WO2015146895A1 - 蒸気タービン - Google Patents

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WO2015146895A1
WO2015146895A1 PCT/JP2015/058700 JP2015058700W WO2015146895A1 WO 2015146895 A1 WO2015146895 A1 WO 2015146895A1 JP 2015058700 W JP2015058700 W JP 2015058700W WO 2015146895 A1 WO2015146895 A1 WO 2015146895A1
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WO
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flow guide
upper half
steam
steam turbine
rotor shaft
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PCT/JP2015/058700
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English (en)
French (fr)
Inventor
倫平 川下
民暁 中澤
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Publication date
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Priority to CN201580005518.7A priority patent/CN105934564B/zh
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
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    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/38—Retaining components in desired mutual position by a spring, i.e. spring loaded or biased towards a certain position

Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine that generates rotational power using steam.
  • a steam turbine that generates rotational power using working steam is formed by assembling a rotor shaft, an upper half casing, and a lower half casing. Further, the steam turbine is provided with a diffuser (enlarged flow path) that is formed so as to reduce exhaust loss of the working steam after being used to generate rotational power, and exhausts the working steam to the outside of the casing.
  • a diffuser enlarged flow path
  • shaft to which the some moving blade was fixed is installed in an axis line so that rotation around an axis line is possible. After that, the upper half inner casing and the upper half outer casing to which the upper half flow guide is fixed are fixed to the lower half outer casing.
  • the flow guide (conical cone) of the steam turbine is the rotor shaft side wall of the diffuser, and is attached around the rotor shaft to prevent turbulence in the wake flow of the final stage blade and to smoothly exhaust the steam.
  • the upper half and the lower half of the flow guide are connected to the outer casing by bolts on the downstream side of the steam flow.
  • the upper half and the lower half of the flow guide are coupled to each other at two locations using bolts.
  • the flow guide has a structure in which the upper half and the lower half are divided separately on the upstream side of the steam flow of the flow guide. Therefore, the natural frequency of the flow guide decreases, and there is a risk that the flow guide will resonate at a frequency that is twice or twice the number of rotations of the steam turbine. Further, since the high-pressure steam for sealing the shaft between the rotor shaft and the outer casing flows inside the flow guide (rotor shaft side), the flow guide is more than the temperature outside the flow guide (diffuser flow path side). The inner temperature is high.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is a steam capable of maintaining the integrity of the upper half and the lower half of the flow guide even during operation while facilitating the assembly of the flow guide.
  • An object is to provide a turbine.
  • a steam turbine according to the present invention includes a flow guide that is installed around a rotor shaft and that is a side wall of the diffuser on the rotor shaft side, and the flow guide includes a first portion having a substantially semicircular cross section, A joining portion of the first part that has a semicircular arc-shaped cross section, is combined with a second part that is smaller in thermal deformation than the first part, is formed in a substantially truncated cone shape, and is joined to the second part,
  • the rotor shaft side has a first projecting portion projecting in the circumferential direction from the steam flow path side of the diffuser, and the coupling portion of the second part that is combined with the first part is such that the steam flow path side of the diffuser is the rotor.
  • a second protrusion that protrudes in the circumferential direction from the shaft side and overlaps the first protrusion in the radial direction of the flow guide is provided.
  • the second part when the rotor shaft side of the flow guide becomes hotter than the diffuser side, the second part is less likely to be thermally deformed compared to the first part, and thus the first protrusion of the first part is The second projecting portion of the second portion is pressed from the inside toward the outside.
  • the first portion and the second portion are in a state of being overlapped in the radial direction by the first protrusion and the second protrusion, the first portion and the second portion are not used without using a fastening member that couples them.
  • the two parts can not be separated, and the integrity of the first part and the second part can be maintained.
  • the plate thickness of the second portion may be larger than the plate thickness of the first portion. According to this configuration, when the rotor shaft side of the flow guide becomes hotter than the diffuser side, the second portion having a larger plate thickness is less likely to be thermally deformed than the first portion.
  • the steam turbine of the said invention may have a constraining member connected with the inner surface of the said 2nd part at the said rotor shaft side and making the thermal deformation of the said 2nd part smaller than the said 1st part.
  • the restraining member may include a surface member that forms a space with the second portion. According to this configuration, the heat formed from the rotor shaft side to the second portion can be reduced by the space formed between the surface member and the second portion and the surface member, and the second portion can be reduced to the first portion. It can be made harder to heat-deform than the part.
  • the fastening member that couples the upper half and the lower half to each other, so that the assembly of the flow guide is facilitated, and the first protrusion and the second protrusion overlap in the radial direction. Even during operation, the integrity of the upper and lower halves of the flow guide can be maintained.
  • the steam turbine 10 includes a rotor shaft 1, an outer casing 2, and an inner casing 3.
  • the rotor shaft 1 is supported by a bearing so as to be rotatable around a horizontal axis 5.
  • the outer casing 2 is formed so as to surround the rotor shaft 1 and is fixed to the foundation.
  • the inner casing 3 is arranged inside the outer casing 2 so as to surround the rotor shaft 1, and is fixed to the outer casing 2.
  • the main flow path 6 is formed between the rotor shaft 1 and the inner casing 3 so as to surround the rotor shaft 1.
  • the steam turbine 10 further includes a plurality of moving blades 7 and a plurality of stationary blades 8.
  • Each of the plurality of moving blades 7 is fixed to the rotor shaft 1 and disposed in the main flow channel 6.
  • the plurality of rotor blades 7 rotate the rotor shaft 1 around the axis 5 when steam flows through the main flow path 6.
  • Each of the plurality of stationary blades 8 is fixed to the inner casing 3 and disposed in the main flow channel 6.
  • the plurality of stationary blades 8 guide the steam flowing through the main flow path 6 to the moving blades 7 so as to rotate the rotor shaft 1.
  • the outer casing 2 and the inner casing 3 form a steam supply port 11, a steam discharge chamber 12, a diffuser 14, and a flow guide shaft side space 15.
  • the steam supply port 11 is formed at the upper center of the outer casing 2.
  • the steam supply port 11 supplies steam supplied from an external upstream facility (for example, a boiler) to the steam turbine 10 to the center of the main flow channel 6.
  • the steam discharge chamber 12 is formed so as to surround the rotor shaft 1, and is formed so as to surround the end of the main flow channel 6.
  • the steam discharge chamber 12 supplies the steam that has flowed through the main flow path 6 to an external condenser.
  • the diffuser 14 is formed so as to surround the rotor shaft 1, and is formed between the steam flow downstream end of the main flow channel 6 and the steam discharge chamber 12.
  • the temperature of the steam flowing through the diffuser 14 is approximately several tens of degrees.
  • the diffuser 14 supplies the steam that has flowed through the main flow path 6 to the steam discharge chamber 12.
  • the diffuser 14 is formed so that the cross section of the flow path becomes larger as the distance from the main flow path 6 is reduced so that the exhaust loss of the steam flowing through the diffuser 14 is reduced. Thereby, rotational power can be generated with high efficiency.
  • the flow guide shaft side space 15 is formed between the diffuser 14 and the rotor shaft 1.
  • the steam turbine 10 further includes a flow guide 16 and a ground seal 17.
  • the flow guide 16 is disposed between the diffuser 14 and the flow guide shaft side space 15 inside the outer casing 2, and is fixed to the outer casing 2.
  • the flow guide 16 forms a side wall of the diffuser 14 on the rotor shaft 1 side, and separates the diffuser 14 and the flow guide shaft side space 15.
  • the ground seal 17 is formed between the rotor shaft 1 and the outer casing 2 and seals the flow guide shaft side space 15 and the outer side of the outer casing 2.
  • the steam turbine 10 further includes a ground steam supply channel (not shown).
  • the ground steam supply channel supplies ground steam, which is high-temperature and high-pressure steam, to the ground seal 17, and the ground steam leaks to the outside and the flow guide shaft side space 15.
  • the outer casing 2 is formed so as to be divided into a lower half outer casing 21 and an upper half outer casing 22 substantially along a horizontal plane including the axis 5.
  • the inner casing 3 is formed so as to be divided into a lower half inner casing 23 and an upper half inner casing 24 along a horizontal plane including the axis 5.
  • the flow guide 16 is formed so as to be substantially along the side surface of the truncated cone as shown in FIG.
  • the flow guide 16 includes a lower half flow guide 31 and an upper half flow guide 32.
  • the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 are examples of a first portion and a second portion, respectively.
  • the lower half flow guide 31 is disposed below the horizontal plane including the axis 5.
  • the upper half flow guide 32 is disposed above the horizontal plane including the axis 5.
  • the lower half flow guide 31 is formed from a plate-like member having a substantially semicircular cross section cut in a direction perpendicular to the axis, and includes a lower half flow guide coupling portion 33 and a lower half flow guide large-diameter side end 34. And the lower half flow guide small diameter side end 35 is formed.
  • the upper half flow guide 32 is formed from a plate-like member having a substantially semicircular cross section, and an upper half flow guide coupling portion 36 and an upper half flow guide large-diameter side end 37. And the upper half flow guide small diameter side end 38 is formed.
  • the lower half flow guide coupling portion 33 and the upper half flow guide coupling portion 36 are each formed to have a plane parallel to a horizontal plane including the axis 5.
  • the lower half flow guide large diameter side end 34, the upper half flow guide large diameter side end 37, the lower half flow guide small diameter side end 35 and the upper half flow guide small diameter side end 38 are formed on a plane perpendicular to the axis 5.
  • the circumferential direction is formed along a circle centered on the axis 5.
  • the radius of the circle formed by the lower half flow guide large diameter side end 34 and the upper half flow guide large diameter side end 37 is larger than the radius of the circle formed by the lower half flow guide small diameter side end 35 and the upper half flow guide small diameter side end 38.
  • the lower half flow guide small diameter side end 35 and the upper half flow guide small diameter side end 38 are arranged on the main flow channel 6 side, that is, on the upstream side of the steam flow.
  • the flow guide 16 has a lower half flow guide large-diameter side end 34 coupled to the lower half outer casing 21 and an upper half flow guide large-diameter end 37 coupled to the upper half outer casing 22 on the downstream side of the steam flow.
  • the plate thickness of the upper half flow guide 32 is larger than the plate thickness of the lower half flow guide 31 as shown in FIG. For this reason, the upper half flow guide 32 is less susceptible to thermal deformation than the lower half flow guide 31 when the inside of the flow guide 16 is heated more than the outside.
  • the lower half flow guide 31 has an inner stepped portion 41 formed in the lower half flow guide coupling portion 33.
  • the inner step portion 41 is an example of a first projecting portion, and the rotor shaft 1 side in the lower half flow guide 31 projects in the circumferential direction from the steam flow path side of the diffuser 14.
  • a contact surface 42 is formed on the inner step portion 41. The contact surface 42 faces the side opposite to the axis 5.
  • the upper half flow guide 32 has an outer stepped portion 43 formed in the upper half flow guide coupling portion 36.
  • the outer stepped portion 43 is an example of a second protruding portion, and the steam flow path side of the diffuser 14 in the upper half flow guide 32 protrudes in the circumferential direction from the rotor shaft 1 side.
  • a contact surface 44 is formed on the outer stepped portion 43.
  • the contact surface 44 is formed to face the axis 5.
  • the contact surface 42 and the contact surface 44 are each formed in a vertical plane that intersects the horizontal plane 45 including the axis 5 substantially perpendicularly.
  • the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 constitute the flow guide 16 by the contact surface 42 coming into contact with the contact surface 44 and the inner step portion 41 being caught by the outer step portion 43.
  • the steam turbine 10 is supplied with ground steam at 100 ° C. to 150 ° C. in the flow guide shaft side space 15 so that the pressure in the flow guide shaft side space 15 is greater than the atmospheric pressure.
  • the flow guide 16 is hotter on the inner side than on the outer side because the ground vapor leaking into the flow guide shaft side space 15 is hotter than the steam flowing in the main flow path 6.
  • the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 are respectively coupled to the lower half outer casing 21 and the upper half outer casing 22 on the downstream side of the steam flow. Therefore, the flow guide 16 is deformed so that the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 are separated from each other on the upstream side of the steam flow of the flow guide 16 by being heated to a higher temperature than the outside.
  • the lower half flow guide 31 is more thermally deformed than the upper half flow guide 32.
  • the contact surface 42 of the lower half flow guide 31 is pressed against the contact surface 44 of the upper half flow guide 32.
  • the flow guide 16 is in a state where the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 are overlapped in the radial direction by the inner step portion 41 and the outer step portion 43.
  • the flow guide 16 does not need to fasten the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 by using a fastening member, and is easily manufactured as compared with the conventional case.
  • the flow guide 16 of the steam turbine 10 in the first embodiment described above is replaced with another flow guide.
  • the flow guide 100 includes a lower half flow guide 101, an upper half flow guide 102, and a fastening member 103.
  • the flow guide 100 is formed by fastening the lower half flow guide 101 and the upper half flow guide 102 using a fastening member 103.
  • the scaffold is installed inside the foundation and the fastening member 103 is supported by an operator supported by the scaffold.
  • the lower half flow guide 101 and the upper half flow guide 102 are fastened using The scaffold is removed after the lower half flow guide 101 and the upper half flow guide 102 are fastened.
  • the steam turbine 10 does not need to install / remove a scaffold used when the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 32 are fastened, and is manufactured more easily than the conventional steam turbine. Can.
  • the upper half flow guide 32 of the flow guide 16 in the first embodiment described above is replaced with another upper half flow guide.
  • the upper half flow guide 52 includes an upper half flow guide coupling portion 53, an upper half flow guide large diameter side end 54, and an upper half flow guide small diameter side end 55.
  • the upper half flow guide 52 has an outer step portion 56 formed in the upper half flow guide coupling portion 53.
  • a contact surface 57 is formed on the outer stepped portion 56. The contact surface 57 is formed to face the contact surface 42 of the lower half flow guide 31.
  • the upper half flow guide 52 further includes a plurality of ribs 58.
  • Each of the plurality of ribs 58 is formed in a substantially semicircular arc shape.
  • the plurality of ribs 58 are arranged in a plane perpendicular to the axis 5 in contact with the inner surface of the upper half flow guide 52 in the circumferential direction, and are connected to the upper half flow guide 52.
  • the upper half flow guide 52 is provided with a plurality of ribs 58, so that the upper half flow guide 52 can be heated compared to the lower half flow guide 31 even when the plate thickness of the upper half flow guide 52 is not thicker than the plate thickness of the lower half flow guide 31. Difficult to deform.
  • the flow guide provided with the upper half flow guide 52 is less susceptible to thermal deformation of the upper half flow guide 52 than the lower half flow guide 31 when heated by the steam in the flow guide shaft side space 15. Further, the contact surface 42 is pressed against the contact surface 57 similarly to the flow guide 16 in the first embodiment described above. At this time, the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 52 are overlapped in the radial direction by the inner step portion 41 and the outer step portion 56.
  • the upper half flow guide 32 of the flow guide 16 in the first embodiment described above is further replaced with another upper half flow guide.
  • the upper half flow guide 62 includes an upper half flow guide coupling portion 63, an upper half flow guide large diameter side end 64, and an upper half flow guide small diameter side end 65.
  • the upper half flow guide 62 has an outer stepped portion 66 formed in the upper half flow guide coupling portion 63.
  • a contact surface 67 is formed on the outer stepped portion 66. The contact surface 67 is formed to face the contact surface 42.
  • the upper half flow guide 62 further includes a partition plate 68.
  • the partition plate 68 is formed in a flat plate shape.
  • the partition plate 68 is disposed inside the upper half flow guide 62 so as not to interfere with the rotor shaft 1 and parallel to the horizontal plane through which the axis 5 passes, and is connected to the inner surface of the upper half flow guide 62. Yes.
  • the upper half flow guide 62 includes the partition plate 68, so that even when the plate thickness of the upper half flow guide 62 is not thicker than the plate thickness of the lower half flow guide 31, the upper half flow guide 62 is thermally deformed compared to the lower half flow guide 31. Hard to do.
  • the flow guide provided with the upper half flow guide 62 is less susceptible to thermal deformation than the lower half flow guide 31 when the upper half flow guide 62 is heated by the steam in the flow guide shaft side space 15. Similar to the flow guide 16 in one embodiment, the contact surface 42 is pressed against the contact surface 67. At this time, the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 62 are overlapped in the radial direction by the inner step portion 41 and the outer step portion 56.
  • the upper half flow guide 32 of the flow guide 16 in the first embodiment described above is further replaced with another upper half flow guide.
  • the upper half flow guide 72 is formed with an upper half flow guide coupling portion 73, an upper half flow guide large-diameter side end 64, and an upper half flow guide small-diameter side end 65. Yes.
  • the upper half flow guide 72 has an outer stepped portion 74 formed in the upper half flow guide coupling portion 73.
  • a contact surface 75 is formed on the outer stepped portion 74. The contact surface 75 is formed to face the contact surface 42.
  • the upper half flow guide 72 further includes a partition plate 76 and a side wall 77.
  • the partition plate 76 is formed in a flat plate shape.
  • the partition plate 76 is disposed inside the upper half flow guide 72 so as not to interfere with the rotor shaft 1 and parallel to the horizontal plane through which the axis 5 passes, and is connected to the inner surface of the upper half flow guide 72.
  • the side wall 77 is formed of a plate-like member, and the edge is connected in contact with the end of the upper half flow guide on the large diameter side end 64 of the partition plate 76 and the inner side of the upper half flow guide 72 in the circumferential direction. .
  • the upper half flow guide 72 is formed with a space 78 surrounded by the upper half flow guide 72, the partition plate 76 and the side wall 77.
  • the partition plate 76 and the space 78 reduce heat transferred from the steam supplied to the flow guide shaft side space 15 to the upper half flow guide 72.
  • the upper half flow guide 72 is compared with the lower half flow guide 31 even when the upper half flow guide 72 is not thicker than the lower half flow guide 31 because the partition plate 76 and the space 78 are formed. And it is hard to be thermally deformed.
  • the flow guide including the upper half flow guide 72 is less likely to be thermally deformed than the lower half flow guide 31 when heated by the steam in the flow guide shaft-side space 15.
  • the contact surface 42 is pressed against the contact surface 75 in the same manner as the flow guide 16 in the embodiment.
  • the lower half flow guide 31 and the upper half flow guide 72 are overlapped in the radial direction by the inner step portion 41 and the outer step portion 56.
  • the flow guide 16 in the first embodiment described above is replaced with another flow guide.
  • the flow guide 80 includes a lower half flow guide 81 and an upper half flow guide 82, similar to the flow guide 16.
  • the plate thickness of the upper half flow guide 82 is larger than the plate thickness of the lower half flow guide 81. For this reason, the upper half flow guide 82 is less susceptible to thermal deformation than the lower half flow guide 81 when the inside of the flow guide 80 is heated.
  • the lower half flow guide 81 is formed with an inner protrusion 85 at a joint where it is joined with the upper half flow guide 82.
  • a contact surface 86 is formed on the inner protrusion 85.
  • the contact surface 86 is formed in a plane that intersects the horizontal plane 87 including the axis 5 at a predetermined angle (for example, 45 degrees).
  • the upper half flow guide 82 is formed with an outer protrusion 88 at a coupling portion where it is joined to the lower half flow guide 81.
  • a contact surface 89 is formed on the outer protrusion 88.
  • the contact surface 89 is formed to face the contact surface 86.
  • the inner protrusion 85 and the outer protrusion 88 are examples of a first protrusion and a second protrusion, respectively.
  • the upper half flow guide 82 is less likely to be thermally deformed than the lower half flow guide 81, and thus the flow guide in the first embodiment described above.
  • the contact surface 86 is pressed against the contact surface 89.
  • the lower half flow guide 81 and the upper half flow guide 82 are overlapped in the radial direction by the inner protrusion 85 and the outer protrusion 88.
  • the upper half flow guide 82 can be made less susceptible to thermal deformation than the lower half flow guide 81 by means other than increasing the plate thickness.
  • the other member is coupled to the upper half flow guide as in the first and second embodiments described above, and the heat insulating member as in the third embodiment described above is used. Coupling to a semi-flow guide is illustrated.
  • the present invention is not limited to this example. That is, the lower half flow guide may be configured to be more difficult to thermally deform than the upper half flow guide.
  • a first projecting portion is formed in the upper half flow guide coupling portion so that the rotor shaft 1 side projects in the circumferential direction from the steam channel side of the diffuser 14, and the steam channel of the diffuser 14 is formed in the lower half flow guide coupling portion.
  • the 2nd protrusion part which the side protruded in the circumferential direction rather than the rotor shaft 1 side is formed.

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

フローガイドの組立を容易にしつつ、動作時においてもフローガイドの上半と下半の一体性を維持することが可能な蒸気タービンを提供することを目的とする。蒸気タービンは、ロータ軸周りに設置され、ディフューザの前記ロータ軸側の側壁であるフローガイド（１６）を備え、前記フローガイド（１６）は、略半円弧状の横断面を有する第１部分と、略半円弧状の横断面を有し、前記第１部分に比べ熱変形が小さい第２部分が組み合わされて、略円錐台形状に形成され、前記第２部分と合わさる前記第１部分の結合部は、前記ロータ軸側が前記ディフューザの蒸気流路側よりも周方向に突出した第１突出部を有し、前記第１部分と合わさる前記第２部分の結合部は、前記ディフューザの蒸気流路側が前記ロータ軸側よりも周方向に突出し、前記フローガイド（１６）の径方向で前記第１突出部と重なり合う第２突出部を有する。

Description

蒸気タービン
　本発明は、蒸気を用いて回転動力を生成する蒸気タービンに関する。
　作動蒸気を用いて回転動力を生成する蒸気タービンは、ロータ軸と上半ケーシングと下半ケーシングとを組み立てることによって形成される。また、蒸気タービンには、回転動力を生成することに利用された後の作動蒸気の排気損失を低減するように形成され、作動蒸気をケーシングの外側に排気するディフューザ（拡大流路）が設けられている（特許文献１参照）。蒸気タービンが設置される際、まず、下半内車室及び下半フローガイドが固定された下半外車室が、基礎に設置される。そして、複数の動翼が固定されたロータ軸が、軸線周りに回転可能に軸線に設置される。その後、上半内車室及び上半フローガイドが固定された上半外車室が、下半外車室に固定される。
特開２０１１－２２６４２８号公報
　蒸気タービンのフローガイド（円錐コーン）は、ディフューザのロータ軸側壁であり、最終段翼の後流の流れの乱れを防ぎ、スムーズに蒸気を排気するためにロータ軸周りに取り付けられている。フローガイドの上半と下半は、蒸気流れの下流側では外車室にボルトによって結合されている。また、フローガイドの蒸気流れの上流側（翼側）の先端部分では、フローガイドの上半と下半がボルトを用いて２箇所で互いに結合されている。
　しかし、フローガイドの蒸気流れ上流側のボルト結合は、上半外車室を下半外車室に設置した後に可能となるため、上半外車室の外側からボルト結合の位置までアクセスすることができず、蒸気タービンの下方の復水器側からアクセスする必要がある。蒸気タービンは基礎の上部に設置されているため、フローガイドのボルト結合は高所作業となり、基礎内に足場を組み立てなければならず、作業効率が悪い。そこで、作業性の改善のため、フローガイドの蒸気流れの上流側のボルト結合を廃止することが望まれている。
　このボルト結合を廃止した場合、フローガイドの蒸気流れ上流側では、フローガイドは上半と下半が別々に分割された構造となる。そのため、フローガイドの固有振動数が低下し、フローガイドは、蒸気タービンの回転数の１倍、２倍の周波数と共振する危険性がある。さらに、ロータ軸と外車室との間を軸封するための高圧蒸気がフローガイドの内側（ロータ軸側）を流れるため、フローガイドは、フローガイドの外側（ディフューザの流路側）の温度よりも、内側の温度が高い。そのため、フローガイドの蒸気流れ上流側では、フローガイドの上半又は下半の断面円弧形状が広がるような変形が発生したり、上半と下半とが離れて上下方向に口開きする変形が発生したりし、フローガイドの上半と下半が別体となってしまう問題がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、フローガイドの組立を容易にしつつ、動作時においてもフローガイドの上半と下半の一体性を維持することが可能な蒸気タービンを提供することを目的とする。
　本発明に係る蒸気タービンは、ロータ軸周りに設置され、ディフューザの前記ロータ軸側の側壁であるフローガイドを備え、前記フローガイドは、略半円弧状の横断面を有する第１部分と、略半円弧状の横断面を有し、前記第１部分に比べ熱変形が小さい第２部分が組み合わされて、略円錐台形状に形成され、前記第２部分と合わさる前記第１部分の結合部は、前記ロータ軸側が前記ディフューザの蒸気流路側よりも周方向に突出した第１突出部を有し、前記第１部分と合わさる前記第２部分の結合部は、前記ディフューザの蒸気流路側が前記ロータ軸側よりも周方向に突出し、前記フローガイドの径方向で前記第１突出部と重なり合う第２突出部を有する。
　この構成によれば、フローガイドのロータ軸側がディフューザ側より高温になったときに、第１部分に比較して第２部分が熱変形しにくいことにより、第１部分の第１突出部が、第２部分の第２突出部に内側から外側方向へ押し付けられる。このとき、第１部分と第２部分は、第１突出部と第２突出部によって、径方向で重なりあった状態であるため、両者を結合する締結部材を用いないで、第１部分と第２部分を分離させないことができ、第１部分と第２部分の一体性を維持することができる。
　上記発明において、前記第２部分の板厚は、前記第１部分の板厚よりも大きくてもよい。
　この構成によれば、フローガイドのロータ軸側がディフューザ側より高温になったときに、板厚がより大きい第２部分は第１部分に比べ熱変形しにくい。
　上記発明の蒸気タービンは、前記第２部分の前記ロータ軸側の内面と接続されて、前記第２部分の熱変形を前記第１部分よりも小さくする拘束部材を有してもよい。
　この構成によれば、拘束部材によって、フローガイドのロータ軸側がディフューザ側より高温になったときに、第２部分は第１部分に比べ熱変形しにくい。
　上記発明において、前記拘束部材は、前記第２部分との間に空間を形成する面部材を有してもよい。
　この構成によれば、面部材と、第２部分と面部材の間に形成される空間によって、ロータ軸側から第２部分に伝熱される熱を低減することができ、第２部分を第１部分よりも熱変形しにくくすることができる。
　本発明によれば、上半と下半とを互いに結合する締結部材を省略できることから、フローガイドの組立を容易にし、かつ、第１突出部と第２突出部は径方向で重なり合うことから、動作時においてもフローガイドの上半と下半の一体性を維持することができる。
本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンを示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドの熱変形を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドの熱変形を示す側面図である。 従来例のフローガイドを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す正面図である。 本発明の第２実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す正面図である。 本発明の第３実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す正面図である。 本発明の第４実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る蒸気タービンのフローガイドを示す正面図である。
＜第１実施形態＞
　図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンについて説明する。蒸気タービン１０は、図１に示されているように、ロータ軸１と、外車室２と、内車室３を備えている。ロータ軸１は、水平方向の軸線５周りに回転可能に軸受に支持されている。外車室２は、ロータ軸１を囲むように形成され、基礎に固定されている。内車室３は、ロータ軸１を囲むように外車室２の内側に配置され、外車室２に固定されている。主流流路６は、ロータ軸１を囲むように、ロータ軸１と内車室３との間に形成されている。
　蒸気タービン１０は、複数の動翼７と、複数の静翼８をさらに備えている。複数の動翼７は、それぞれ、ロータ軸１に固定され、主流流路６に配置されている。複数の動翼７は、主流流路６に蒸気が流れることにより、軸線５周りにロータ軸１を回転させる。複数の静翼８は、それぞれ、内車室３に固定され、主流流路６に配置されている。複数の静翼８は、ロータ軸１を回転させるように、主流流路６を流れる蒸気を動翼７に案内する。
　外車室２と内車室３は、蒸気供給口１１と、蒸気排出室１２と、ディフューザ１４と、フローガイド軸側空間１５を形成している。蒸気供給口１１は、外車室２の中央の上部に形成されている。蒸気供給口１１は、外部の上流側設備（たとえば、ボイラ）から蒸気タービン１０に供給される蒸気を主流流路６の中央に供給する。蒸気排出室１２は、ロータ軸１を囲むように形成され、主流流路６の端を囲むように形成されている。蒸気排出室１２は、主流流路６を流れた蒸気を外部の復水器に供給する。ディフューザ１４は、ロータ軸１を囲むように形成され、主流流路６の蒸気流れ下流側端部と蒸気排出室１２との間に形成されている。ディフューザ１４を流れる蒸気の温度は、概ね数十度である。ディフューザ１４は、主流流路６を流れた蒸気を蒸気排出室１２に供給する。ディフューザ１４は、ディフューザ１４を流れる蒸気の排気損失が低減するように、主流流路６から遠ざかるにつれ流路断面が大きくなるように形成されている。これにより、回転動力を高効率に生成することができる。フローガイド軸側空間１５は、ディフューザ１４とロータ軸１との間に形成されている。
　蒸気タービン１０は、さらに、フローガイド１６と、グランドシール１７を備えている。フローガイド１６は、外車室２の内側におけるディフューザ１４とフローガイド軸側空間１５との間に配置され、外車室２に固定されている。フローガイド１６は、ディフューザ１４のロータ軸１側の側壁を形成し、ディフューザ１４とフローガイド軸側空間１５とを隔てている。グランドシール１７は、ロータ軸１と外車室２との間に形成され、フローガイド軸側空間１５と外車室２の外側とをシールしている。蒸気タービン１０は、図示されていないグランド蒸気供給流路をさらに備えている。グランド蒸気供給流路は、グランドシール１７に高温高圧蒸気であるグランド蒸気を供給し、グランド蒸気は外部とフローガイド軸側空間１５に漏出する。
　外車室２は、軸線５を含む水平面に概ね沿って、下半外車室２１と上半外車室２２とに分割可能に形成されている。内車室３は、軸線５を含む水平面に沿って、下半内車室２３と上半内車室２４とに分割可能に形成されている。
　フローガイド１６は、図２に示されるように、略円錐台の側面に概ね沿うように形成されている。フローガイド１６は、下半フローガイド３１と上半フローガイド３２とを備えている。下半フローガイド３１と上半フローガイド３２は、それぞれ第１部分と第２部分の一例である。下半フローガイド３１は、軸線５を含む水平面の下側に配置されている。上半フローガイド３２は、軸線５を含む水平面の上側に配置されている。
　下半フローガイド３１は、軸線に対して垂直方向に切断した横断面が略半円弧形状である板状部材から形成され、下半フローガイド結合部３３と、下半フローガイド大径側端３４と、下半フローガイド小径側端３５とが形成されている。上半フローガイド３２は、下半フローガイド３１と同様に、横断面が略半円弧形状である板状部材から形成され、上半フローガイド結合部３６と、上半フローガイド大径側端３７と、上半フローガイド小径側端３８とが形成されている。下半フローガイド結合部３３と上半フローガイド結合部３６とは、それぞれ、軸線５を含む水平面に対して平行な面を有するように形成されている。
　下半フローガイド大径側端３４、上半フローガイド大径側端３７、下半フローガイド小径側端３５及び上半フローガイド小径側端３８は、軸線５に対して垂直な面上に形成され、周方向は軸線５を中心とする円に沿って形成されている。下半フローガイド大径側端３４と上半フローガイド大径側端３７による円の半径は、下半フローガイド小径側端３５と上半フローガイド小径側端３８による円の半径より大きい。フローガイド１６は、下半フローガイド小径側端３５と上半フローガイド小径側端３８が主流流路６側、すなわち、蒸気流れ上流側に配置される。フローガイド１６は、蒸気流れ下流側において、下半フローガイド大径側端３４が下半外車室２１に結合され、上半フローガイド大径側端３７が上半外車室２２に結合される。
　上半フローガイド３２の板厚は、図３に示されるように、下半フローガイド３１の板厚より大きい。このため、上半フローガイド３２は、フローガイド１６の内側が外側よりも加熱されたときに、下半フローガイド３１に比較して、熱変形しにくい。
　下半フローガイド３１は、下半フローガイド結合部３３に内側段差部４１が形成されている。内側段差部４１は、第１突出部の一例であり、下半フローガイド３１におけるロータ軸１側がディフューザ１４の蒸気流路側よりも周方向に突出している。内側段差部４１は、接触面４２が形成されている。接触面４２は、軸線５と反対の側に向いている。
　上半フローガイド３２は、上半フローガイド結合部３６に外側段差部４３が形成されている。外側段差部４３は、第２突出部の一例であり、上半フローガイド３２におけるディフューザ１４の蒸気流路側がロータ軸１側よりも周方向に突出している。外側段差部４３は、接触面４４が形成されている。接触面４４は、軸線５に対向するように形成されている。接触面４２と接触面４４とは、それぞれ、軸線５を含む水平面４５に対して概ね垂直に交差する垂直面内に形成されている。下半フローガイド３１と上半フローガイド３２は、接触面４２が接触面４４に接触し、内側段差部４１が外側段差部４３に引っ掛かることによって、フローガイド１６を構成する。
　蒸気タービン１０は、稼働時において、フローガイド軸側空間１５の気圧が大気圧より大きくなるようにフローガイド軸側空間１５に１００℃～１５０℃のグランド蒸気が供給されている。
　フローガイド１６は、主流流路６を流れる蒸気よりも、フローガイド軸側空間１５に漏れ出るグランド蒸気が高温であることにより、外側よりも内側が高温になる。下半フローガイド３１と上半フローガイド３２は、上述したとおり、蒸気流れ下流側で下半外車室２１と上半外車室２２にそれぞれ結合されている。したがって、フローガイド１６は、外側より内側が高温に加熱されることにより、フローガイド１６の蒸気流れ上流側において、下半フローガイド３１と上半フローガイド３２が互いに離れるように変形する。
　このとき、下半フローガイド３１は上半フローガイド３２よりも熱変形が大きい。その結果、下半フローガイド３１の接触面４２が上半フローガイド３２の接触面４４に押し付けられる。フローガイド１６は、図４に示すように、下半フローガイド３１と上半フローガイド３２は、内側段差部４１と外側段差部４３によって、径方向で重なりあった状態である。
　このため、フローガイド１６は、フローガイド軸側空間１５の蒸気により加熱されるときに、図５に示されているように、下半フローガイド３１と上半フローガイド３２が、特に、下半フローガイド小径側端３５と上半フローガイド小径側端３８において分離しない。したがって、蒸気タービンの稼働時、ディフューザ１４の蒸気流路を適切に形成したままにすることができる。
　そして、フローガイド１６は、締結部材を用いて下半フローガイド３１と上半フローガイド３２とを締結する必要がなく、従来に比べ容易に作製される。
　蒸気タービンの従来例は、図６に示すように、既述の第１実施形態における蒸気タービン１０のフローガイド１６が他のフローガイドに置換されている。そのフローガイド１００は、図６に示されるように、下半フローガイド１０１と上半フローガイド１０２と締結部材１０３とを備えている。フローガイド１００は、締結部材１０３を用いて下半フローガイド１０１と上半フローガイド１０２とが締結されることにより形成されている。
　従来例の蒸気タービンは、設置されるときに、上半外車室２２が下半外車室２１に固定された後に、基礎の内部に足場が設置され、足場に支持された作業者により締結部材１０３を用いて下半フローガイド１０１と上半フローガイド１０２とが締結される。足場は、下半フローガイド１０１と上半フローガイド１０２とが締結された後に、撤去される。
　蒸気タービン１０は、下半フローガイド３１と上半フローガイド３２とを締結するときに利用される足場を設置・撤去する必要がなく、従来例の蒸気タービンに比較して、より容易に作製されることができる。
＜第２実施形態＞
　蒸気タービンの第２実施形態は、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６の上半フローガイド３２が他の上半フローガイドに置換されている。上半フローガイド５２は、上半フローガイド３２と同様に、上半フローガイド結合部５３と、上半フローガイド大径側端５４と、上半フローガイド小径側端５５とが形成されている。上半フローガイド５２は、図７に示されるように、上半フローガイド結合部５３に外側段差部５６が形成されている。外側段差部５６は、接触面５７が形成されている。接触面５７は、下半フローガイド３１の接触面４２に対向するように、形成されている。
　図７及び図８に示すように、上半フローガイド５２は、さらに、複数のリブ５８を備えている。複数のリブ５８は、それぞれ、概ね半円の円弧状に形成されている。複数のリブ５８は、軸線５に対して垂直な面内に、上半フローガイド５２の内面に周方向に接触して配置され、上半フローガイド５２に接続されている。上半フローガイド５２は、複数のリブ５８を備えることにより、上半フローガイド５２の板厚が下半フローガイド３１の板厚より厚くない場合でも、下半フローガイド３１に比較して、熱変形しにくい。
　上半フローガイド５２を備えるフローガイドは、フローガイド軸側空間１５の蒸気により加熱されるときに、上半フローガイド５２が下半フローガイド３１よりも熱変形しにくい。また、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６と同様に、接触面４２が接触面５７に押し付けられる。このとき、下半フローガイド３１と上半フローガイド５２は、内側段差部４１と外側段差部５６によって、径方向で重なりあった状態である。
＜第３実施形態＞
　蒸気タービンの第３実施形態は、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６の上半フローガイド３２がさらに他の上半フローガイドに置換されている。上半フローガイド６２は、上半フローガイド３２と同様に、上半フローガイド結合部６３と、上半フローガイド大径側端６４と上半フローガイド小径側端６５とが形成されている。上半フローガイド６２は、図９に示されるように、上半フローガイド結合部６３に外側段差部６６が形成されている。外側段差部６６は、接触面６７が形成されている。接触面６７は、接触面４２に対向するように、形成されている。
　図９及び図１０に示すように、上半フローガイド６２は、さらに、仕切り板６８を備えている。仕切り板６８は、平坦である板状に形成されている。仕切り板６８は、ロータ軸１に干渉しないように、かつ、軸線５が通過する水平面に対して平行に、上半フローガイド６２の内側に配置され、上半フローガイド６２の内面に接続されている。上半フローガイド６２は、仕切り板６８を備えることにより、上半フローガイド６２の板厚が下半フローガイド３１の板厚より厚くない場合でも、下半フローガイド３１に比較して、熱変形しにくい。
　上半フローガイド６２を備えるフローガイドは、フローガイド軸側空間１５の蒸気により加熱されるときに、上半フローガイド６２が下半フローガイド３１よりも熱変形しにくいことにより、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６と同様に、接触面４２が接触面６７に押し付けられる。このとき、下半フローガイド３１と上半フローガイド６２は、内側段差部４１と外側段差部５６によって、径方向で重なりあった状態である。
＜第４実施形態＞
　蒸気タービンの第４実施形態は、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６の上半フローガイド３２がさらに他の上半フローガイドに置換されている。その上半フローガイド７２は、上半フローガイド３２と同様に、上半フローガイド結合部７３と、上半フローガイド大径側端６４と、上半フローガイド小径側端６５とが形成されている。上半フローガイド７２は、図１１に示されるように、上半フローガイド結合部７３に外側段差部７４が形成されている。外側段差部７４は、接触面７５が形成されている。接触面７５は、接触面４２に対向するように、形成されている。
　上半フローガイド７２は、さらに、仕切り板７６と側壁７７とを備えている。仕切り板７６は、平坦である板状に形成されている。仕切り板７６は、ロータ軸１に干渉しないように、かつ、軸線５が通過する水平面に対して平行に、上半フローガイド７２の内側に配置され、上半フローガイド７２の内面に接続されている。側壁７７は、板状部材によって形成され、辺縁が仕切り板７６の上半フローガイド大径側端６４の側の端と上半フローガイド７２の内側と周方向に接触して接続されている。すなわち、上半フローガイド７２は、上半フローガイド７２と仕切り板７６と側壁７７とに囲まれる空間７８が形成されている。仕切り板７６と空間７８は、フローガイド軸側空間１５に供給される蒸気から上半フローガイド７２に伝熱される熱を低減する。上半フローガイド７２は、仕切り板７６と空間７８が形成されることにより、上半フローガイド７２の板厚が下半フローガイド３１の板厚より厚くない場合でも、下半フローガイド３１に比較して、熱変形しにくい。
　上半フローガイド７２を備えるフローガイドは、フローガイド軸側空間１５の蒸気により加熱されるときに、上半フローガイド７２が下半フローガイド３１より熱変形しにくいことにより、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６と同様にして、接触面４２が接触面７５に押し付けられる。このとき、下半フローガイド３１と上半フローガイド７２は、内側段差部４１と外側段差部５６によって、径方向で重なりあった状態である。
＜第５実施形態＞
　蒸気タービンの第５実施形態は、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６が他のフローガイドに置換されている。フローガイド８０は、図１３に示されるように、フローガイド１６と同様に、下半フローガイド８１と上半フローガイド８２とを備えている。上半フローガイド８２の板厚は、下半フローガイド８１の板厚より大きい。このため、上半フローガイド８２は、フローガイド８０の内側が加熱されたときに、下半フローガイド８１に比較して、熱変形しにくい。
　下半フローガイド８１は、上半フローガイド８２と結合される結合部に内側突出部８５が形成されている。内側突出部８５は、接触面８６が形成されている。接触面８６は、軸線５を含む水平面８７に対して所定の角度（たとえば、４５度）で交差する面内に形成されている。上半フローガイド８２は、下半フローガイド８１と結合される結合部に外側突出部８８が形成されている。外側突出部８８は、接触面８９が形成されている。接触面８９は、接触面８６に対向するように形成されている。内側突出部８５と外側突出部８８は、それぞれ第１突出部と第２突出部の一例である。
　フローガイド８０は、フローガイド軸側空間１５の蒸気により加熱されるときに、上半フローガイド８２が下半フローガイド８１よりも熱変形しにくいことにより、既述の第１実施形態におけるフローガイド１６と同様に、接触面８６が接触面８９に押し付けられる。このとき、下半フローガイド８１と上半フローガイド８２は、内側突出部８５と外側突出部８８によって、径方向で重なりあった状態である。
　なお、上半フローガイド８２は、板厚を厚くする以外の手段で下半フローガイド８１より熱変形しにくくすることができる。たとえば、その手段としては、既述の第１実施形態、第２実施形態のように他の部材を上半フローガイドに結合すること、既述の第３実施形態のように断熱する部材を上半フローガイドに結合することが例示される。
　なお、上記第１～第５実施形態では、上半フローガイドが下半フローガイドよりも熱変形しづらい場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。すなわち、下半フローガイドが上半フローガイドよりも熱変形しづらい構成としてもよい。このとき、上半フローガイド結合部に、ロータ軸１側がディフューザ１４の蒸気流路側よりも周方向に突出した第１突出部が形成され、下半フローガイド結合部に、ディフューザ１４の蒸気流路側がロータ軸１側よりも周方向に突出した第２突出部が形成される。
　１　：ロータ軸
　２　：外車室
　５　：軸線
　６　：主流流路
　７　：動翼
　８　：静翼
　１０：蒸気タービン
　１１：蒸気供給口
　１２：蒸気排出室
　１４：ディフューザ
　１５：フローガイド軸側空間
　１６：フローガイド
　３１：下半フローガイド
　３２：上半フローガイド
　４１：内側段差部
　４２：接触面
　４３：外側段差部
　４４：接触面
　５２：上半フローガイド
　５６：外側段差部
　５７：接触面
　５８：リブ
　６２：上半フローガイド
　６６：外側段差部
　６７：接触面
　６８：仕切り板
　７２：上半フローガイド
　７６：仕切り板
　７７：側壁
　７８：空間
　８０：フローガイド
　８１：下半フローガイド
　８２：上半フローガイド
　８５：内側突出部
　８６：接触面
　８８：外側突出部
　８９：接触面

Claims (5)

  1. 　ロータ軸周りに設置され、ディフューザの前記ロータ軸側の側壁であるフローガイドを備え、
    　前記フローガイドは、半円弧状の横断面を有する第１部分と、半円弧状の横断面を有する第２部分が組み合わされて、円錐台形状に形成され、
    　前記第２部分と合わさる前記第１部分の結合部は、前記ロータ軸側が前記ディフューザの蒸気流路側よりも周方向に突出した第１突出部を有し、
    　前記第１部分と合わさる前記第２部分の結合部は、前記ディフューザの蒸気流路側が前記ロータ軸側よりも周方向に突出し、前記フローガイドの径方向で前記第１突出部と重なり合う第２突出部を有する蒸気タービン。
  2. 　前記フローガイドは、前記第１部分に比べ熱変形量が小さい第２部分が組み合わされて、円錐台形状に形成される請求項１に記載の蒸気タービン。
  3. 　前記第２部分の板厚は、前記第１部分の板厚よりも大きい請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
  4. 　前記第２部分の前記ロータ軸側の内面と接続されて、前記第２部分の熱変形を前記第１部分よりも小さくする拘束部材を有する請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
  5. 　前記拘束部材は、前記第２部分との間に空間を形成する面部材を有する請求項４に記載の蒸気タービン。
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