른 증기를 외부로 배기하는 배기구를 갖는다.

예를 들면, 이하의 특허문헌 1에 기재된 배기실에 있어서의 배기 케이싱은, 배기 공간의 축선 하류 측의 가장자리를 획정하는 케이싱 하류 측 단판(端板)과, 배기 공간의 직경 방향 외측의 가장자리를 획정하는 케이싱 외주판(外周板)을 갖는다. 케이싱 하류 측 단판은, 축선에 대하여 수직이며, 내측 디퓨저의 축선 하류 측의 가장자리로부터 직경 방향 외측으로 넓어져 있다. 이 증기 터빈은, 하방 배기형의 증기 터빈이다. 이 때문에, 케이싱 외주판의 하부에는, 배기구가 형성되어 있다. 케이싱 외주판은, 케이싱 하류 측 단판의 직경 방향 외측의 가장자리에 접속되고, 축선을 중심으로 하여 둘레 방향으로 넓어져 있다.

이 증기 터빈에 있어서의 배기실은, 또한 내측 디퓨저의 직경 방향 외측에, 축선을 중심으로 하여 환상의 바이패스 통로를 형성하기 위한 바이패스 벽판을 갖는다. 바이패스 벽판은, 축선 하류 측을 향함에 따라 직경 방향 외측으로 뻗고 또한 둘레 방향으로 넓어져 있다. 이 바이패스 벽판의 축선 하류 측의 가장자리는, 케이싱 하류 측 단판 상이며, 내측 디퓨저가 접속되어 있는 위치보다 직경 방향 외측의 위치에 접속되어 있다. 바이패스 벽판은, 축선을 기준으로 하여 배기구가 형성되어 있는 하측과, 그 반대 측의 상측에, 디퓨저 공간과 바이패스 통로를 연통시키는 개구를 갖는다. 상측의 개구는, 바이패스 통로 내로부터 축선 상류 측을 향하여 개구되어 있다. 디퓨저 공간 내의 증기는, 이 상측의 개구를 거쳐 바이패스 통로 내에 유입된다. 바이패스 통로 내에 유입된 증기는, 하측의 개구를 거쳐 디퓨저 공간 내로 되돌아간다.

이 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 배기 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 상측의 영역 내에서의 증기의 압력 손실을 작게 하기 위하여, 디퓨저 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 상측의 영역 내의 증기의 일부를 바이패스 통로 내에 도입하고, 이 증기를 바이패스 통로로부터 디퓨저 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 한 하측의 영역 내로 되돌리도록 하고 있다.

특허문헌 1: 미국 특허공보 제6419448호

배기실 내에서는, 최종단 동익렬로부터 유출된 증기의 압력 회복이 도모된다. 이 압력 회복량이 클수록, 최종단 동익렬로부터 유출된 직후의 증기의 압력이 낮아져, 터빈 효율이 향상된다. 이 때문에, 배기실 내를 흐르는 증기의 압력 손실을 저감시켜, 압력 회복량을 크게 할 것이 요망되고 있다.

또, 최근, 풍력, 태양 에너지 등의 재생 가능 에너지의 대체에 의하여, 화력 발전 플랜트에서는 부하 변동 흡수를 위한 플렉시블한 운전이 요구되고 있다. 이와 같은 플렉시블한 운전을 실행하는 경우, 정격(定格) 운전 이외에서의 운전을 실행하는 경우가 있다. 정격 운전 이외에서의 운전을 실행하면, 배기실 내에서 박리나 역류가 발생하여, 배기실 내에서 압력 손실이 커져, 압력 회복량이 저하된다.

따라서, 본 발명은, 증기의 압력 손실을 저감시켜, 압력 회복량을 크게 할 수 있는 배기실, 및 이 배기실을 구비하는 증기 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태의 배기실은,

축선을 중심으로 하여 회전하는 증기 터빈 로터의 최종단 동익렬로부터 유출된 증기를 외부로 유도하는 증기 터빈의 배기실에 있어서, 상기 최종단 동익렬로부터 유출된 증기가 유입되고, 상기 축선에 대하여 환상을 이루며, 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 축선에 대한 직경 방향 외측으로 넓어지는 디퓨저 공간을 형성하는 디퓨저와, 상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되는 배기구를 갖고, 상기 디퓨저 공간에 연통하며, 상기 축선에 대한 둘레 방향으로 넓어져, 상기 디퓨저 공간으로부터 유입된 증기를 상기 배기구로 유도하는 배기 공간을 형성하는 배기 케이싱과, 상기 디퓨저보다 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 일부의 영역을 포함하고, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간을 형성하는 보조 배기 프레임을 구비한다. 상기 디퓨저는, 상기 축선에 대한 수직인 단면(斷面)이 환상을 이루고, 상기 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어지며, 상기 디퓨저 공간의 상기 직경 방향 외측의 가장자리를 획정하는 외측 디퓨저와, 상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어지며, 상기 디퓨저 공간의 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 가장자리를 획정하는 내측 디퓨저를 갖는다. 상기 배기 케이싱은, 상기 축선에 직교하는 직교 방향에서, 상기 축선을 기준으로 하여 서로 상반되는 측을 이루는 비배기(非排氣) 측과 배기 측 중, 상기 배기 측에만 상기 배기구를 갖는다. 상기 보조 배기 프레임은, 상기 축선을 기준으로 하여, 적어도 상기 비배기 측과 상기 배기 측의 부분에서, 상기 배기 보조 공간 내로부터 상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되고, 상기 배기 공간과 상기 배기 보조 공간을 연통시키는 개구를 갖는다.

디퓨저 공간과 배기 공간으로 형성되는 배기 메인 유로 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 비배기 측의 영역 내에서는, 증기가 순환하는 순환 영역이 형성되는 경우가 있다. 특히, 증기 터빈에 유입되는 증기 유량이 적은 저(低)부하 운전인 경우나, 복수기(復水器) 내가 저진공도인 경우에는, 순환 영역이 형성될 가능성이 높아진다. 이와 같이, 배기 메인 유로 내에 순환 영역이 형성되면, 증기의 압력 손실이 커져, 배기 메인 유로 내에서의 증기의 압력 회복량이 저하된다.

상술한 순환 영역은, 배기 케이싱의 구성 요소 중에서, 배기 공간의 축선 하류 측의 가장자리를 획정하는 케이싱 하류 측 단판을 따른 영역에 형성된다. 이 순환 영역 내에서는, 일부의 증기가 케이싱 하류 측 단판을 따라 직경 방향 내측으로 흐른다. 본 양태에서는, 이와 같은 흐름의 증기가 발생해도, 이 증기가, 보조 배기 프레임의 비배기 측의 부분에 있어서의 개구를 거쳐, 배기 보조 공간 내로 들어간다. 이 증기는, 보조 배기 프레임의 배기 측의 부분에 있어서의 개구를 거쳐, 배기 메인 유로 내에서 축선을 기준으로 하여 배기 측의 영역 내로 흘러, 배기구로부터 배기된다.

본 양태에서는, 보조 배기 프레임의 개구가, 배기 보조 공간 내로부터 직경 방향 외측을 향하여 개구되어 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 메인 유로 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 비배기 측의 영역 내에서, 케이싱 하류 측 단판을 따라, 직경 방향 내측으로 흐르는 증기를, 보조 배기 프레임의 비배기 측의 부분에 있어서의 개구를 거쳐, 배기 보조 공간 내로 들어가기 쉽다.

따라서, 본 양태에서는, 순환 영역이 축소되고, 이 순환 영역을 배기 메인 유로 내의 직경 방향 외측의 영역 내로 한정시킬 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 증기의 압력 손실이 작아져, 배기 메인 유로 내에서의 증기의 압력 회복량을 향상시킬 수 있다.

여기에서, 상기 일 양태의 배기실에 있어서, 상기 보조 배기 프레임은, 상기 배기 보조 공간에 있어서의 상기 축선 하류 측의 가장자리를 획정하는 프레임 하류 측 단판을 갖고, 상기 배기 케이싱은, 상기 배기 공간에 있어서의 상기 축선 하류 측의 가장자리를 획정하는 케이싱 하류 측 단판을 가져도 된다. 이 경우, 상기 프레임 하류 측 단판은, 상기 축선에 대한 직경 방향의 성분을 포함하는 방향 및 상기 둘레 방향으로 넓어져, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이룬다. 상기 케이싱 하류 측 단판은, 상기 축선에 대한 직경 방향의 성분을 포함하는 방향 및 상기 둘레 방향으로 넓어져, 상기 축선을 중심으로 한 환상의 상기 직경 방향 내측의 가장자리를 갖는다. 상기 프레임 하류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리가 상기 개구의 상기 축선 하류 측의 가장자리를 획정한다. 상기 케이싱 하류 측 단판의 상기 직경 방향 내측의 가장자리와 상기 프레임 하류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리가 접속되어 있다.

본 양태에서는, 케이싱 하류 측 단판의 직경 방향 내측의 가장자리와 프레임 하류 측 단판의 직경 방향 외측의 가장자리가 접속되어 있기 때문에, 케이싱 하류 측 단판을 따라 직경 방향 내측으로 흐르는 증기를, 보조 배기 프레임의 비배기 측의 부분에 있어서의 개구를 거쳐, 배기 보조 공간 내에 용이하게 도입할 수 있다.

상기 프레임 하류 측 단판을 갖는 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 프레임 하류 측 단판에서 상기 배기 보조 공간에 면하는 내면과, 상기 케이싱 하류 측 단판에서 상기 배기 공간에 면하는 내면은, 상기 프레임 하류 측 단판과 상기 케이싱 하류 측 단판이 접속되어 있는 부분에서 매끄럽게 연속하고 있어도 된다.

본 양태에서는, 케이싱 하류 측 단판을 따라 직경 방향 내측으로 흐르는 증기를, 보조 배기 프레임의 비배기 측의 부분에 있어서의 개구를 거쳐, 배기 보조 공간 내에 유입시키는 과정에서의 저항을 최소한으로 억제할 수 있다.

상기 프레임 하류 측 단판을 갖는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 보조 배기 프레임인 제1 보조 배기 프레임 외에, 상기 배기 공간 중에서 적어도 상기 비배기 측의 부분과 연통하고, 상기 배기 보조 공간인 제1 배기 보조 공간과는 다른 제2 배기 보조 공간을 형성하는 제2 보조 배기 프레임을 구비해도 된다. 이 경우, 상기 배기 케이싱은, 상기 배기 공간에 있어서의 상기 직경 방향 외측의 가장자리를 획정하는 케이싱 외주판을 갖는다. 상기 제2 보조 배기 프레임은, 상기 축선을 기준으로 하여 상기 비배기 측이며 또한 상기 케이싱 외주판보다 상기 직경 방향 내측의 위치에서, 상기 둘레 방향으로 넓어지고 또한 상기 케이싱 하류 측 단판으로부터 상기 축선이 뻗는 축선 방향을 포함하는 방향으로 뻗는 제2 프레임 내주판(內周板)을 갖는다. 상기 제2 프레임 내주판은, 상기 제2 배기 보조 공간의 상기 직경 방향 내측의 가장자리를 획정한다. 상기 제2 프레임 내주판에 있어서의 상기 축선 하류 측과는 반대 측의 축선 상류 측의 가장자리는, 상기 배기 공간과 상기 제2 배기 보조 공간을 연통시키는 제2 개구의 상기 직경 방향 내측의 가장자리를 획정한다.

본 양태에서는, 배기 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 비배기 측의 영역 내의 증기를 제2 배기 보조 공간 내로 유도할 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 비배기 측의 영역 내에서 증기가 순환하는 순환 영역을 축소시킬 수 있다.

상기 제2 보조 배기 프레임을 구비하는 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 제2 프레임 내주판은, 상기 축선 상류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져 있어도 된다.

상기 제2 보조 배기 프레임을 구비하는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 제2 프레임 내주판은, 상기 케이싱 하류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 끝으로부터 상기 축선 하류 측을 향하여 뻗고, 상기 제2 배기 보조 공간은, 상기 케이싱 하류 측 단판보다 상기 축선 하류 측에 형성되어 있어도 된다.

상기 제2 보조 배기 프레임을 구비하는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 제2 프레임 내주판은, 상기 케이싱 하류 측 단판 중에서 상기 직경 방향 외측의 끝보다 상기 직경 방향 내측의 위치로부터 상기 축선 상류 측을 향하여 뻗고, 상기 제2 배기 보조 공간은, 상기 케이싱 하류 측 단판보다 상기 축선 상류 측에 형성되어 있어도 된다.

이상 중 어느 하나의 양태의 상기 배기실에 있어서, 상기 둘레 방향에서 상기 개구가 존재하는 둘레 방향 영역 내에서, 상기 내측 디퓨저의 상기 축선 하류 측의 가장자리가, 상기 개구에 있어서의 상기 축선 하류 측과는 반대 측의 축선 상류 측의 가장자리를 획정해도 된다.

상기 내측 디퓨저의 상기 축선 하류 측의 가장자리가 상기 개구에 있어서의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 보조 배기 프레임은, 상기 배기 보조 공간에 있어서의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 프레임 상류 측 단판을 가져도 된다. 이 경우, 상기 프레임 상류 측 단판은, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이룬다. 또, 상기 프레임 상류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리는, 상기 내측 디퓨저의 상기 축선 하류 측의 가장자리로서 상기 개구의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 부분에 접속되어 있다.

상기 프레임 상류 측 단판을 갖는 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 프레임 상류 측 단판에서 상기 배기 보조 공간에 면하는 내면은, 상기 직경 방향 내측을 향함에 따라 점점 상기 축선 상류 측을 향하는 면이어도 된다.

본 양태에서는, 축선 방향에 있어서의 프레임 상류 측 단판의 직경 방향 외측의 가장자리의 위치와, 축선 방향에 있어서의 프레임 상류 측 단판의 직경 방향 내측의 가장자리의 위치가 동일한 경우보다, 배기 보조 공간의 용적을 크게 할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 배기 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 비배기 측의 영역 내에서, 케이싱 하류 측 단판을 따라, 직경 방향 내측으로 흐르는 증기의 유량이 증가해도, 이 증기를 배기 보조 공간 내에 도입할 수 있다.

축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내를 흐르는 증기의 흐름 방향 성분에는, 축선 하류 측을 향하는 방향 성분을 포함하고 있다. 본 양태의 프레임 상류 측 단판에서 배기 보조 공간에 면하는 내면은, 상술한 바와 같이, 직경 방향 내측을 향함에 따라 점점 축선 상류 측을 향하고 있다. 바꾸어 말하면, 본 양태의 프레임 상류 측 단판에서 배기 보조 공간에 면하는 내면은, 직경 방향 외측을 향함에 따라 점점 축선 하류 측을 향하고 있다. 따라서, 본 양태에서는, 배기 보조 공간 내로부터 배기 측의 개구를 거쳐, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내에 유입되는 증기의 흐름 방향 성분에, 축선 하류 측을 향하는 방향 성분을 포함하게 할 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 보조 공간 내로부터 배기 측의 개구를 거쳐, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내에 유입되는 증기의 흐름 방향과, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내를 흐르는 증기의 흐름 방향이 이루는 각도를 작게 할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내를 흐르는 증기의 흐름의 흐트러짐이 작아져, 증기의 압력 손실을 작게 할 수 있다.

상기 내측 디퓨저의 상기 축선 하류 측의 가장자리가 상기 개구에 있어서의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 상기 양태의 배기실에 있어서, 상기 보조 배기 프레임은, 상기 배기 보조 공간에 있어서의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 프레임 상류 측 단판을 가져도 된다. 이 경우, 상기 프레임 상류 측 단판은, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이룬다. 또, 상기 프레임 상류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리는, 상기 개구의 축선 상류 측의 가장자리보다 상기 축선 상류 측의 위치에서 상기 내측 디퓨저에 접속되어 있다.

본 양태에서는, 프레임 상류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리가, 내측 디퓨저의 축선 하류 측의 가장자리로서 개구의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 부분에 접속되어 있는 경우보다, 배기 보조 공간의 용적을 크게 할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 배기 공간 내에서 또한 축선을 기준으로 하여 비배기 측의 영역 내에서, 케이싱 하류 측 단판을 따라, 직경 방향 내측으로 흐르는 증기의 유량이 증가해도, 이 증기를 배기 보조 공간 내에 도입할 수 있다.

축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내를 흐르는 증기의 흐름 방향 성분에는, 축선 하류 측을 향하는 방향 성분을 포함하고 있다. 본 양태에서는, 프레임 상류 측 단판의 직경 방향 외측의 가장자리가, 개구의 축선 상류 측의 가장자리보다 축선 상류 측의 위치에서 내측 디퓨저에 접속되어 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 보조 공간 내의 증기의 일부가 내측 디퓨저의 내주면을 따라 흐른다. 이 내측 디퓨저의 내주면은, 직경 방향 외측을 향함에 따라 점점 축선 하류 측으로 넓어져 있다. 이 때문에, 배기 보조 공간 내의 증기의 일부는, 직경 방향 외측을 향함에 따라 축선 하류 측을 향하여 흐른다. 따라서, 본 양태에서는, 배기 보조 공간 내로부터 배기 측의 개구를 거쳐, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내에 유입되는 증기의 흐름 방향 성분에, 축선 하류 측을 향하는 방향 성분을 포함하게 할 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 보조 공간 내로부터 배기 측의 개구를 거쳐, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내에 유입되는 증기의 흐름 방향과, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내를 흐르는 증기의 흐름 방향이 이루는 각도를 작게 할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 축선을 기준으로 하여 배기 측의 배기 메인 유로 내를 흐르는 증기의 흐름의 흐트러짐이 작아져, 증기의 압력 손실을 작게 할 수 있다.

이상 중 어느 하나의 상기 양태의 증기 터빈의 배기실에 있어서, 상기 개구는, 상기 축선을 기준으로 하여 환상이어도 된다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태의 증기 터빈은,

이상 중 어느 하나의 상기 양태의 배기실과, 상기 증기 터빈 로터와, 상기 증기 터빈 로터의 외주 측을 덮는 몸체 케이싱과, 상기 몸체 케이싱의 내주 측에 배치되고, 상기 직경 방향 외측의 끝이 상기 몸체 케이싱에 장착되어 있는 정익렬(靜翼列)을 구비한다. 상기 외측 디퓨저는, 상기 몸체 케이싱에 접속되어 있다.

본 발명의 일 양태에 관한 배기실에서는, 증기의 압력 손실을 저감시켜, 압력 회복량을 크게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 전체 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 내측 디퓨저 및 보조 배기 프레임의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 5는 비교예에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 내측 디퓨저 및 보조 배기 프레임의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 9는 본 발명에 관한 제3 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 제3 실시형태에 있어서의 내측 디퓨저 및 보조 배기 프레임의 사시도이다.
도 11은 본 발명에 관한 제3 실시형태에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 12는 본 발명에 관한 제4 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 제4 실시형태에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 14는 본 발명에 관한 제5 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 15는 본 발명에 관한 제5 실시형태에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 16은 본 발명에 관한 제6 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 주요부 단면도이다.
도 17은 본 발명에 관한 제6 실시형태에 있어서의 배기실 내에서의 증기의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 18은 본 발명에 관한 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 내측 디퓨저 및 보조 배기 프레임의 사시도이다.

이하, 본 발명에 관한 배기실을 구비하는 증기 터빈의 각종 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제1 실시형태]

본 발명에 관한 증기 터빈의 제1 실시형태에 대하여, 도 1~도 5를 참조하여 설명한다.

제1 실시형태의 증기 터빈은, 이분류 배기형의 증기 터빈이다. 이 때문에, 이 증기 터빈은, 도 1에 나타내는 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(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(11)와, 터빈 로터(11)를 덮는 케이싱(20)과, 케이싱(20)에 고정되어 있는 복수의 정익렬(17)과, 증기 유입관(19)을 구비하고 있다. 또한, 이하에서는, 이 축선(Ar)을 중심으로 한 둘레 방향을 간단히 둘레 방향(Dc)으로 하고, 축선(Ar)에 대한 직경 방향을 직경 방향(Dr)으로 한다. 또한, 이 직경 방향(Dr)에서 축선(Ar)에 가까워지는 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)에서, 이 증기 유입관(19)을 제외한 부품은, 이 증기 유입관(19)을 기준으로 하여 축선 방향(Da)의 일방 측에 배치되어 있다. 또, 제2 증기 터빈부(10b)에서, 이 증기 유입관(19)을 제외한 부품은, 이 증기 유입관(19)을 기준으로 하여 축선 방향(Da)의 타방 측에 배치되어 있다. 또한, 각 증기 터빈부(10a, 10b)에 있어서, 상술한 축선 방향(Da)에서 증기 유입관(19) 측을 축선 상류 측(Dau), 그 반대 측을 축선 하류 측(Dad)으로 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 설명한다.

터빈 로터(11)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축선 방향(Da)으로 뻗는 로터축(12)과, 이 로터축(12)에 장착되어 있는 복수의 동익렬(13)을 갖는다. 터빈 로터(11)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전 가능하게 베어링(18)으로 지지되어 있다. 복수의 동익렬(13)은, 축선 방향(Da)으로 나열되어 있다. 각 동익렬(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 연결되고, 축선(Ar)을 중심으로 하여 일체 회전한다.

케이싱(20)은, 몸체 케이싱(21)과 배기실(25)을 갖는다. 몸체 케이싱(21)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 대략 원뿔상의 공간을 형성하고, 터빈 로터(11)의 외주를 덮는다. 터빈 로터(11)의 복수의 동익렬(13)은, 이 원뿔상의 공간 내에 배치되어 있다. 복수의 정익렬(17)은, 축선 방향(Da)으로 나열되어, 이 원뿔상의 공간 내에 배치되어 있다. 복수의 정익렬(17)의 각각은, 복수의 동익렬(13) 중 어느 하나의 동익렬(13)의 축선 상류 측(Dau)에 배치되어 있다. 복수의 정익렬(17)은, 몸체 케이싱(21)에 고정되어 있다.

배기실(25)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 디퓨저(26)와, 배기 케이싱(30)과, 보조 배기 프레임(40)을 갖는다.

디퓨저(26)는, 축선(Ar)에 대하여 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)을 향하는 디퓨저 공간(26s)을 형성한다. 디퓨저 공간(26s) 내에는, 터빈 로터(11)의 최종단 동익렬(13a)로부터 유출된 증기가 유입된다. 또한, 최종단 동익렬(13a)이란, 복수의 동익렬(13) 중, 가장 축선 하류 측(Dad)에 배치되어 있는 동익렬(13)이다. 디퓨저(26)는, 디퓨저 공간(26s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정하는 외측 디퓨저(또는, 스팀 가이드, 플로 가이드)(27)와, 디퓨저 공간(26s)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정하는 내측 디퓨저(또는 베어링 콘)(29)를 갖는다. 외측 디퓨저(27)는, 축선(Ar)에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 넓어져 있다. 내측 디퓨저(29)도, 축선(Ar)에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 넓어져 있다. 외측 디퓨저(27)는, 몸체 케이싱(21)에 접속되어 있다.

배기 케이싱(30)은, 배기구(31)를 갖는다. 이 배기구(31)는, 내부로부터 직경 방향 외측(Dro)이며 연직 하방향을 향하여 개구되어 있다. 이 배기구(31)에는, 증기를 물로 되돌리는 복수기(Co)가 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 증기 터빈은, 하방 배기형의 복수 증기 터빈이다. 여기에서, 축선(Ar)에 직교하는 직교 방향에서, 축선(Ar)을 기준으로 하여 서로 상반되는 측을 이루는 비배기 측(Dpu)과 배기 측(Dpe)으로 한다. 또한, 본 실시형태의 증기 터빈은, 상술한 바와 같이, 하방 배기형의 복수 증기 터빈이기 때문에, 배기 측(Dpe)은 연직 하측 이며, 비배기 측(Dpu)은 연직 상측이다.

배기 케이싱(30)은, 디퓨저(26)에 연통한 배기 공간(30s)을 형성한다. 이 배기 공간(30s)은, 디퓨저(26)의 외주가 축선(Ar)에 대한 둘레 방향(Dc)으로 넓어져, 디퓨저 공간(26s)으로부터 유입된 증기를 배기구(31)로 유도한다. 배기 케이싱(30)은, 케이싱 하류 측 단판(32)과, 케이싱 상류 측 단판(34)과, 케이싱 외주판(36)을 갖는다.

케이싱 하류 측 단판(32)은, 배기 공간(30s)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리를 획정한다. 이 케이싱 하류 측 단판(32)은, 직경 방향(Dr)의 성분을 포함하는 방향 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있고, 실질적으로 축선(Ar)에 대하여 수직이다. 케이싱 하류 측 단판(32)에서, 축선(Ar)보다 상측의 부분은, 대략 반원형을 이루고 있다. 한편, 케이싱 하류 측 단판(32)에서, 축선(Ar)보다 하측 부분은, 대략 직사각형을 이루고 있다. 단, 이 케이싱 하류 측 단판(32)에는, 축선(Ar)을 중심으로 한 원형의 개구가 형성되어 있다. 이 원형의 개구의 가장자리는, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 형성한다. 이 케이싱 하류 측 단판(32)의 하측 가장자리는, 배기구(31)의 가장자리의 일부를 형성한다.

케이싱 외주판(36)은, 배기 공간(30s)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정한다. 이 케이싱 외주판(36)은, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리에 접속되어, 축선 방향(Da)으로 넓어지고 또한 축선(Ar)을 중심으로 하여 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있다. 이 케이싱 외주판(36)은, 상측이 반원통을 이루는 반원통형(semi-cylindrical shape)이다. 이 케이싱 외주판(36)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리가 케이싱 하류 측 단판(32)에 접속되어 있다. 또, 이 케이싱 외주판(36)의 하측 가장자리는, 배기구(31)의 가장자리의 일부를 형성한다.

케이싱 상류 측 단판(34)은, 배기 공간(30s)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정한다. 케이싱 상류 측 단판(34)은, 디퓨저(26)보다 축선 상류 측(Dau)에 배치되어 있다. 이 케이싱 상류 측 단판(34)은, 몸체 케이싱(21)의 외주면(21o)으로부터 직경 방향 외측(Dro)으로 넓어져 있다. 이 케이싱 상류 측 단판(34)은, 실질적으로 축선(Ar)에 대하여 수직이다. 따라서, 이 케이싱 상류 측 단판(34)은, 축선 방향(Da)으로 간격을 두고 케이싱 하류 측 단판(32)과 대향하고 있다. 케이싱 상류 측 단판(34)의 하측 가장자리는, 배기구(31)의 가장자리의 일부를 형성한다. 이 케이싱 상류 측 단판(34)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리 중, 배기구(31)의 가장자리를 형성하는 부분을 제외한 부분은, 케이싱 외주판(36)에 접속되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 증기 터빈부(10a)의 배기 케이싱(30)과 제2 증기 터빈부(10b)의 배기 케이싱(30)은, 서로 접속되어 일체화되어 있다.

보조 배기 프레임(40)은, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 디퓨저(26)보다 직경 방향 내측(Dri)의 일부의 영역을 포함하고, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간(40s)을 형성한다.

보조 배기 프레임(40)은, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 개구되고, 배기 공간(30s)과 배기 보조 공간(40s)을 연통시키는 개구(41)를 갖는다. 이 개구(41)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상이다. 이 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리로 획정된다. 또한, 이하에서는, 이 개구(41) 중에서, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 상방을 향하고 있는 부분을 비배기 측 개구부(41u)로 하고, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 하방을 향하고 있는 부분을 배기 측 개구부(41e)로 한다.

보조 배기 프레임(40)은, 프레임 하류 측 단판(42)과, 프레임 상류 측 단판(43)과, 프레임 내주판(44)을 갖는다.

프레임 하류 측 단판(42)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 하류 측 단판(42)은, 직경 방향(Dr)의 성분을 포함하는 방향 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 환상의 판이다. 이 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리와 접속되어 있다. 프레임 하류 측 단판(42)에서 배기 보조 공간(40s)에 면하는 내면과, 케이싱 하류 측 단판(32)에서 배기 공간(30s)에 면하는 내면은, 프레임 하류 측 단판(42)과 케이싱 하류 측 단판(32)이 접속되어 있는 부분에서 매끄럽게 연속하고 있다. 본 실시형태에서는, 프레임 하류 측 단판(42)에서 배기 보조 공간(40s)에 면하는 내면과, 케이싱 하류 측 단판(32)에서 배기 공간(30s)에 면하는 내면은, 모두 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 면이며, 서로 면 하나로 접속되어 있다. 따라서, 프레임 하류 측 단판(42)에서 배기 보조 공간(40s)에 면하는 내면, 및 케이싱 하류 측 단판(32)에서 배기 공간(30s)에 면하는 내면은, 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 하나의 가상 평면 상에 위치한다.

개구(41)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리는, 이 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리로 획정된다.

프레임 상류 측 단판(43)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 상류 측 단판(43)은, 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 환상의 판이다. 이 프레임 상류 측 단판(43)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리, 즉, 내측 디퓨저(29) 중에서 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정하는 부분에 접속되어 있다.

프레임 내주판(44)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 내주판(44)은, 프레임 상류 측 단판(43)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리와 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 접속한다. 프레임 내주판(44)은, 상류 측 내주판(45)과, 하류 측 내주판(46)을 갖는다. 상류 측 내주판(45)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고, 축선 방향(Da)으로 뻗는다. 이 상류 측 내주판(45)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 프레임 상류 측 단판(43)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리에 접속되어 있다. 하류 측 내주판(46)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고, 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 뻗는다. 이 하류 측 내주판(46)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 상류 측 내주판(45)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리에 접속되어 있다. 이 하류 측 내주판(46)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리는, 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리에 접속되어 있다.

다음으로, 이상에서 설명한 배기실(25)의 효과에 대하여 설명하기 전에, 비교예의 배기실에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다.

비교예의 배기실(25x)은, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25)과 동일하게, 디퓨저(26x)와, 배기 케이싱(30x)을 갖는다. 단, 비교예의 배기실(25x)은, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25)의 보조 배기 프레임(40)을 갖고 있지 않다. 비교예의 디퓨저(26x)는, 본 실시형태의 디퓨저(26)와 동일하게, 외측 디퓨저(27)와, 내측 디퓨저(29x)를 갖는다. 단, 비교예의 배기실(25x)이 보조 배기 프레임(40)을 갖고 있지 않는 관계에서, 비교예의 내측 디퓨저(29x)에는, 본 실시형태에 있어서의 개구(41u, 41e)가 형성되어 있지 않다. 비교예의 배기 케이싱(30x)은, 본 실시형태의 배기 케이싱(30)과 동일하게, 케이싱 하류 측 단판(32x)과, 케이싱 상류 측 단판(34)과, 케이싱 외주판(36)을 갖는다. 비교예의 내측 디퓨저(29x)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리는, 케이싱 하류 측 단판(32x)에 접속되어 있다.

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

터빈 로터의 최종단 동익렬(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)으로 유출된 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내에 유입된다. 이 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내를 축선 하류 측(Dad)을 향하면서 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 흘러, 배기 공간(30s) 내에 유입된다.

배기 공간(30s) 내에서 또한 축선(Ar)을 기준으로 하여 비배기 측(Dpu)의 영역(이하, 비배기 측 배기 공간(30su)으로 한다.) 내에서는, 외측 디퓨저(27)의 내주면을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기가, 외측 디퓨저(27)의 내주면의 직경 방향 외측(Dro)의 끝에 있어서의 접선이 뻗는 방향, 즉 접선 방향으로 흐른다. 이 증기가, 케이싱 외주판(36)에 충돌하면, 일부가 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 상류 측(Dau)으로 흐르고, 다른 일부가 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 하류 측(Dad)으로 흐른다.

케이싱 외주판(36)을 따라 축선 상류 측(Dau)으로 흐른 증기는, 흐름의 방향이 점점 둘레 방향(Dc)이 되어, 이 케이싱 외주판(36)을 따라 배기 측(Dpe)으로 흐른다. 그리고, 이 증기는, 배기구(31)로부터 배기된다. 한편, 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 하류 측(Dad)으로 흐른 증기는, 케이싱 하류 측 단판(32x) 및 내측 디퓨저(29x)를 따라, 최종단 동익렬(13a)의 기부(基部) 측으로 흐른다. 즉, 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 하류 측(Dad)으로 흐른 증기는, 케이싱 하류 측 단판(32x)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐른다. 또한, 이 증기는, 내측 디퓨저(29)의 내주면을 따라, 직경 방향 내측(Dri)을 향하면서 축선 상류 측(Dau)으로 흐른다. 따라서, 배기 공간(30s) 내에서 케이싱 하류 측 단판(32x)을 따른 영역, 및 디퓨저 공간(26s) 내에서 내측 디퓨저(29x)를 따른 영역에서는, 증기가 역류한다. 디퓨저 공간(26s) 내를 역류한 증기는, 외측 디퓨저(27) 측에 접근하여 다시 직경 방향 외측(Dro)으로 흐른다. 이 때문에, 배기 메인 유로(S) 내에서 또한 축선(Ar)을 기준으로 하여 비배기 측(Dpu)의 영역(이하, 비배기 측 메인 유로(Su)로 한다.) 내에는, 증기가 순환하는 순환 영역(Zx)이 형성된다. 또한, 배기 메인 유로(S)란, 디퓨저 공간(26s) 및 배기 공간(30s)을 합한 공간이다.

한편, 배기 공간(30s) 내에서 또한 축선(Ar)을 기준으로 하여 배기 측(Dpe)의 영역(이하, 배기 측 배기 공간(30se)으로 한다.) 내에서는, 외측 디퓨저(27)의 내주면을 따라 배기 공간(30s)에 유입된 증기의 흐름 방향이, 이 내주면의 직경 방향 외측(Dro)의 끝에 있어서의 접선이 뻗는 접선 방향의 성분과, 축선(Ar)에 대한 둘레 방향(Dc)에서 배기구(31)에 가까워지는 측의 방향 성분을 포함하는 방향이 된다. 이것은, 배기실(25x) 내의 비배기 측(Dpu)의 영역으로부터 둘레 방향(Dc) 성분을 많이 포함하는 증기가, 배기 측(Dpe)의 영역 내로 흘러들기 때문이다. 또, 상술한 접선 방향이 직경 방향 외측(Dro)을 향하는 방향 성분을 포함한다. 배기 측 배기 공간(30se) 내에서는, 그 직경 방향 외측(Dro)에 배기구(31)가 형성되어 있다. 이 때문에, 배기 메인 유로(S) 내에서 또한 축선(Ar)을 기준으로 하여 배기 측(Dpe)의 영역(이하, 배기 측 메인 유로(Se)로 한다.) 내에서는, 비배기 측(Dpu)의 영역 내와 같이 증기의 역류가 실질적으로 발생하지 않는다.

이상과 같이, 비교예에서는, 배기 메인 유로(S) 내의 유로 단면적 중, 일부를 증기의 배기에 유효 이용할 수 없게 되기 때문에, 증기의 압력 손실이 크다.

증기 터빈에 유입되는 증기 유량이 적은 저부하 운전의 경우나, 복수기(Co) 내가 저진공도인 경우에는, 터빈 로터의 최종단 동익렬(13a)로부터 유출된 증기의 흐름 방향에 있어서의 방향 성분은, 축선 하류 측(Dad)을 향하는 방향 성분보다, 축선(Ar)을 중심으로 하여 둘레 방향(Dc) 성분, 즉 선회 성분 쪽이 상대적으로 커진다. 따라서, 이 경우, 터빈 로터의 최종단 동익렬(13a)로부터 유출된 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내에서 직경 방향 외측(Dro)에 편류(偏流)하는 경향이 강해진다. 이 때문에, 디퓨저 공간(26s) 내에 유입된 증기 중에서, 외측 디퓨저(27) 측의 증기의 유량이 내측 디퓨저(29x) 측의 증기의 유량보다 많아진다. 즉, 저부하 운전의 경우나, 복수기(Co) 내가 저진공도인 경우에는, 외측 디퓨저(27)의 내주면을 따른 증기의 흐름이 많아진다. 이 때문에, 비교예에서는, 저부하 운전의 경우나, 복수기(Co) 내가 저진공도인 경우, 배기실(25x) 내에서 증기가 역류하는 양이 보다 많아져, 증기의 압력 손실이 커진다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 배기실(25)의 효과에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 배기실(25) 내의 증기의 흐름을 해석한 결과, 이 배기실(25) 내에서는 증기가 이하와 같이 흐르는 것이 판명되었다.

본 실시형태에서도, 비교예와 동일하게, 터빈 로터의 최종단 동익렬(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)으로 유출된 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내에 유입된다. 이 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내를 축선 하류 측(Dad)을 향하면서 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 흘러, 배기 공간(30s) 내에 유입된다.

비배기 측 배기 공간(30su) 내에서는, 비교예와 동일하게, 외측 디퓨저(27)의 내주면을 따라 비배기 측 배기 공간(30su)에 유입된 증기가, 외측 디퓨저(27)의 내주면의 직경 방향 외측(Dro)의 끝에 있어서의 접선이 뻗는 방향, 즉 접선 방향으로 흐른다. 이 증기가, 케이싱 외주판(36)에 충돌하면, 일부가 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 상류 측(Dau)으로 흐르고, 다른 일부가 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 하류 측(Dad)으로 흐른다.

케이싱 외주판(36)을 따라 축선 상류 측(Dau)으로 흐른 증기는, 흐름의 방향이 점점 둘레 방향(Dc)이 되어, 이 케이싱 외주판(36)을 따라 배기 측(Dpe)으로 흐른다. 그리고, 이 증기는, 배기구(31)로부터 배기된다. 한편, 케이싱 외주판(36)을 따라 축선 하류 측(Dad)으로 흐른 증기는, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐른다.

그런데, 배기 보조 공간(40s) 내의 압력은, 배기 측 메인 유로(Se) 내의 압력보다 높다. 이 때문에, 배기 보조 공간(40s) 내의 유체(流體)는, 보조 배기 프레임(40)의 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내로 흐른다. 또, 비배기 측 메인 유로(Su) 내의 압력은, 배기 보조 공간(40s) 내의 압력보다 높다. 이 때문에, 비배기 측 메인 유로(Su) 내의 일부의 증기는, 보조 배기 프레임(40)의 비배기 측 개구부(41u)를 거쳐, 배기 보조 공간(40s) 내로 들어간다.

따라서, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 비배기 측 메인 유로(Su) 내에서, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기가 발생해도, 즉, 역류하는 증기가 발생해도, 이 증기는, 보조 배기 프레임(40)의 비배기 측 개구부(41u)를 거쳐, 배기 보조 공간(40s) 내로 들어간다. 그리고, 이 증기는, 상술한 바와 같이, 보조 배기 프레임(40)의 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내로 흘러, 배기구(31)로부터 배기된다.

본 실시형태에서는, 보조 배기 프레임(40)의 비배기 측 개구부(41u)가, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 개구되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 비배기 측 배기 공간(30su) 내에서, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기가, 보조 배기 프레임(40)의 비배기 측 개구부(41u)를 거쳐, 배기 보조 공간(40s) 내에 유입되기 쉽다. 또, 본 실시형태에서는, 보조 배기 프레임(40)에 있어서의 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리가, 배기 케이싱(30)에 있어서의 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리와 접속되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 프레임 하류 측 단판(42)에서 배기 보조 공간(40s)에 면하는 내면과, 케이싱 하류 측 단판(32)에서 배기 공간(30s)에 면하는 내면이, 프레임 하류 측 단판(42)과 케이싱 하류 측 단판(32)이 접속되어 있는 부분에서 매끄럽게 연속하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 비배기 측 배기 공간(30su) 내에서, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기가, 배기 보조 공간(40s) 내로 들어가는 과정에서의 저항을 최소한으로 억제할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이상의 관점에서, 비배기 측 메인 유로(Su) 내에서, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기를, 보조 배기 프레임(40)의 비배기 측 개구부(41u)를 거쳐, 배기 보조 공간(40s) 내에 용이하게 유입시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 배기 측 메인 유로(Se) 내에서는, 비교예와 동일하게, 증기의 역류가 실질적으로 발생하지 않는다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 배기 메인 유로(S) 내에서 역류하는 증기의 일부를 배기 보조 공간(40s) 내에 유입시킬 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 배기 메인 유로(S) 내에서 증기가 역류하는 순환 영역(Z)이 비교예보다 축소되고, 이 순환 영역(Z)을 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내로 한정시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 비교예보다, 증기의 압력 손실이 작아져, 배기 메인 유로(S) 내에서의 증기의 압력 회복량을 향상시킬 수 있다.

[제2 실시형태]

본 발명에 관한 증기 터빈의 제2 실시형태에 대하여, 도 6~도 8을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 증기 터빈은, 제1 실시형태에 있어서의 증기 터빈에 대하여, 배기실의 구성만이 다르다. 따라서, 이하에서는, 본 실시형태에 있어서의 배기실에 대하여 주로 설명한다.

도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25a)도, 제1 실시형태에 있어서의 배기실(25)과 동일하게, 디퓨저(26)와, 배기 케이싱(30)과, 보조 배기 프레임(40a)을 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 디퓨저(26)는, 제1 실시형태에 있어서의 디퓨저(26)와 기본적으로 동일하다. 또, 본 실시형태에 있어서의 배기 케이싱(30)은, 제1 실시형태에 있어서의 배기 케이싱(30)과 기본적으로 동일하다. 단, 본 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40a)은, 제1 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40)과 다르다.

본 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40a)도, 제1 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40)과 동일하게, 디퓨저(26)보다 직경 방향 내측(Dri)의 일부의 영역을 포함하고, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간(40s)을 형성한다.

보조 배기 프레임(40a)은, 제1 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40)과 동일하게, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 개구되고, 배기 공간(30s)과 배기 보조 공간(40s)을 연통시키는 개구(41)를 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 개구(41)도, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상이다. 이 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리로 획정된다. 이 개구(41) 중에서, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 상방을 향하고 있는 부분이 비배기 측 개구부(41u)이며, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 하방을 향하고 있는 부분이 배기 측 개구부(41e)이다.

본 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40a)은, 제1 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40)과 동일하게, 프레임 하류 측 단판(42)과, 프레임 상류 측 단판(43a)과, 프레임 내주판(44)을 갖는다.

프레임 하류 측 단판(42)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 하류 측 단판(42)은, 제1 실시형태에 있어서의 프레임 하류 측 단판(42)과 동일하며, 직경 방향(Dr)의 성분을 포함하는 방향 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 환상의 판이다. 이 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리와 접속되어 있다.

프레임 상류 측 단판(43a)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 상류 측 단판(43a)은, 제1 실시형태에 있어서의 프레임 상류 측 단판(43)과 동일하게, 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 환상의 판이다. 단, 이 프레임 상류 측 단판(43a)은, 제1 실시형태에 있어서의 프레임 상류 측 단판(43)과 달리, 직경 방향 내측(Dri)을 향함에 따라 점점 축선 상류 측(Dau)으로 넓어져 있다. 따라서, 프레임 상류 측 단판(43a)에서 배기 보조 공간(40s)에 면하는 내면은, 직경 방향 내측(Dri)을 향함에 따라 점점 축선 상류 측(Dau)을 향하는 면이다. 이 프레임 상류 측 단판(43a)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리, 즉, 내측 디퓨저(29) 중에서 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정하는 부분에 접속되어 있다.

프레임 내주판(44)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 내주판(44)은, 프레임 상류 측 단판(43a)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리와 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 접속한다. 프레임 상류 측 단판(43a)은, 상술한 바와 같이, 직경 방향 내측(Dri)을 향함에 따라 점점 축선 상류 측(Dau)으로 넓어져 있다. 이 때문에, 이 프레임 상류 측 단판(43a)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리는, 이 프레임 상류 측 단판(43a)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리보다 축선 상류 측(Dau)에 위치하고 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 있어서의 프레임 상류 측 단판(43a)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리는, 이 프레임 상류 측 단판(43a)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리보다 축선 상류 측(Dau)에 위치하고 있다. 이 때문에, 축선 방향(Da)에서, 본 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리의 위치와 제1 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리의 위치가 동일하고, 또한 축선 방향(Da)에서, 본 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리의 위치와 제1 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리의 위치가 동일해도, 본 실시형태에 있어서의 배기 보조 공간(40s)의 용적을 제1 실시형태에 있어서의 배기 보조 공간(40s)의 용적보다 크게 할 수 있다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 배기실(25a)의 효과에 대하여, 도 8을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에서도, 비교예 및 제1 실시형태와 동일하게, 터빈 로터의 최종단 동익렬(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)으로 유출된 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내에 유입된다. 이 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내를 축선 하류 측(Dad)을 향하면서 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 흘러, 배기 공간(30s) 내에 유입된다.

비배기 측 배기 공간(30su) 내에서는, 비교예 및 제1 실시형태와 동일하게, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기, 즉, 역류하는 증기가 발생한다. 본 실시형태에 있어서도, 제1 실시형태와 동일하게, 이 증기는, 보조 배기 프레임(40a)의 비배기 측 개구부(41u)를 거쳐, 배기 보조 공간(40s) 내로 들어간다. 이 때문에, 본 실시형태에서도, 배기 메인 유로(S) 내에서 증기가 역류하는 순환 영역(Z)이 비교예보다 축소되고, 이 순환 영역(Z)을 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내로 한정시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 비교예보다, 증기의 압력 손실이 작아져, 배기 메인 유로(S) 내에서의 증기의 압력 회복량을 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 배기 보조 공간(40s)의 용적을 제1 실시형태에 있어서의 배기 보조 공간(40s)의 용적보다 크게 할 수 있다. 따라서, 비배기 측 배기 공간(30su) 내에서, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기의 유량이 증가해도, 이에 대응할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 역류하는 증기의 유량이 증가해도, 이 증기를 배기 보조 공간(40s) 내에 도입할 수 있다.

그런데, 제1 실시형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내에 유입되는 증기의 흐름 방향에 있어서의 방향 성분은, 축선 방향(Da) 성분보다 직경 방향 외측(Dro)의 방향 성분 쪽이 크다. 또, 배기 측 배기 메인 유로(Se) 내를 흐르는 증기의 흐름 방향에 있어서의 축선 방향(Da) 성분은, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내에 유입되는 증기의 흐름 방향에 있어서의 축선 방향(Da) 성분보다 크다. 이 때문에, 제1 실시형태에서는, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내에 유입되는 증기의 흐름과, 배기 측 메인 유로(Se) 내를 흐르는 증기가, 큰 각도로 혼합된다. 따라서, 제1 실시형태에서는, 배기 측 메인 유로(Se) 내를 흐르는 증기의 흐름의 흐트러짐이 커져, 증기의 압력 손실이 다소 증가한다.

본 실시형태의 프레임 상류 측 단판(43a)은, 상술한 바와 같이, 직경 방향 내측(Dri)을 향함에 따라 점점 축선 상류 측(Dau)으로 넓어져 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태의 프레임 상류 측 단판(43a)은, 직경 방향 외측(Dro)을 향함에 따라 점점 축선 하류 측(Dad)으로 넓어져 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내에 유입되는 증기의 흐름 방향에 있어서의 직경 방향 외측(Dro)의 방향 성분이, 제1 실시형태에 있어서의 동일 증기의 흐름 방향에 있어서의 직경 방향 외측(Dro)의 방향 성분보다 작아진다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 제1 실시형태보다, 배기 측 메인 유로(Se) 내를 흐르는 증기의 흐름의 흐트러짐을 억제할 수 있어, 증기의 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.

[제3 실시형태]

본 발명에 관한 증기 터빈의 제3 실시형태에 대하여, 도 9~도 11을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 증기 터빈은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 증기 터빈에 대하여, 배기실의 구성만이 다르다. 따라서, 이하에서는, 본 실시형태에 있어서의 배기실에 대하여 주로 설명한다.

도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25b)도, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 배기실(25, 25a)과 동일하게, 디퓨저(26)와, 배기 케이싱(30)과, 보조 배기 프레임(40b)을 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 디퓨저(26)는, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 디퓨저(26)와 기본적으로 동일하다. 또, 본 실시형태에 있어서의 배기 케이싱(30)은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 배기 케이싱(30)과 기본적으로 동일하다. 단, 본 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40b)은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40, 40a)과 다르다.

본 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40b)도, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40, 40a)과 동일하게, 디퓨저(26)보다 직경 방향 내측(Dri)의 일부의 영역을 포함하고, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간(40s)을 형성한다.

이 보조 배기 프레임(40b)도, 제1 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40)과 동일하게, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 개구되고, 배기 공간(30s)과 배기 보조 공간(40s)을 연통시키는 개구(41)를 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 개구(41)도, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상이다. 이 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리로 획정된다. 이 개구(41) 중에서, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 상방을 향하고 있는 부분이 비배기 측 개구부(41u)이며, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 하방을 향하고 있는 부분이 배기 측 개구부(41e)이다.

본 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40b)은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40)과 동일하게, 프레임 하류 측 단판(42)과, 프레임 상류 측 단판(43b)과, 프레임 내주판(44)을 갖는다.

프레임 하류 측 단판(42)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 하류 측 단판(42)은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 프레임 하류 측 단판(42)과 동일하며, 직경 방향(Dr)의 성분을 포함하는 방향 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 환상의 판이다. 이 프레임 하류 측 단판(42)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리와 접속되어 있다.

프레임 상류 측 단판(43b)은, 배기 보조 공간(40s)에 있어서의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정한다. 이 프레임 상류 측 단판(43b)은, 제1 실시형태에 있어서의 프레임 상류 측 단판(43)과 동일하며, 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 환상의 판이다. 단, 이 프레임 상류 측 단판(43b)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서의 프레임 상류 측 단판(43, 43a)과 달리, 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리보다 축선 상류 측(Dau)의 위치에서 내측 디퓨저(29)에 접속되어 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 있어서의 프레임 상류 측 단판(43b)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리보다 축선 상류 측(Dau)의 위치에서 내측 디퓨저(29)에 접속되어 있다. 이 때문에, 축선 방향(Da)에서, 본 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리의 위치와 제1 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리의 위치가 동일하고, 또한 축선 방향(Da)에서, 본 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리의 위치와 제1 실시형태에 있어서의 개구(41)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리의 위치가 동일해도, 본 실시형태에 있어서의 배기 보조 공간(40s)의 용적을 제1 실시형태나 제2 실시형태에 있어서의 배기 보조 공간(40s)의 용적보다 크게 할 수 있다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 배기실(25b)의 효과에 대하여, 도 11을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에서도, 비교예, 제1 실시형태 및 제2 실시형태와 동일하게, 터빈 로터의 최종단 동익렬(13a)로부터 축선 하류 측(Dad)으로 유출된 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내에 유입된다. 이 증기는, 디퓨저 공간(26s) 내를 축선 하류 측(Dad)을 향하면서 직경 방향 외측(Dro)을 향하여 흘러, 배기 공간(30s) 내에 유입된다.

비배기 측 배기 공간(30su) 내에서는, 비교예 및 제1 실시형태와 동일하게, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기, 즉, 역류하는 증기가 발생한다. 본 실시형태에 있어서도, 제1 실시형태 및 제2 실시형태와 동일하게, 이 증기는, 보조 배기 프레임(40b)의 비배기 측 개구부(41u)를 거쳐, 배기 보조 공간(40s) 내로 들어간다. 이 때문에, 본 실시형태에서도, 배기 메인 유로(S) 내에서 증기가 역류하는 순환 영역(Z)이 비교예보다 축소되고, 이 순환 영역(Z)을 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내로 한정시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서도, 비교예보다, 증기의 압력 손실이 작아져, 배기 메인 유로(S) 내에서의 증기의 압력 회복량을 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 배기 보조 공간(40s)의 용적을 제1 실시형태나 제2 실시형태에 있어서의 배기 보조 공간(40s)의 용적보다 크게 할 수 있다. 따라서, 비배기 측 배기 공간(30su) 내에서, 케이싱 하류 측 단판(32)을 따라, 직경 방향 내측(Dri)으로 흐르는 증기의 유량이 증가해도, 이에 대응할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 역류하는 증기의 유량이 증가해도, 이 증기를 배기 보조 공간(40s) 내에 도입할 수 있다.

본 실시형태의 프레임 상류 측 단판(43b)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 상술한 바와 같이, 개구(41u, 41e)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리보다 축선 상류 측(Dau)의 위치에서 내측 디퓨저(29)에 접속되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 축선(Ar)을 기준으로 하여 배기 측(Dpe)에 있어서의 배기 보조 공간(40s) 내의 증기의 일부는, 내측 디퓨저(29)의 내주면을 따라 흐른다. 이 내측 디퓨저(29)의 내주면은, 직경 방향 외측(Dro)을 향함에 따라 점점 축선 하류 측(Dad)으로 넓어져 있기 때문에, 배기 보조 공간(40s) 내의 증기의 일부는, 직경 방향 외측(Dro)을 향함에 따라 축선 하류 측(Dad)을 향하여 흐른다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 배기 측 개구부(41e)를 거쳐, 배기 측 메인 유로(Se) 내에 유입되는 증기의 흐름 방향에 있어서의 직경 방향 외측(Dro)의 방향 성분이, 제1 실시형태에 있어서의 동일 증기의 흐름 방향에 있어서의 직경 방향 외측(Dro)의 방향 성분보다 작아진다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 제2 실시형태와 동일하게, 제1 실시형태보다, 배기 측 메인 유로(Se) 내를 흐르는 증기의 흐름의 흐트러짐을 억제할 수 있어, 증기의 압력 손실을 작게 할 수 있다.

[제4 실시형태]

본 발명에 관한 증기 터빈의 제4 실시형태에 대하여, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 증기 터빈은, 제3 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 변형예이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25c)도, 제3 실시형태에 있어서의 배기실(25b)과 동일하게, 디퓨저(26)와, 배기 케이싱(30)과, 보조 배기 프레임(40b)을 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 배기실(25c)은, 제3 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(40b)인 제1 보조 배기 프레임(40b) 외에, 제2 보조 배기 프레임(50c)을 더 구비한다.

제2 보조 배기 프레임(50c)은, 배기 공간(30s) 중에서 적어도 비배기 측(Dpu)의 부분과 연통하고, 상술한 배기 보조 공간(40s)인 제1 배기 보조 공간(40s)과는 다른 제2 배기 보조 공간(50s)을 형성한다. 이 제2 배기 보조 공간(50s)은, 적어도 축선(Ar)을 기준으로 하여 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 하류 측 단판(32)보다 축선 하류 측(Dad)에서, 케이싱 외주판(36)을 따라 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 공간이다.

제2 보조 배기 프레임(50c)은, 제2 프레임 외주판(52)과, 제2 프레임 내주판(53)과, 제2 프레임 하류 측 단판(54)을 갖는다. 제2 프레임 외주판(52)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 외주판(36)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)으로 뻗고, 또한 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있다. 제2 프레임 내주판(53)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 외주판(36) 및 제2 프레임 외주판(52)보다, 직경 방향 내측(Dri)의 위치에서, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)으로 뻗고, 또한 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있다. 제2 프레임 하류 측 단판(54)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 판이다. 이 제2 프레임 하류 측 단판(54)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 제2 프레임 외주판(52)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리에 접속되어 있다. 또, 제2 프레임 하류 측 단판(54)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리는, 제2 프레임 내주판(53)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리에 접속되어 있다.

제2 프레임 외주판(52)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 배기 공간(30s)과 제2 배기 보조 공간(50s)을 연통시키는 개구인 제2 개구(51)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정한다. 또, 제2 프레임 내주판(53)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 제2 개구(51)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정한다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 배기실(25c)의 효과에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 배기실(25c)은, 제3 실시형태에 있어서의 배기실(25b)과 동일한 제1 보조 배기 프레임(40b)을 가지므로, 제3 실시형태와 동일하게, 비배기 측 배기 메인 유로(Su) 내에 있어서의 순환 영역(Zc)을 비교예보다 축소시킬 수 있고, 이 순환 영역(Zc)을 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내로 한정시킬 수 있다.

본 실시형태에서는, 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역이, 제2 배기 보조 공간(50s)과 연통하고 있다. 이 때문에, 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내의 증기의 일부는, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된다. 이 결과, 배기 메인 유로(S) 내의 순환 영역(Zc)은, 이 제2 배기 보조 공간(50s)의 존재에 의하여 더 작아진다. 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기의 일부는, 이 제2 배기 보조 공간(50s) 내를 순환한 후, 즉시, 배기 메인 유로 내로 되돌아간다. 또, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기의 나머지의 일부는, 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50s)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아간다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 배기 메인 유로(S) 내의 순환 영역(Zc)을, 제3 실시형태보다 축소시킬 수 있다.

[제5 실시형태]

본 발명에 관한 증기 터빈의 제5 실시형태에 대하여, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25d)도, 제3 실시형태 및 제4 실시형태에 있어서의 배기실(25b, 25c)과 동일하게, 디퓨저(26)와, 배기 케이싱(30)과, 제1 보조 배기 프레임(40b)을 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 배기실(25d)은, 제4 실시형태에 있어서의 배기실(25c)과 동일하게, 제2 보조 배기 프레임(50d)을 더 구비한다.

제2 보조 배기 프레임(50d)은, 제4 실시형태에 있어서의 제2 보조 배기 프레임(50c)과 동일하게, 배기 공간(30s) 중에서 적어도 비배기 측(Dpu)의 부분과 연통하고, 제1 배기 보조 공간(40s)과는 다른 제2 배기 보조 공간(50s)을 형성한다. 이 제2 배기 보조 공간(50s)은, 적어도 축선(Ar)을 기준으로 하여 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 하류 측 단판(32)보다 축선 하류 측(Dad)에서, 케이싱 외주판(36)을 따라 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 공간이다.

제2 보조 배기 프레임(50d)은, 제4 실시형태에 있어서의 제2 보조 배기 프레임(50c)과 동일하게, 제2 프레임 외주판(52)과, 제2 프레임 내주판(53d)과, 제2 프레임 하류 측 단판(54)을 갖는다.

제2 프레임 외주판(52)은, 제4 실시형태에 있어서의 제2 프레임 외주판(52)과 동일하게, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 외주판(36)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)으로 뻗고, 또한 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있다.

제2 프레임 내주판(53d)은, 제4 실시형태에 있어서의 제2 프레임 내주판(53)과 동일하게, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 외주판(36) 및 제2 프레임 외주판(52)보다, 직경 방향 내측(Dri)의 위치에서, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)으로 뻗고, 또한 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있다. 단, 이 제2 프레임 내주판(53d)은, 제4 실시형태의 제2 프레임 내주판(53)과 달리, 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리로부터 축선 하류 측(Dad)을 향함에 따라 점점 직경 방향 내측(Dri)으로 뻗어 있다. 바꾸어 말하면, 이 제2 프레임 내주판(53d)은, 축선 상류 측(Dau)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗어 있다.

제2 프레임 하류 측 단판(54)은, 제4 실시형태에 있어서의 제2 프레임 하류 측 단판(54)과 동일하게, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 직경 방향(Dr) 및 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 판이다. 이 제2 프레임 하류 측 단판(54)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리는, 제2 프레임 외주판(52)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리에 접속되어 있다. 또, 이 제2 프레임 하류 측 단판(54)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리는, 제2 프레임 내주판(53d)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리에 접속되어 있다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 배기실(25d)의 효과에 대하여, 도 15를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 배기실(25d)은, 제3 실시형태 및 제4 실시형태에 있어서의 배기실(25b, 25c)과 동일한 제1 보조 배기 프레임(40b)을 가지므로, 제3 실시형태 및 제4 실시형태와 동일하게, 비배기 측 배기 메인 유로(Su) 내에 있어서의 순환 영역(Zc)을 비교예보다 축소시킬 수 있고, 이 순환 영역(Zc)을 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내로 한정시킬 수 있다.

본 실시형태에서는, 제4 실시형태와 동일하게, 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역이, 제2 배기 보조 공간(50s)과 연통하고 있다. 이 때문에, 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내의 증기의 일부가, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된다. 이 결과, 배기 메인 유로(S) 내의 순환 영역(Zc)은, 이 제2 배기 보조 공간(50s)의 존재에 의하여 더 작아진다. 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기의 일부는, 이 제2 배기 보조 공간(50s) 내를 순환한 후, 즉시, 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아간다. 또, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기의 나머지의 일부는, 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50s)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아간다.

제5 실시형태에 있어서의 제2 보조 배기 프레임(50d)의 제2 프레임 내주판(53d)은, 축선 상류 측(Dau)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗어 있다. 이 때문에, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기는, 제4 실시형태보다, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에서 순환하기 쉬워져, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기 중, 즉시, 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아가는 양이 적어지고, 반대로, 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50s)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아가는 양이 많아진다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 제2 보조 배기 프레임(50d)은, 제2 배기 보조 공간(50s) 내에 유입된 증기를, 적극적으로 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50s)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌리는 구조로 되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 메인 유로(S) 내의 순환 영역(Zc)을 제4 실시형태보다 더 작게 할 수 있다.

[제6 실시형태]

본 발명에 관한 증기 터빈의 제6 실시형태에 대하여, 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 배기실(25e)도, 제3~제5 실시형태에 있어서의 배기실(25b, 25c, 25d)과 동일하게, 디퓨저(26)와, 배기 케이싱(30)과, 제1 보조 배기 프레임(40b)을 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 배기실(25e)은, 제4 실시형태 및 제5 실시형태에 있어서의 배기실(25c, 25d)과 동일하게, 제2 보조 배기 프레임(50e)을 더 구비한다.

제2 보조 배기 프레임(50e)은, 배기 공간(30s) 중에서 적어도 비배기 측(Dpu)의 부분과 연통하고, 제1 배기 보조 공간(40s)과는 다른 제2 배기 보조 공간(50se)을 형성한다. 이 제2 배기 보조 공간(50se)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 하류 측 단판(32)보다 축선 상류 측(Dau)에서, 케이싱 외주판(36)을 따라 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 공간이다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 제2 배기 보조 공간(50se)은, 제4 실시형태 및 제5 실시형태에 있어서의 제2 배기 보조 공간(50s)과 달리, 배기 케이싱(30) 내에 형성되어 있다.

제2 보조 배기 프레임(50e)은, 제2 프레임 외주판(52e)과, 제2 프레임 내주판(53e)과, 제2 프레임 하류 측 단판(54e)을 갖는다. 제2 프레임 외주판(52e)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에 있어서의 케이싱 외주판(36)의 축선 하류 측(Dad)의 부분에서 형성되어 있다. 제2 프레임 하류 측 단판(54e)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에 있어서의 케이싱 하류 측 단판(32)의 직경 방향 외측(Dro)의 부분에서 형성되어 있다. 제2 프레임 내주판(53e)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 적어도 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 케이싱 외주판(36)보다, 직경 방향 내측(Dri)의 위치에서, 케이싱 하류 측 단판(32)으로부터 축선 상류 측(Dau)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗고, 또한 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 판이다.

제2 프레임 외주판(52e)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 배기 공간(30s)과 제2 배기 보조 공간(50s)을 연통시키는 개구인 제2 개구(51e)의 직경 방향 외측(Dro)의 가장자리를 획정한다. 또, 제2 프레임 내주판(53e)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 제2 개구(51e)의 직경 방향 내측(Dri)의 가장자리를 획정한다.

다음으로, 이상에서 설명한 본 실시형태에 있어서의 배기실(25e)의 효과에 대하여, 도 17을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 배기실(25e)은, 제3~제5 실시형태에 있어서의 배기실(25b, 25c, 25d)과 동일한 제1 보조 배기 프레임(40b)을 가지므로, 제3~제5 실시형태와 동일하게, 비배기 측 배기 메인 유로(Su) 내에 있어서의 순환 영역(Ze)을 비교예보다 축소시킬 수 있고, 이 순환 영역(Ze)을 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내로 한정시킬 수 있다.

본 실시형태에서는, 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역이, 제2 배기 보조 공간(50se)과 연통하고 있다. 이 때문에, 배기 메인 유로(S) 내의 직경 방향 외측(Dro)의 영역 내의 증기의 일부는, 제2 배기 보조 공간(50se) 내에 유입된다. 제2 배기 보조 공간(50se) 내에 유입된 증기의 일부는, 이 제2 배기 보조 공간(50se) 내를 순환한 후, 즉시, 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아간다. 또, 제2 배기 보조 공간(50se) 내에 유입된 증기의 나머지의 일부는, 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50se)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아간다.

제6 실시형태에 있어서의 제2 프레임 내주판(53e)은, 제5 실시형태에 있어서의 제2 프레임 내주판(53d)과 동일하게, 축선 상류 측(Dau)을 향함에 따라 점점 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗어 있다. 이 때문에, 제2 배기 보조 공간(50se) 내에 유입된 증기는, 제4 실시형태보다, 제2 배기 보조 공간(50se) 내에서 순환하기 쉬워진다. 이 때문에, 제2 배기 보조 공간(50se) 내에 유입된 증기 중, 즉시, 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아가는 양이 적어지고, 반대로, 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50se)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌아가는 양이 많아진다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 제2 보조 배기 프레임(50e)도, 제5 실시형태와 동일하게, 제2 배기 보조 공간(50se) 내에 유입된 증기를, 적극적으로 둘레 방향(Dc)으로 넓어지는 제2 배기 보조 공간(50se)의 둘레 방향(Dc)의 끝으로부터 배기 메인 유로(S) 내로 되돌리는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서의 제2 배기 보조 공간(50se)은, 상술한 바와 같이, 배기 케이싱(30) 내에 형성되어 있지만, 배기 케이싱(30) 내에 있어서의 순환 영역(Ze)을 제3 실시형태보다 작게 할 수 있다.

[각종 변형예]

제4~제6 실시형태에 있어서의 제2 프레임 하류 측 단판(54, 54e)은, 직경 방향(Dr)으로 뻗어 있다. 그러나, 이 제2 프레임 하류 측 단판(54, 54e)은, 직경 방향 외측(Dro)의 부분에서, 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗음에 따라 점점 축선 상류 측(Dau)으로 뻗도록 해도 된다. 또, 이 제2 프레임 하류 측 단판(54, 54e)은, 직경 방향 내측(Dri)의 부분에서, 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗음에 따라 점점 축선 하류 측(Dad)으로 뻗도록 해도 된다.

이상의 각 실시형태에 있어서의 케이싱 하류 측 단판(32)은, 직경 방향(Dr)으로 뻗어 있다. 그러나, 이 케이싱 하류 측 단판(32)은, 직경 방향 외측(Dro)의 부분에서, 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗음에 따라 점점 축선 상류 측(Dau)으로 뻗도록 해도 된다. 또, 이 케이싱 하류 측 단판(32)은, 직경 방향 내측(Dri)의 부분에서, 직경 방향 외측(Dro)으로 뻗음에 따라 점점 축선 하류 측(Dad)으로 뻗도록 해도 된다.

제4~제6 실시형태에 있어서의 증기 터빈은, 제3 실시형태에 있어서의 증기 터빈의 변형예이다. 그러나, 제4~제6 실시형태에 있어서의 제2 보조 배기 프레임(50c, 50d, 50e)의 구성을, 제1 실시형태 또는 제2 실시형태에 있어서의 증기 터빈에 적용해도 된다.

제4~제6 실시형태에 있어서의 제2 배기 보조 공간(50s, 50se)은, 축선(Ar)을 기준으로 하여 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 둘레 방향(Dc)으로 넓어져 있는 공간이다. 그러나, 이들 제2 배기 보조 공간(50s, 50se)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상의 공간이어도 된다.

이상의 각 실시형태에 있어서의 보조 배기 프레임(제1 보조 배기 프레임)이 갖는 개구(41)는, 모두 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상이다. 이 개구(41)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리는, 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리 전체 둘레이다. 따라서, 이 내측 디퓨저(29)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리 전체 둘레는, 축선 방향(Da)에서 케이싱 하류 측 단판(32)으로부터 떨어져 있다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 보조 배기 프레임(제1 보조 배기 프레임)(40f)은, 배기 보조 공간(40s) 내로부터 연직 상방을 향하여 개구되어 있는 비배기 측 개구(41uf)와, 배기 측 개구(41ef)를 가져도 된다. 이 경우, 내측 디퓨저(29f)의 축선 하류 측(Dad)의 가장자리의 일부가, 비배기 측 개구(41uf)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정하고, 다른 일부가 배기 측 개구(41ef)의 축선 상류 측(Dau)의 가장자리를 획정하며, 나머지의 부분은, 케이싱 하류 측 단판(32) 또는 프레임 하류 측 단판(42)에 접속된다. 즉, 이 경우의 각 개구(41uf, 41ef)는, 내측 디퓨저(29f)의 일부가 절결되어 형성되어 있다. 또한, 도 18은, 제1 실시형태의 변형예를 나타내고 있지만, 제2~제6 실시형태에 있어서의 개구(41)도, 이상과 동일하게 형성해도 된다.

이상과 같이, 비배기 측(Dpu)과 배기 측(Dpe)에서 독립한 개구를 형성하는 것이어도 배기실 내의 비배기 측(Dpu)의 부분에서의 효율 저하를 저감시킬 수 있다. 그러나, 이상의 각 실시형태와 같이, 환상 개구의 경우, 증기는, 배기 보조 공간(40s)과 배기 공간(30s)이 일체화된 공간을 비배기 측(Dpu)으로부터 배기 측(Dpe)으로 흐르기 때문에, 개구에서의 분기나 합류에서의 손실은 고려할 필요가 없다. 한편, 비배기 측(Dpu)과 배기 측(Dpe)에서 독립한 개구를 형성하면, 각 개구의 입구 부근이나 출구 부근에서 흐름을 흐트려, 압력 손실을 초래할 우려가 있다. 이 때문에, 비배기 측(Dpu)과 배기 측(Dpe)에서 독립한 개구를 형성하면, 각 개구의 둘레 방향의 개구 길이 등을 신중하게 검토할 필요가 있다.

이상의 각 실시형태에 있어서의 증기 터빈은, 모두 하방 배기형이다. 그러나, 증기 터빈은, 측방 배기형이어도 된다. 이 경우, 축선(Ar)에 직교하는 직교 방향에서, 축선(Ar)에 대하여 서로 상반되는 측을 이루는 비배기 측(Dpu)과 배기 측(Dpe) 중, 예를 들면 비배기 측(Dpu)이 축선(Ar)을 기준으로 하여 좌측이 되고, 배기 측(Dpe)이 축선(Ar)을 기준으로 하여 우측이 된다.

이상의 각 실시형태에 있어서의 배기 케이싱(30)은, 모두 케이싱 상류 측 단판(34)을 갖고 있다. 그러나, 이분류 배기형에서는, 축선(Ar)을 기준으로 하여 비배기 측(Dpu)의 영역에서, 제1 증기 터빈부(10a)의 배기 공간(30s)과 제2 증기 터빈부(10b)의 배기 공간(30s)을 연통시킴으로써, 상류 측 단판을 생략할 수 있다.

이상의 각 실시형태의 증기 터빈은, 모두 이분류 배기형이다. 그러나, 배기를 분류하지 않는 증기 터빈에, 본 발명을 적용해도 된다.

10a: 제1 증기 터빈부
10b: 제2 증기 터빈부
11: 터빈 로터
12: 로터축
13: 동익렬
13a: 최종단 동익렬
17: 정익렬
18: 베어링
19: 증기 유입관
20: 케이싱
21: 몸체 케이싱
25, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25x: 배기실
26: 디퓨저
26s: 디퓨저 공간
27: 외측 디퓨저
29, 29f: 내측 디퓨저
30, 30x: 배기 케이싱
30s: 배기 공간
30se: 배기 측 배기 공간
30su: 비배기 측 배기 공간
31: 배기구
32: 케이싱 하류 측 단판
34: 케이싱 상류 측 단판
36: 케이싱 외주판
40, 40a, 40b, 40c: 보조 배기 프레임(제1 보조 배기 프레임)
40s: 배기 보조 공간(제1 배기 보조 공간)
41: 개구
41u: 비배기 측 개구부
41uf: 비배기 측 개구
41e: 배기 측 개구부
41ef: 배기 측 개구
42: 프레임 하류 측 단판
43, 43a, 43b: 프레임 상류 측 단판
44: 프레임 내주판
45: 상류 측 내주판
46: 하류 측 내주판
50c, 50d, 50e: 제2 보조 배기 프레임
50s, 50se: 제2 배기 보조 공간
51, 51e: 제2 개구
52, 52e: 제2 프레임 외주판
53, 53d, 53e: 제2 프레임 내주판
54, 54e: 제2 프레임 하류 측 단판
Co: 복수기
S: 배기 메인 유로
Se: 배기 측 메인 유로
Su: 비배기 측 메인 유로
Ar: 축선
Da: 축선 방향
Dau: 축선 상류 측
Dad: 축선 하류 측
Dc: 둘레 방향
Dr: 직경 방향
Dri: 직경 방향 내측
Dro: 직경 방향 외측
Dpu: 비배기 측
Dpe: 배기 측

Claims

축선을 중심으로 하여 회전하는 증기 터빈 로터의 최종단 동익렬로부터 유출된 증기를 외부로 유도하는 증기 터빈의 배기실에 있어서,
상기 최종단 동익렬로부터 유출된 증기가 유입되고, 상기 축선에 대하여 환상을 이루며, 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 축선에 대한 직경 방향 외측으로 넓어지는 디퓨저 공간을 형성하는 디퓨저와,
상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되는 배기구를 갖고, 상기 디퓨저 공간에 연통하며, 상기 축선에 대한 둘레 방향으로 넓어져, 상기 디퓨저 공간으로부터 유입된 증기를 상기 배기구로 유도하는 배기 공간을 형성하는 배기 케이싱과,
상기 디퓨저보다 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 일부의 영역을 포함하고, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간을 형성하는 보조 배기 프레임을 구비하며,
상기 디퓨저는,
상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 직경 방향 외측의 가장자리를 획정하는 외측 디퓨저와,
상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루며, 상기 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 가장자리를 획정하는 내측 디퓨저를 갖고,
상기 배기 케이싱은, 상기 축선에 직교하는 직교 방향에서, 상기 축선을 기준으로 하여 서로 상반되는 측을 이루는 비배기 측과 배기 측 중, 상기 배기 측에만 상기 배기구를 가지며,
상기 보조 배기 프레임은, 상기 축선을 기준으로 하여, 적어도 상기 비배기 측과 상기 배기 측의 부분에서, 상기 배기 보조 공간 내로부터 상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되고, 상기 배기 공간과 상기 배기 보조 공간을 연통시키는 개구를 갖고,
상기 둘레 방향에서 상기 개구가 존재하는 둘레 방향 영역 내에서, 상기 내측 디퓨저의 상기 축선 하류 측의 가장자리가, 상기 개구에 있어서의 상기 축선 하류 측과는 반대 측의 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는, 증기 터빈의 배기실.
축선을 중심으로 하여 회전하는 증기 터빈 로터의 최종단 동익렬로부터 유출된 증기를 외부로 유도하는 증기 터빈의 배기실에 있어서,
상기 최종단 동익렬로부터 유출된 증기가 유입되고, 상기 축선에 대하여 환상을 이루며, 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 축선에 대한 직경 방향 외측으로 넓어지는 디퓨저 공간을 형성하는 디퓨저와,
상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되는 배기구를 갖고, 상기 디퓨저 공간에 연통하며, 상기 축선에 대한 둘레 방향으로 넓어져, 상기 디퓨저 공간으로부터 유입된 증기를 상기 배기구로 유도하는 배기 공간을 형성하는 배기 케이싱과,
상기 디퓨저보다 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 일부의 영역을 포함하고, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이루는 배기 보조 공간을 형성하는 보조 배기 프레임을 구비하며,
상기 디퓨저는,
상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루고, 상기 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 직경 방향 외측의 가장자리를 획정하는 외측 디퓨저와,
상기 축선에 대한 수직인 단면이 환상을 이루며, 상기 축선 하류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져, 상기 디퓨저 공간의 상기 축선에 대한 직경 방향 내측의 가장자리를 획정하는 내측 디퓨저를 갖고,
상기 배기 케이싱은, 상기 축선에 직교하는 직교 방향에서, 상기 축선을 기준으로 하여 서로 상반되는 측을 이루는 비배기 측과 배기 측 중, 상기 배기 측에만 상기 배기구를 가지며,
상기 보조 배기 프레임은, 상기 축선을 기준으로 하여, 적어도 상기 비배기 측과 상기 배기 측의 부분에서, 상기 배기 보조 공간 내로부터 상기 직경 방향 외측을 향하여 개구되고, 상기 배기 공간과 상기 배기 보조 공간을 연통시키는 개구를 갖고,
상기 개구는, 상기 축선을 기준으로 하여 환상인, 증기 터빈의 배기실.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보조 배기 프레임은, 상기 배기 보조 공간에 있어서의 상기 축선 하류 측의 가장자리를 획정하는 프레임 하류 측 단판을 갖고,
상기 배기 케이싱은, 상기 배기 공간에 있어서의 상기 축선 하류 측의 가장자리를 획정하는 케이싱 하류 측 단판을 가지며,
상기 프레임 하류 측 단판은, 상기 축선에 대한 직경 방향의 성분을 포함하는 방향 및 상기 둘레 방향으로 넓어져, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이루고,
상기 케이싱 하류 측 단판은, 상기 축선에 대한 직경 방향의 성분을 포함하는 방향 및 상기 둘레 방향으로 넓어져, 상기 축선을 중심으로 한 환상의 상기 직경 방향 내측의 가장자리를 가지며,
상기 프레임 하류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리가 상기 개구의 상기 축선 하류 측의 가장자리를 획정하고,
상기 케이싱 하류 측 단판의 상기 직경 방향 내측의 가장자리와 상기 프레임 하류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리가 접속되어 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 3에 있어서,
상기 프레임 하류 측 단판에서 상기 배기 보조 공간에 면하는 내면과, 상기 케이싱 하류 측 단판에서 상기 배기 공간에 면하는 내면은, 상기 프레임 하류 측 단판과 상기 케이싱 하류 측 단판이 접속되어 있는 부분에서 매끄럽게 연속하고 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 3에 있어서,
상기 보조 배기 프레임인 제1 보조 배기 프레임 외에, 상기 배기 공간 중에서 적어도 상기 비배기 측의 부분과 연통하고, 상기 배기 보조 공간인 제1 배기 보조 공간과는 다른 제2 배기 보조 공간을 형성하는 제2 보조 배기 프레임을 구비하며,
상기 배기 케이싱은, 상기 배기 공간에 있어서의 상기 직경 방향 외측의 가장자리를 획정하는 케이싱 외주판을 갖고,
상기 제2 보조 배기 프레임은, 상기 축선을 기준으로 하여 상기 비배기 측이며 또한 상기 케이싱 외주판보다 상기 직경 방향 내측의 위치에서, 상기 둘레 방향으로 넓어지고 또한 상기 케이싱 하류 측 단판으로부터 상기 축선이 뻗는 축선 방향을 포함하는 방향으로 뻗는 제2 프레임 내주판을 갖고,
상기 제2 프레임 내주판은, 상기 제2 배기 보조 공간의 상기 직경 방향 내측의 가장자리를 획정하며,
상기 제2 프레임 내주판에 있어서의 상기 축선 하류 측과는 반대 측의 축선 상류 측의 가장자리는, 상기 배기 공간과 상기 제2 배기 보조 공간을 연통시키는 제2 개구의 상기 직경 방향 내측의 가장자리를 획정하는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 프레임 내주판은, 상기 축선 상류 측을 향함에 따라 점점 상기 직경 방향 외측을 향하여 넓어져 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 프레임 내주판은, 상기 케이싱 하류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 끝으로부터 상기 축선 하류 측을 향하여 뻗고,
상기 제2 배기 보조 공간은, 상기 케이싱 하류 측 단판보다 상기 축선 하류 측에 형성되어 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 프레임 내주판은, 상기 케이싱 하류 측 단판 중에서 상기 직경 방향 외측의 끝보다 상기 직경 방향 내측의 위치로부터 상기 축선 상류 측을 향하여 뻗고,
상기 제2 배기 보조 공간은, 상기 케이싱 하류 측 단판보다 상기 축선 상류 측에 형성되어 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 1에 있어서,
상기 보조 배기 프레임은, 상기 배기 보조 공간에 있어서의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 프레임 상류 측 단판을 갖고,
상기 프레임 상류 측 단판은, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이루며,
상기 프레임 상류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리는, 상기 내측 디퓨저의 상기 축선 하류 측의 가장자리로서 상기 개구의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 부분에 접속되어 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 9에 있어서,
상기 프레임 상류 측 단판에서 상기 배기 보조 공간에 면하는 내면은, 상기 직경 방향 내측을 향함에 따라 점점 상기 축선 상류 측을 향하는 면인, 증기 터빈의 배기실.
청구항 1에 있어서,
상기 보조 배기 프레임은, 상기 배기 보조 공간에 있어서의 상기 축선 상류 측의 가장자리를 획정하는 프레임 상류 측 단판을 갖고,
상기 프레임 상류 측 단판은, 상기 축선을 중심으로 하여 환상을 이루며,
상기 프레임 상류 측 단판의 상기 직경 방향 외측의 가장자리는, 상기 개구의 축선 상류 측의 가장자리보다 상기 축선 상류 측의 위치에서 상기 내측 디퓨저에 접속되어 있는, 증기 터빈의 배기실.
청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 증기 터빈의 배기실과,
상기 증기 터빈 로터와,
상기 증기 터빈 로터의 외주 측을 덮는 몸체 케이싱과,
상기 몸체 케이싱의 내주 측에 배치되고, 상기 직경 방향 외측의 끝이 상기 몸체 케이싱에 장착되어 있는 정익렬을 구비하며,
상기 외측 디퓨저는, 상기 몸체 케이싱에 접속되어 있는, 증기 터빈.
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