WO2018181855A1 - 蒸気タービンの排気室、及び、蒸気タービン - Google Patents

蒸気タービンの排気室、及び、蒸気タービン Download PDF

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wall surface
steam turbine
bearing cone
steam
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遼 村上
松本　和幸
祥弘 桑村
豊治 西川
創一朗 田畑
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an exhaust chamber of a steam turbine and a steam turbine.
  • Patent Document 1 when a deflecting member is provided in a flow guide that forms a diffuser flow path of an exhaust chamber, the tip flow is swirled in the diffuser flow path, and the chip flow and the main steam flow are mixed. A steam turbine that reduces losses is described.
  • Patent Document 2 a part of a bearing cone that forms an exhaust passage together with a steam guide is curved toward the rotor side, and the flow of steam through the exhaust passage is increased by expanding the exhaust passage area.
  • a smooth steam turbine low pressure exhaust chamber is described.
  • Patent Document 3 steam is discharged downward from the exhaust chamber, and a steam flow path formed by an outer peripheral flow guide and an inner peripheral bearing cone in the exhaust chamber is formed in the upper portion.
  • a steam turbine exhaust device in which the lower part is formed longer than the lower part is described.
  • the exhaust gas depends on the shape of the deflection member and the bearing cone provided in the exhaust chamber, and the shape of the steam flow path formed by the flow guide and the bearing cone. It is expected to reduce fluid loss in the room. However, further measures to reduce fluid loss in the exhaust chamber of a steam turbine are desired. In particular, there is a problem that the fluid loss in the exhaust chamber becomes larger during low load operation than during normal operation.
  • At least one embodiment of the present invention aims to provide an exhaust chamber of a steam turbine and a steam turbine capable of reducing fluid loss in the exhaust chamber.
  • An exhaust chamber of a steam turbine includes: An exhaust chamber of a steam turbine, A casing, A bearing cone provided in the casing, The casing includes a recess that is provided in at least a part of the circumferential range on the radially outer side of the downstream end of the bearing cone and is recessed toward the downstream side in the axial direction with respect to the downstream end of the bearing cone.
  • the exhaust chamber of the steam turbine including the casing including the recesses is a case where the steam drifts to the flow guide side and a backflow occurs on the bearing cone side, for example, during low load operation. Even if it exists, since the backflow is guided by the concave portion, it is possible to suppress the backflow from flowing to the upstream side where the bearing cone is located, and the circulation region in which the circulating flow including the backflow circulates is located upstream from the downstream end of the bearing cone. Spreading can be reduced. For this reason, it is possible to suppress the separation of the steam on the bearing cone side and to suppress the reduction of the effective exhaust area in the exhaust chamber, so that it is possible to improve the pressure recovery amount of the steam in the exhaust chamber. Therefore, fluid loss in the exhaust chamber can be reduced, and the efficiency of the steam turbine can be improved.
  • the recess is A radial wall surface located on the downstream side in the axial direction with respect to the downstream end of the bearing cone and extending along the radial direction; One end portion is connected to the radially inner end portion of the radial wall surface, and has an axial wall surface extending in a direction intersecting the radial direction from the one end portion toward the other end portion, A first recess is included.
  • the first recess has a radial wall surface extending in the radial direction downstream in the axial direction of the downstream end of the bearing cone, and one end portion is radially inward of the radial wall surface. And an axial wall surface connected to the end portion and extending in a direction intersecting the radial direction from the one end portion toward the other end portion.
  • Such an axial wall surface can guide the reverse flow that flows toward the upstream side along the radial wall surface so that it does not flow to the upstream side as it is, so that separation of steam on the bearing cone side can be suppressed.
  • the axial wall surface is provided along the axial direction. According to the configuration of (3) above, since the axial wall surface is provided along the axial direction, the reverse flow flowing toward the upstream side along the radial wall surface is guided so as not to flow upstream as it is. It is possible to suppress the peeling of steam on the bearing cone side.
  • the said one end part is arrange
  • the axial wall surface has one end connected to the radially inner end of the radial wall surface disposed more radially inside than the other end. Compared with that provided along the radial wall, the reverse flow that flows toward the upstream side along the radial wall surface can be guided more efficiently so as not to flow to the upstream side. It can be suppressed more efficiently.
  • the concave portion includes a second concave portion having a curved wall surface located on the downstream side in the axial direction with respect to the downstream end of the bearing cone and having a curved shape.
  • the second recess has the curved wall surface having a curved shape on the downstream side in the axial direction of the downstream end of the bearing cone. The curved wall surface of the second recess can guide the reverse flow that flows along the curved wall surface so as not to flow upstream, so that it is possible to suppress the separation of steam on the bearing cone side.
  • the recess is provided on the opposite side to the exhaust chamber outlet from which steam in the exhaust chamber of the steam turbine is discharged.
  • the recess is provided on the side opposite to the exhaust chamber outlet from which the steam in the exhaust chamber of the steam turbine is discharged.
  • the side where the exhaust chamber outlet from which the steam of the exhaust chamber is exhausted does not need to be turned back against the outer peripheral wall surface of the casing. Peeling is unlikely to occur on the bearing cone side.
  • the exhaust chamber of the steam turbine further includes a first circulation flow guide extending from the inner peripheral portion of the recess toward the outside in the radial direction. According to the structure of said (7), since the 1st circulation flow guide can guide so that the reverse flow which flows along a recessed part may not flow upstream, it can suppress peeling on the bearing cone side of a vapor
  • the exhaust chamber of the steam turbine further includes a second circulating flow guide extending from the outer peripheral portion of the recess toward the inside in the radial direction.
  • the second circulating flow guide can guide the backflow flowing along the recess to circulate, so that the backflow can be prevented from flowing upstream, and the steam bearing cone Side peeling can be suppressed.
  • a steam turbine includes: An exhaust chamber of the steam turbine according to any one of (1) to (8) above; A rotor blade provided upstream of the exhaust chamber of the steam turbine; A stationary blade provided on the upstream side of the exhaust chamber of the steam turbine.
  • the steam turbine includes the exhaust chamber of the steam turbine having the configuration described in any one of (1) to (8), so that fluid loss in the exhaust chamber is reduced. And the efficiency of the steam turbine can be improved.
  • the steam turbine further includes a condenser for condensing the exhaust discharged from the exhaust chamber of the steam turbine,
  • the axial position of the downstream end of the bearing cone coincides with the wall surface of the condenser.
  • the position in the axial direction of the downstream end of the bearing cone coincides with the wall surface of the condenser, and therefore flows downstream along the bearing cone on the side where the exhaust chamber outlet is provided.
  • the steam (exhaust gas) is directly guided into a condenser for condensing the steam. For this reason, fluid loss in the exhaust chamber can be reduced, and the efficiency of the steam turbine can be improved.
  • an exhaust chamber of a steam turbine and a steam turbine capable of reducing fluid loss in the exhaust chamber are provided.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line AA shown in FIG. 2. It is a schematic sectional drawing along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine which concerns on other one Embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine which concerns on other one Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating a 2nd recessed part.
  • an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of a steam turbine according to an embodiment of the present invention.
  • the steam turbine 1 houses a rotor 2 rotatably supported by a bearing portion 6, a plurality of moving blades 8 attached to the rotor 2, and the rotor 2 and the moving blades 8.
  • An inner casing 10 and a plurality of stages of stationary blades 9 attached to the inner casing 10 so as to face the moving blade 8 are provided.
  • An outer casing 12 is provided outside the inner casing 10.
  • the steam turbine 1 includes an exhaust chamber 14. As shown in FIG. 1, the exhaust chamber 14 is located on the downstream side of the moving blade 8 and the stationary blade 9.
  • the steam (steam flow Fs) that has passed through the moving blade 8 and the stationary blade 9 in the inner casing 10 flows into the exhaust chamber 14 from the exhaust chamber inlet 11, passes through the inside of the exhaust chamber 14, and is below the exhaust chamber 14. Is discharged to the outside of the steam turbine 1 through an exhaust chamber outlet 13 provided in the steam turbine.
  • a condenser 27 (see FIG. 6) is provided below the exhaust chamber 14. In this case, the steam that has finished working on the rotor blade 8 by the steam turbine 1 flows into the condenser 27 from the exhaust chamber 14 through the exhaust chamber outlet 13.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to another embodiment of the present invention, and is a view for explaining the second recess.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to another embodiment of the present invention, and is a view for explaining the second recess.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to another embodiment of the present invention, illustrating the first circulation flow guide, the second circulation flow guide, and the first wall surface.
  • FIG. 7 is a view for explaining an exhaust chamber of a steam turbine according to another embodiment of the present invention, and is a schematic perspective view showing a state in which a casing is viewed from the outside.
  • the exhaust chamber 14 includes a casing 20, a bearing cone 16 provided to cover the bearing portion 6 in the casing 20, and a bearing in the casing 20. And a flow guide 19 provided on the outer peripheral side of the cone 16.
  • the casing 20 of the exhaust chamber 14 may form at least a part of the outer casing 12 of the steam turbine 1, as shown in FIG. As shown in FIG. 2 and the like, the central axes of the bearing cone 16 and the flow guide 19 may exist on the same straight line as the central axis of the rotor 2.
  • the downstream end Pb of the bearing cone 16 is connected to the inner wall surface of the casing 20. More specifically, the casing 20 is positioned outside in the radial direction (vertical direction in FIG. 2) with respect to the bearing cone 16 and the flow guide 19 as shown in FIGS. It includes an outer peripheral wall surface 20a extending along (the left-right direction in FIG. 2) and a first wall surface 21 (inner radial wall surface) extending along the radial direction. As shown in FIGS. 2 and 4 to 6, at least a part of the first wall surface 21 is located on the radially outer side with respect to the bearing cone 16, and the middle portion of the length is connected to the downstream end Pb of the bearing cone 16. Has been.
  • first wall surface 21 is formed with a through hole 21a for inserting the rotor 2 as shown in FIGS. As shown in FIG. 1, one end portion of the first wall surface 21 located on the radially inner side may be connected to the downstream end Pb of the bearing cone 16.
  • the exhaust chamber 14 has an exhaust chamber outlet 13 on the lower side.
  • the steam that flows into the exhaust chamber 14 from the exhaust chamber inlet 11 is discharged from the steam turbine 1 through the exhaust chamber outlet 13.
  • the exhaust chamber 14 has an outer peripheral wall surface 20a of the casing 20 on the opposite side of the horizontal line H with respect to the lower side where the exhaust chamber outlet 13 is provided, and the horizontal line H It is formed in a semi-annular shape in a cross section along the extending direction.
  • the horizontal line H is a straight line that extends in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 3) perpendicular to the axis passing through the central axis O of the rotor 2.
  • An annular diffuser passage 18 (steam passage) is formed in the casing 20 by the bearing cone 16 and the flow guide 19.
  • the diffuser passage 18 communicates with the final stage blade outlet 17 of the steam turbine 1 and has a shape in which the cross-sectional area gradually increases. Then, when the high-speed steam flow Fs that has passed through the final stage moving blade 8A of the steam turbine 1 flows into the diffuser passage 18 via the final stage blade outlet 17, the steam flow Fs is decelerated and its kinetic energy is reduced to pressure. Converted to static pressure recovery.
  • the casing 20 in some embodiments is provided in at least a part of the circumferential range on the radially outer side of the first wall surface 21 as shown in FIGS.
  • it further includes a recess 22 that is recessed on the downstream side in the axial direction. That is, the recess 22 is provided in at least a part of the circumferential range on the radially outer side of the downstream end Pb of the bearing cone 16 and is recessed on the downstream side in the axial direction with respect to the downstream end Pb.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine of the comparative example.
  • the exhaust chamber 29 of the comparative example shown in FIG. 8 includes a casing 30, a bearing cone 16, and a flow guide 19.
  • the casing 30 is the structure which does not contain the recessed part 22 mentioned above. That is, the casing 30 is positioned outside in the radial direction (up and down direction in the figure) with respect to the bearing cone 16 and the flow guide 19 as shown in FIG. 8, and along the axial direction (left and right direction in the figure).
  • an outer peripheral wall surface 30a extending in the radial direction and a first wall surface 31 extending along the radial direction. At least a part of the first wall surface 31 is located on the outer side in the radial direction with respect to the bearing cone 16, and a middle portion of the length is connected to the downstream end Pb of the bearing cone 16. And the radial direction outer side edge part of the 1st wall surface 31 is abutted by the one end part located in the downstream of the axial direction of the outer peripheral wall surface 30a, and is connected integrally.
  • the steam turbine 1 is designed such that steam flows along the axial direction from the final stage blade outlet 17 during normal operation.
  • the rotational speed of the moving blade 8 is not different from that during the normal operation, but the steam outflow speed is smaller than that during the normal operation. For this reason, the steam flowing from the final stage blade outlet 17 during low-load operation has a larger ratio of the swirling component to the axial component, and thus drifts to the flow guide 19 side.
  • the inventors of the present invention form the recess 22 described above in the casing 20 and guide the recess 22 so that the backflow Fc does not flow to the upstream side where the bearing cone 16 is located. It came to mind that the peeling on the 16 side was suppressed.
  • the exhaust chamber 14 includes the above-described casing 20 and the above-described bearing cone 16 as shown in FIGS.
  • the casing 20 includes the recess 22 described above as shown in FIGS.
  • the exhaust chamber 14 of the steam turbine 1 including the casing 20 including the recess 22 is configured such that, for example, during the low load operation, the steam drifts to the flow guide 19 side and the backflow Fc on the bearing cone 16 side. Even when the reverse flow Fc is guided by the concave portion 22, the reverse flow Fc can be prevented from flowing to the upstream side where the bearing cone 16 is located, and the circulation region Ac in which the circulation flow including the reverse flow Fc circulates can be obtained. Further, it is possible to reduce the spread from the downstream end Pb of the bearing cone 16 to the upstream side.
  • the recess 22 includes a first recess 23 as shown in FIGS.
  • the first recess 23 is located on the downstream side in the axial direction with respect to the first wall surface 21 as shown in FIGS. 2, 4, 6, and 7, and extends along a direction parallel to the first wall surface 21.
  • the second wall surface 23a (radial wall surface) and one end portion are connected to the radially inner end portion of the second wall surface 23a, and the other end portion is connected to the radially outer end portion of the first wall surface 21.
  • Wall surface 23b axial wall surface).
  • the second wall surface 23a is located on the downstream side in the axial direction with respect to the downstream end Pb of the bearing cone 16, extends along the radial direction, and the third wall surface 23b extends from one end to the other end. Extending in a direction intersecting the radial direction.
  • the first recess 23 has one end connected to the radially outer end of the second wall surface 23 a and the other end connected to the outer peripheral wall surface of the casing 20. It further has the 4th wall surface 23c connected to the one end part of 20a.
  • the other end portion of the fourth wall surface 23 c is linearly continuous with one end portion of the outer peripheral wall surface 20 a in the cross section along the axial direction. It is connected to the.
  • the other end portion of the fourth wall surface 23c is connected with a step between the other end portion of the outer peripheral wall surface 20a, as shown in FIG. 2, 4 and 6, for convenience of explanation, the outer peripheral wall surface 20a and the fourth wall surface 23c are separated by a two-dot chain line, but the outer peripheral wall surface 20a and the fourth wall surface 23c are provided integrally. It may be.
  • the 1st recessed part 23 is the diameter of the 2nd wall surface 23a extended along a radial direction to the downstream of the axial direction of the downstream end Pb of the bearing cone 16, and the one end part is a diameter of the 2nd wall surface 23a.
  • a third wall surface 23b that is connected to the inner end portion in the direction and extends in a direction intersecting the radial direction from the one end portion toward the other end portion.
  • Such a third wall surface 23b can guide the reverse flow Fc flowing toward the upstream side along the second wall surface 23a so as not to flow to the upstream side as it is, so that the vapor is peeled off on the bearing cone 16 side. Can be suppressed.
  • the third wall surface 23b is provided along the axial direction as shown in FIGS.
  • the third wall surface 23 b is in the radial direction of the second wall surface 23 a so as to be perpendicular to the second wall surface 23 a in the cross section along the axial direction. It is formed so as to be bent from the inner end.
  • the reverse flow Fc flowing toward the upstream side along the second wall surface 23a is guided so as not to flow upstream as it is. It is possible to suppress the separation of steam on the bearing cone 16 side.
  • the third wall surface 23 b is arranged such that one end portion is located radially inside the other end portion.
  • the third wall surface 23 b has a radially inner end of the second wall surface 23 a so as to have an acute angle with respect to the second wall surface 23 a in the cross section along the axial direction. It is formed to be bent from the part.
  • the 3rd wall surface 23b is the 1st wall surface 21. Compared with the case of being provided along the axial direction, the reverse flow Fc flowing toward the upstream side along the second wall surface 23a can be guided more efficiently so as not to flow to the upstream side. Separation on the cone 16 side can be more efficiently suppressed.
  • the recess 22 includes a second recess 24 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the second recess 24 has a curved wall surface 24 a that is positioned on the downstream side in the axial direction with respect to the first wall surface 21 and has a curved shape.
  • the second recess 24 has a lower end portion located on the inner peripheral side of the curved wall surface 24 a in the cross section along the axial direction.
  • the upper end portion located on the outer peripheral side of the curved wall surface 24a is connected so as to be linearly continuous with one end portion of the outer peripheral wall surface 20a.
  • the outer peripheral wall surface 20a and the curved wall surface 24a are separated by a two-dot chain line, but the outer peripheral wall surface 20a and the curved wall surface 24a may be provided integrally.
  • the second recess 24 has a curved wall surface 24a having a curved shape in part.
  • the second recess 24 includes, in addition to the curved wall surface 24a, a third wall surface 23b connected to the first wall surface 21 described above and a fourth wall surface 23c connected to the outer peripheral wall surface 20a described above. Are connected to the third wall surface 23b and the fourth wall surface 23c.
  • the second recess 24 has the curved wall surface 24 a having a curved shape on the downstream side in the axial direction of the first wall surface 21. Since the curved wall surface 24a of the second recess 24 can guide the backflow Fc flowing along the curved wall surface 24a so as not to flow upstream, it is possible to suppress the separation of steam on the bearing cone 16 side.
  • the recess 22 is provided on the opposite side of the exhaust chamber outlet 13 from which the steam in the exhaust chamber 14 is exhausted, as shown in FIGS.
  • the recess 22 in some embodiments described above is formed in an annular shape as shown in FIGS. 1, 2, 4 and 5, whereas the recess 22 in this embodiment is shown in FIG. 7 is formed in a circular arc shape (semi-annular in FIG. 7) provided in a part of the circumferential range, on the side opposite to the exhaust chamber outlet 13 from which the steam in the exhaust chamber 14 is discharged. Only provided.
  • the recess 22 has a depth dimension from the arcuate end (lower end in the figure) toward the center (upper end in the figure). Is formed to be large.
  • the depth dimension of the first recess 23 is determined by the length dimension of the third wall surface 23b and the fourth wall surface 23c. For this reason, the length dimension of the 3rd wall surface 23b and the 4th wall surface 23c of the 1st recessed part 23 is formed large as it goes to the center part from the circular arc-shaped edge part.
  • the recess 22 is provided on the side opposite to the exhaust chamber outlet 13 from which the vapor of the exhaust chamber 14 is discharged.
  • the side where the exhaust chamber outlet 13 from which the steam in the exhaust chamber 14 is discharged is provided is different from the opposite side where the outer peripheral wall surface 20a of the casing 20 exists, and the steam needs to hit the outer peripheral wall surface 20a of the casing 20 and be turned back. Therefore, it is difficult for the steam to peel off on the bearing cone 16 side.
  • the concave portion 22 on the opposite side of the casing 20 where the outer peripheral wall surface 20a exists, the reverse flow Fc that folds against the outer peripheral wall surface 20a of the casing 20 on the opposite side is guided by the concave portion 22. Therefore, it is possible to suppress the backflow Fc from flowing to the upstream side where the bearing cone 16 is located, and it is possible to suppress the separation of steam on the bearing cone 16 side.
  • the exhaust chamber 14 further includes a first circulation flow guide 25 extending from the inner peripheral portion of the recess 22 toward the radially outer side, as shown in FIG.
  • the first circulating flow guide 25 has one end connected to the third wall surface 23 b located on the inner peripheral portion of the first recess 23 and the other end positioned radially outside (same as the same). It extends toward the upper side in the figure.
  • the first circulating flow guide 25 is provided so as to be inclined with respect to the first wall surface 21. Note that one end of the first circulation flow guide 25 may be connected to the inner peripheral portion of the second recess 24, and one end may be connected to the vicinity of the radially outer end of the first wall surface 21. .
  • the first circulating flow guide 25 can guide the reverse flow Fc flowing along the concave portion 22 so as not to flow upstream, so that the separation of steam on the bearing cone 16 side can be suppressed. .
  • the exhaust chamber 14 further includes a second circulation flow guide 26 that extends radially inward from the outer periphery of the recess 22 as shown in FIG.
  • the second circulating flow guide 26 has one end connected to the fourth wall surface 23 c located on the outer periphery of the first recess 23 and the other end radially inward (see FIG. 6). It extends toward the lower middle).
  • the second circulating flow guide 26 is provided so as to be inclined with respect to the first wall surface 21.
  • the second circulating flow guide 26 may have one end connected to the outer periphery of the second recess 24 and one end connected to the vicinity of one end connected to the recess 22 of the outer peripheral wall surface 20a. Also good.
  • the second circulating flow guide 26 can guide the counterflow Fc flowing along the concave portion 22 to circulate, so that the counterflow Fc can be prevented from flowing upstream, and the steam bearing Separation on the cone 16 side can be suppressed.
  • the steam turbine 1 includes the exhaust chamber 14 having the configuration described in any one of the above-described embodiments (see FIGS. 1 to 7).
  • the steam turbine 1 includes a moving blade 8 provided on the upstream side of the exhaust chamber 14 and a stationary blade 9 provided on the upstream side of the exhaust chamber 14 as shown in FIGS. It has.
  • the steam turbine 1 includes the exhaust chamber 14 having the configuration described in any one of the above-described embodiments (see FIGS. 1 to 7).
  • the fluid loss inside can be reduced, and the efficiency of the steam turbine 1 can be improved.
  • the steam turbine 1 further includes a condenser 27 for condensing the exhaust discharged from the exhaust chamber 14 as shown in FIG.
  • the first wall surface 21 of the exhaust chamber 14 matches the wall surface of the condenser 27. That is, the position of the downstream end Pb of the bearing cone 16 in the axial direction matches the wall surface of the condenser 27.
  • the condenser 27 includes a plurality of cooling pipes 27 a extending along the axial direction and a plurality of cooling pipes 27 a arranged at intervals in the middle of the length of the cooling pipe 27 a. And a support member 27b for supporting And the condenser 27 condenses the exhaust_gas
  • the casing 20 includes the first wall surface 21 and the recess 22, but if only the recess 22 is included, the same effect as described above can be obtained.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to another embodiment of the present invention, and is a view for explaining a casing that does not include the first wall surface.
  • the casing 40 is different from the casing 20 in that the first wall surface 21 described above is not included.
  • the same components as the components of the exhaust chamber 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and the characteristic configuration of the casing 40 will be mainly described.
  • the casing 40 is a recess 41 provided in at least a part of the circumferential range on the radially outer side of the downstream end Pb of the bearing cone 16. It includes a recess 41 that is recessed downstream in the axial direction with respect to Pb.
  • the casing 40 is located on the outer side in the radial direction (vertical direction in FIG. 9) with respect to the bearing cone 16, the bearing cone 16, and the flow guide 19, and the axial direction (FIG. 9). And an outer peripheral wall surface 40a extending along the middle left and right direction. Note that the casing 40 may form at least a part of the outer casing 12 of the steam turbine 1 in the same manner as the casing 20.
  • the exhaust chamber 14 of the steam turbine 1 including the casing 40 including the concave portion 41 is configured such that, for example, during the low load operation, the steam drifts to the flow guide 19 side and the backflow Fc on the bearing cone 16 side. Even when the reverse flow Fc is guided by the recess 41, the reverse flow Fc can be prevented from flowing to the upstream side where the bearing cone 16 is located, and the circulation region Ac in which the circulation flow including the reverse flow Fc circulates can be obtained. Further, it is possible to reduce the spread from the downstream end Pb of the bearing cone 16 to the upstream side.
  • the recess 41 is located on the downstream side in the axial direction with respect to the downstream end Pb of the bearing cone 16 and extends along the radial direction. (Radial wall surface) and a third wall surface 41b (axial wall surface) whose one end is connected to the radially inner end of the second wall 41a, with respect to the radial direction from one end to the other end. And a third wall surface 41b extending in the intersecting direction.
  • the third wall surface 41 b extends along the axial direction, but in other embodiments, the third wall surface 41 b extends along the direction inclined with respect to the axial direction.
  • the one end part of the 3rd wall surface 41b may be located in the outer side or inner side of radial direction rather than the other end part.
  • the radially inner end of the recess 41 that is, the other end of the third wall surface 41 b is connected to the downstream end Pb of the bearing cone 16.
  • the recess 41 is formed in an annular shape. And the recessed part 41 further has the 4th wall surface 41c provided in a part of circumferential direction range.
  • the fourth wall surface 41c is provided on the side opposite to the exhaust chamber outlet 13 from which the steam in the exhaust chamber 14 is discharged, and one end portion is connected to the radially outer end portion of the second wall surface 41a. An end portion is connected to one end portion of the outer peripheral wall surface 40 a of the casing 40.
  • the outer peripheral wall surface 40a and the fourth wall surface 41c are separated by a two-dot chain line, but the outer peripheral wall surface 40a and the fourth wall surface 41c may be provided integrally. .
  • the second wall surface 41a in the embodiment shown in FIG. 9 may coincide with the wall surface of the condenser 27 (see FIG. 6) in the axial direction. More specifically, for example, in the embodiment shown in FIGS. 2 and 4, on the side where the exhaust chamber outlet 13 is provided, the second wall surface 23a is connected to one end portion of the fourth wall surface 23c at the radially outer end. Has become a part. That is, it does not extend toward the exhaust chamber outlet 13 side than the portion connected to the fourth wall surface 23c. Instead, the first wall surface 21 connected to the other end portion of the fourth wall surface 23c extends toward the exhaust chamber outlet 13 side than the portion connected to the fourth wall surface 23c. In contrast, in the embodiment shown in FIG.
  • the second wall surface 41a is not connected to the fourth wall surface 23c as shown in FIGS. It extends toward the exhaust chamber outlet 13 side. And the radial direction outer side edge part of the 2nd wall surface 41a is connected to the one end part (radial direction inner side edge part) of the wall surface of the condenser 27 so that it may continue linearly. There is no step between the second wall surface 41a and the wall surface of the condenser 27, and they are flush with each other.
  • the recessed part 41 is the 2nd wall surface 41a extended along a radial direction in the downstream of the axial direction of the downstream end Pb of the bearing cone 16, and the one end part is radial inside of the 2nd wall surface 41a.
  • a third wall surface 41b connected to the end portion and extending in a direction intersecting the radial direction from the one end portion toward the other end portion.
  • Such a third wall surface 41b can guide the reverse flow Fc that flows toward the upstream side along the second wall surface 41a so that it does not flow to the upstream side as it is, so that the vapor peels off on the bearing cone 16 side. Can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.

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Abstract

蒸気タービンの排気室は、ケーシングと、ケーシング内に設けられるベアリングコーンと、を備え、ケーシングは、ベアリングコーンの下流端の径方向外側において、少なくとも一部の周方向範囲に設けられ、ベアリングコーンの下流端に対して軸方向の下流側に凹んだ凹部を含む。

Description

蒸気タービンの排気室、及び、蒸気タービン
　本開示は、蒸気タービンの排気室、及び、蒸気タービンに関する。
　蒸気タービンのタービン車室からの蒸気は、通常、排気室を介して蒸気タービンから排出される。排気室内では、蒸気流れの性状や内部構造物の形状等によって流体損失が生じるため、排気室における流体損失を低減するための構成が提案されている。
　例えば、特許文献１には、排気室のディフューザ流路を形成するフローガイドに偏向部材を設けて、ディフューザ流路内においてチップフローに旋回を付与し、チップフローと蒸気主流とが混合する際の損失を低減させる蒸気タービンが記載されている。
　また、特許文献２には、スチームガイドとともに排気流路を形成するベアリングコーンの一部をロータ側に湾曲した形状にして、排気流路面積を拡大することにより排気流路を通る蒸気の流れを円滑にする蒸気タービン低圧排気室が記載されている。
　また、特許文献３には、排気室から下方に向けて蒸気が排出されるとともに、排気室において外周側のフローガイドと内周側のベアリングコーンで形成される蒸気の流路が、上側部位に比べて下側部位の方が長く形成された蒸気タービンの排気装置が記載されている。
特開２０１１－２２０１２５号公報 特開２００６－８３８０１号公報 特開平１１－２００８１４号公報
　特許文献１～３に記載の蒸気タービンや低圧排気室、排気装置では、排気室内に設けた偏向部材やベアリングコーンの形状、フローガイドとベアリングコーンで形成される蒸気の流路の形状により、排気室内の流体損失を低減することが期待される。
　しかしながら、蒸気タービンの排気室内での流体損失を低減するためのさらなる方策が望まれる。特に低負荷運転時では通常運転時に比べて排気室内での流体損失が大きくなるという問題がある。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、排気室内における流体損失を低減可能な蒸気タービンの排気室、及び、蒸気タービンを提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンの排気室は、
　蒸気タービンの排気室であって、
　ケーシングと、
　前記ケーシング内に設けられるベアリングコーンと、を備え、
　前記ケーシングは、前記ベアリングコーンの下流端の径方向外側において、少なくとも一部の周方向範囲に設けられ、前記ベアリングコーンの下流端に対して軸方向の下流側に凹んだ凹部を含む。
　上記（１）の構成によれば、凹部を含むケーシングを備える蒸気タービンの排気室は、例えば低負荷運転時のような、蒸気がフローガイド側に偏流してベアリングコーン側で逆流が生じる場合であっても、凹部により逆流が案内されるので、逆流がベアリングコーンの位置する上流側に流れることを抑制でき、逆流を含む循環流が循環する循環領域が、ベアリングコーンの下流端より上流側に広がるのを低減することができる。このため、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制でき、かつ、排気室内の実効的な排気面積が小さくなるのを抑制できるので、排気室内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。したがって、排気室内における流体損失を低減することができ、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記凹部は、
　前記ベアリングコーンの下流端に対して前記軸方向の下流側に位置し、径方向に沿って延在する径方向壁面と、
　一端部が前記径方向壁面の径方向内側端部に接続されるとともに、前記一端部から他端部に向かって前記径方向に対して交差する方向に延在する軸方向壁面と、を有する、第１凹部を含む。
　上記（２）の構成によれば、第１凹部は、ベアリングコーンの下流端の軸方向の下流側に径方向に沿って延在する径方向壁面と、一端部が径方向壁面の径方向内側端部に接続されるとともに一端部から他端部に向かって径方向に対して交差する方向に延在する軸方向壁面と、を有している。このような軸方向壁面は、径方向壁面に沿って上流側に向かって流れる逆流を、そのまま上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
　前記軸方向壁面は、前記軸方向に沿うように設けられる。
　上記（３）の構成によれば、軸方向壁面は、軸方向に沿うように設けられるので、径方向壁面に沿って上流側に向かって流れる逆流を、そのまま上流側に流れないように案内することができ、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制できる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
　前記軸方向壁面は、前記一端部が前記他端部よりも前記径方向の内側に配置される。
　上記（４）の構成によれば、軸方向壁面は、径方向壁面の径方向内側端部に接続される一端部が、他端部よりも径方向の内側に配置されるので、軸方向に沿うように設けられるのと比べて、径方向壁面に沿って上流側に向かって流れる逆流を、上流側に流れないようにより効率的に案内することができ、蒸気のベアリングコーン側での剥離をより効率的に抑制できる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記凹部は、前記ベアリングコーンの下流端に対して前記軸方向の下流側に位置し、湾曲形状を有する湾曲壁面を有する第２凹部を含む。
　上記（５）の構成によれば、第２凹部は、ベアリングコーンの下流端の軸方向の下流側に湾曲形状を有する湾曲壁面を有している。第２凹部の湾曲壁面は、湾曲壁面に沿って流れる逆流を、上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制できる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の構成において、
　前記凹部は、前記蒸気タービンの排気室内の蒸気が排出される排気室出口とは反対側に設けられる。
　上記（６）の構成によれば、凹部は、蒸気タービンの排気室の蒸気が排出される排気室出口とは反対側に設けられる。ここで、排気室の蒸気が排出される排気室出口が設けられる側は、ケーシングの外周壁面が存在する反対側とは異なり、蒸気がケーシングの外周壁面に突き当たって折り返す必要がないので、蒸気のベアリングコーン側での剥離が生じにくい。このため、ケーシングの外周壁面が存在する反対側に凹部を設けることで、該反対側においてケーシングの外周壁面に突き当たって折り返す逆流が、凹部により案内される。したがって、逆流がベアリングコーンの位置する上流側に流れることを抑制でき、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制できる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の構成において、
　前記蒸気タービンの排気室は、前記凹部の内周部から前記径方向の外側に向かって延在する第１循環流ガイドをさらに備える。
　上記（７）の構成によれば、第１循環流ガイドは、凹部に沿って流れる逆流を上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制できる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（７）の構成において、
　前記蒸気タービンの排気室は、前記凹部の外周部から前記径方向の内側に向かって延在する第２循環流ガイドをさらに備える。
　上記（８）の構成によれば、第２循環流ガイドは、凹部に沿って流れる逆流が循環するように案内することができるので、逆流が上流側に流れることを抑制でき、蒸気のベアリングコーン側での剥離を抑制できる。
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンは、
　上記（１）から（８）のいずれか一つに記載の蒸気タービンの排気室と、
　前記蒸気タービンの排気室の上流側に設けられる動翼と、
　前記蒸気タービンの排気室の上流側に設けられる静翼と、を備える。
　上記（９）の構成によれば、蒸気タービンは、上記（１）から（８）のいずれか一つに記載の構成を有する蒸気タービンの排気室を備えるので、排気室内における流体損失を低減することができ、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
　前記蒸気タービンは、前記蒸気タービンの排気室から排出された排気を凝縮するための復水器をさらに備え、
　前記ベアリングコーンの下流端の前記軸方向における位置が、前記復水器の壁面と一致する。
　上記（１０）の構成によれば、ベアリングコーンの下流端の軸方向における位置が、復水器の壁面と一致するので、排気室出口が設けられる側のベアリングコーンに沿うように下流側に流れる蒸気（排気）は、そのまま蒸気を凝縮するための復水器内に案内される。このため、排気室内における流体損失を低減することができ、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、排気室内における流体損失を低減可能な蒸気タービンの排気室、及び、蒸気タービンが提供される。
本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの軸方向に沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図である。 図２に示すＡ－Ａ線矢視の概略断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図であって、第２凹部を説明するための図である。 本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図であって、第１循環流ガイド、第２循環流ガイド及び第１壁面を説明するための図である。 本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室を説明するための図であって、ケーシングを外側から見た状態を示す概略斜視図である。 比較例の蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図であって、第１壁面を含まないケーシングを説明するための図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　まず、幾つかの実施形態に係る蒸気タービンの全体構成について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの軸方向に沿った概略断面図である。図１に示されるように、蒸気タービン１は、軸受部６により回転自在に支持されるロータ２と、ロータ２に取付けられた複数段の動翼８と、ロータ２及び動翼８を収容する内側ケーシング１０と、動翼８に対向するように内側ケーシング１０に取付けられた複数段の静翼９と、を備えている。また、内側ケーシング１０の外側には、外側ケーシング１２が設けられている。このような蒸気タービン１は、蒸気入口３から内側ケーシング１０に蒸気が導入されると、蒸気が静翼９を通過する際に膨張して増速されて、動翼８に対して仕事をしてロータ２を回転させるようになっている。
　また、蒸気タービン１は、排気室１４を備えている。排気室１４は、図１に示されるように、動翼８及び静翼９の下流側に位置している。内側ケーシング１０内にて動翼８及び静翼９を通過した蒸気（蒸気流れＦｓ）は、排気室入口１１から排気室１４に流入し、排気室１４の内部を通り、排気室１４の下方側に設けられた排気室出口１３から蒸気タービン１の外部に排出される。幾つかの実施形態では、排気室１４の下方には、復水器２７（図６参照）が設けられている。この場合には、蒸気タービン１で動翼８に対して仕事をし終えた蒸気は、排気室１４から排気室出口１３を介して復水器２７に流入するようになっている。
　次に、図１～図７を参照して、幾つかの実施形態に係る排気室１４の構成について、より具体的に説明する。ここで、図２は、本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図である。図３は、図２に示すＡ－Ａ線矢視の概略断面図である。図４は、本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図である。図５は、本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図であって、第２凹部を説明するための図である。図６は、本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図であって、第１循環流ガイド、第２循環流ガイド及び第１壁面を説明するための図である。図７は、本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室を説明するための図であって、ケーシングを外側から見た状態を示す概略斜視図である。
　幾つかの実施形態に係る排気室１４は、図１～６に示されるような、ケーシング２０と、ケーシング２０内において、軸受部６を覆うように設けられるベアリングコーン１６と、ケーシング２０内においてベアリングコーン１６の外周側に設けられるフローガイド１９と、を備えている。なお、排気室１４のケーシング２０は、図１に示されるように、蒸気タービン１の外側ケーシング１２の少なくとも一部を形成するものであってもよい。また、図２等に示されるように、ベアリングコーン１６及びフローガイド１９の中心軸は、ロータ２の中心軸と同一の直線上に存在していてもよい。
　ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂは、ケーシング２０の内壁面に接続されている。より詳細には、ケーシング２０は、図１、２、４～６に示されるような、ベアリングコーン１６及びフローガイド１９に対して径方向（図２中上下方向）の外側に位置し、軸方向（図２中左右方向）に沿って延在する外周壁面２０ａと、径方向に沿って延在する第１壁面２１（内側径方向壁面）と、を含んでいる。第１壁面２１は、図２、４～６に示されるような、ベアリングコーン１６に対して少なくとも一部が径方向の外側に位置し、長さ途中部がベアリングコーン１６の下流端Ｐｂに接続されている。また、第１壁面２１は、図４～７に示されるような、ロータ２を挿通させるための貫通孔２１ａが形成されている。なお、第１壁面２１は、図１に示されるように、径方向内側に位置する一端部がベアリングコーン１６の下流端Ｐｂに接続されていてもよい。
　排気室１４は、下方側に排気室出口１３を有している。排気室入口１１から排気室１４に流入した蒸気は、排気室出口１３を介して、蒸気タービン１から排出されるようになっている。また、排気室１４は、図３に示されるように、排気室出口１３が設けられる下側とは水平線Ｈを挟んで反対側に位置する上側の、ケーシング２０の外周壁面２０ａが、水平線Ｈが延在する方向に沿った断面内において半環状に形成されている。ここで、水平線Ｈは、ロータ２の中心軸Ｏを通る軸線に直交して水平方向（図３中左右方向）に沿って延在する直線である。
　ケーシング２０の内部には、ベアリングコーン１６とフローガイド１９とによって、環状のディフューザ通路１８（蒸気流路）が形成されている。ディフューザ通路１８は、蒸気タービン１の最終段翼出口１７に連通するとともに、断面積が徐々に大きくなる形状を有している。そして、蒸気タービン１の最終段の動翼８Ａを通過した高速の蒸気流れＦｓが、最終段翼出口１７を介してディフューザ通路１８に流入すると、蒸気流れＦｓが減速されて、その運動エネルギーが圧力へと変換（静圧回復）されるようになっている。
　幾つかの実施形態におけるケーシング２０は、図１、２、４～７に示されるような、第１壁面２１の径方向外側において、少なくとも一部の周方向範囲に設けられ、第１壁面２１に対して軸方向の下流側に凹んだ凹部２２をさらに含んでいる。つまり、凹部２２は、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂの径方向外側において、少なくとも一部の周方向範囲に設けられ、下流端Ｐｂに対して軸方向の下流側に凹んでいる。
　ここで、図８は、比較例の蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図である。図８において、図１～７に示される幾つかの実施形態と同一の符号を有する部材については、その説明を省略する。
　図８に示される比較例の排気室２９は、ケーシング３０と、ベアリングコーン１６と、フローガイド１９と、を備えている。そして、ケーシング３０は、上述した凹部２２を含まない構成になっている。すなわち、ケーシング３０は、図８に示されるような、ベアリングコーン１６及びフローガイド１９に対して径方向（同図中上下方向）の外側に位置し、軸方向（同図中左右方向）に沿って延在する外周壁面３０ａと、径方向に沿って延在する第１壁面３１と、を含んでいる。第１壁面３１は、ベアリングコーン１６に対して少なくとも一部が径方向の外側に位置し、長さ途中部がベアリングコーン１６の下流端Ｐｂに接続されている。そして、第１壁面３１の径方向外側端部は、外周壁面３０ａの軸方向の下流側に位置する一端部に突き当てられて一体的に接続されている。
　上述したケーシング３０を備える比較例の排気室２９は、蒸気流れＦｓがフローガイド１９側に偏流した場合にベアリングコーン１６側で剥離が生じ、排気室２９内での流体損失が大きくなるということを、本発明の発明者らは見出した。ここで、蒸気タービン１は、通常運転時に最終段翼出口１７から軸方向に沿って蒸気が流れるように設計されている。これに対して、低負荷運転時には、動翼８の回転速度は通常運転時と変わらないが、通常運転時よりも蒸気の流出速度が小さくなる。このため、低負荷運転時に最終段翼出口１７から流れる蒸気は、軸方向成分に対する旋回成分の割合が大きくなるので、フローガイド１９側に偏流するようになっている。
　蒸気流れＦｓがベアリングコーン１６側で剥離が生じる理由としては、図８に示されるように、フローガイド１９側に偏流した蒸気流れＦｓの一部が、外周壁面３０ａに突き当たって折り返し、第１壁面３１及び第１壁面３１の上流側に位置するベアリングコーン１６に沿って上流側に流れる逆流Ｆｃとなることが挙げられる。排気室２９内の逆流Ｆｃは、ベアリングコーン１６の中流側近傍において蒸気流れＦｓにより下流側に押し返されるので、ベアリングコーン１６側で循環して、図８に示される循環領域Ａｃを形成するようになっている。そして、排気室２９内に形成される循環領域Ａｃは、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂより上流側に広がっているので、ベアリングコーン１６側で剥離が生じるとともに、排気室２９内の実効的な排気面積が小さくなっている。したがって、排気室２９内での流体損失が大きくなっている。
　そこで、本発明の発明者らは、ケーシング２０に上述した凹部２２を形成して、凹部２２に逆流Ｆｃがベアリングコーン１６の位置する上流側に流れないように案内させることで、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制することに思い至った。
　幾つかの実施形態では、排気室１４は、図１～７に示されるような、上述したケーシング２０と、上述したベアリングコーン１６と、を備えている。そして、ケーシング２０は、図１、２、４～７に示されるような、上述した凹部２２を含んでいる。
　上記の構成によれば、凹部２２を含むケーシング２０を備える蒸気タービン１の排気室１４は、例えば低負荷運転時のような、蒸気がフローガイド１９側に偏流してベアリングコーン１６側で逆流Ｆｃが生じる場合であっても、凹部２２により逆流Ｆｃが案内されるので、逆流Ｆｃがベアリングコーン１６の位置する上流側に流れることを抑制でき、逆流Ｆｃを含む循環流が循環する循環領域Ａｃが、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂより上流側に広がるのを低減することができる。このため、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制でき、かつ、排気室１４内の実効的な排気面積が小さくなるのを抑制できるので、排気室１４内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。したがって、排気室１４内における流体損失を低減することができ、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。
　幾つかの実施形態では、凹部２２は、図１、２、４、６、７に示されるような、第１凹部２３を含んでいる。第１凹部２３は、図２、４、６、７に示されるような、第１壁面２１に対して軸方向の下流側に位置し、第１壁面２１と平行な方向に沿って延在する第２壁面２３ａ（径方向壁面）と、一端部が第２壁面２３ａの径方向内側端部に接続されるとともに、他端部が第１壁面２１の径方向外側端部に接続される第３壁面２３ｂ（軸方向壁面）と、を有している。つまり、第２壁面２３ａは、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂに対して軸方向の下流側に位置し、径方向に沿って延在し、第３壁面２３ｂは、一端部から他端部に向かって径方向に対して交差する方向に延在する。
　そして、第１凹部２３は、図２、４、６、７に示されるような、一端部が第２壁面２３ａの径方向外側端部に接続されるとともに、他端部がケーシング２０の外周壁面２０ａの一端部に接続される第４壁面２３ｃをさらに有している。幾つかの実施形態では、第４壁面２３ｃの他端部は、図２、４、６に示されるように、軸方向に沿った断面内において外周壁面２０ａの一端部に直線状に連続するように接続されている。また、他の幾つかの実施形態では、第４壁面２３ｃの他端部は、図７に示されるように、外周壁面２０ａの一端部との間に段差を有して接続されている。なお、図２、４、６においては説明の便宜上、外周壁面２０ａと第４壁面２３ｃとの間を二点鎖線により区切っているが、外周壁面２０ａと第４壁面２３ｃとは一体的に設けられていてもよい。
　上記の構成によれば、第１凹部２３は、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂの軸方向の下流側に径方向に沿って延在する第２壁面２３ａと、一端部が第２壁面２３ａの径方向内側端部に接続されるとともに一端部から他端部に向かって径方向に対して交差する方向に延在する第３壁面２３ｂと、を有している。このような第３壁面２３ｂは、第２壁面２３ａに沿って上流側に向かって流れる逆流Ｆｃを、そのまま上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　幾つかの実施形態では、第３壁面２３ｂは、図１、２、６、７に示されるように、軸方向に沿うように設けられる。
　より詳細には、第３壁面２３ｂは、図２、６に示されるように、軸方向に沿った断面内において、第２壁面２３ａに対して直角になるように、第２壁面２３ａの径方向内側端部から折れ曲がるように形成されている。
　上記の構成によれば、第３壁面２３ｂは、軸方向に沿うように設けられるので、第２壁面２３ａに沿って上流側に向かって流れる逆流Ｆｃを、そのまま上流側に流れないように案内することができ、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　また、他の幾つかの実施形態では、第３壁面２３ｂは、図４に示されるように、一端部が他端部よりも径方向の内側に配置される。
　より詳細には、第３壁面２３ｂは、図４に示されるように、軸方向に沿った断面内において、第２壁面２３ａに対して鋭角になるように、第２壁面２３ａの径方向内側端部から折れ曲がるように形成されている。
　上記の構成によれば、第３壁面２３ｂは、第２壁面２３ａの径方向内側端部に接続される一端部が、他端部よりも径方向の内側に配置されるので、第１壁面２１の軸方向に沿うように設けられるのと比べて、第２壁面２３ａに沿って上流側に向かって流れる逆流Ｆｃを、上流側に流れないようにより効率的に案内することができ、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離をより効率的に抑制できる。
　幾つかの実施形態では、凹部２２は、図５に示されるような、第２凹部２４を含んでいる。第２凹部２４は、図５に示されるような、第１壁面２１に対して軸方向の下流側に位置し、湾曲形状を有する湾曲壁面２４ａを有している。
　より詳細には、幾つかの実施形態では、第２凹部２４は、図５に示されるように、軸方向に沿った断面内において、湾曲壁面２４ａの内周部側に位置する下端部が第１壁面２１の径方向外側端部に直交するように接続されるとともに、湾曲壁面２４ａの外周部側に位置する上端部が外周壁面２０ａの一端部に直線状に連続するように接続されている。なお、図５においては説明の便宜上、外周壁面２０ａと湾曲壁面２４ａとの間を二点鎖線により区切っているが、外周壁面２０ａと湾曲壁面２４ａとは一体的に設けられていてもよい。また、他の幾つかの実施形態では、第２凹部２４は、一部に湾曲形状を有する湾曲壁面２４ａを有している。そして、第２凹部２４は、湾曲壁面２４ａの他に、上述した第１壁面２１に接続される第３壁面２３ｂや、上述した外周壁面２０ａに接続される第４壁面２３ｃを含み、湾曲壁面２４ａは第３壁面２３ｂや第４壁面２３ｃに接続されている。
　上記の構成によれば、第２凹部２４は、第１壁面２１の軸方向の下流側に湾曲形状を有する湾曲壁面２４ａを有している。第２凹部２４の湾曲壁面２４ａは、湾曲壁面２４ａに沿って流れる逆流Ｆｃを、上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　幾つかの実施形態では、凹部２２は、図６、７に示されるような、排気室１４内の蒸気が排出される排気室出口１３とは反対側に設けられる。
　より詳細には、上述した幾つかの実施形態における凹部２２は、図１、２、４、５に示されるように、環状に形成されていたが、本実施形態における凹部２２は、図６、７に示されるような、一部の周方向範囲に設けられる円弧状（図７では半環状）に形成されており、排気室１４内の蒸気が排出される排気室出口１３とは反対側にのみ設けられている。なお、幾つかの実施形態では、凹部２２は、図７に示されるように、円弧状の端部（同図中下端）から中央部（同図中上端）に向かうにつれて凹部２２の深さ寸法が大きくなるように形成されている。第１凹部２３の深さ寸法は、第３壁面２３ｂ及び第４壁面２３ｃの長さ寸法により定まる。このため、第１凹部２３の第３壁面２３ｂ及び第４壁面２３ｃの長さ寸法は、円弧状の端部から中央部に向かうにつれて大きく形成されている。
　上記の構成によれば、凹部２２は、排気室１４の蒸気が排出される排気室出口１３とは反対側に設けられる。ここで、排気室１４の蒸気が排出される排気室出口１３が設けられる側は、ケーシング２０の外周壁面２０ａが存在する反対側とは異なり、蒸気がケーシング２０の外周壁面２０ａに突き当たって折り返す必要がないので、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離が生じにくい。このため、ケーシング２０の外周壁面２０ａが存在する反対側に凹部２２を設けることで、該反対側においてケーシング２０の外周壁面２０ａに突き当たって折り返す逆流Ｆｃが、凹部２２により案内される。したがって、逆流Ｆｃがベアリングコーン１６の位置する上流側に流れることを抑制でき、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　幾つかの実施形態では、排気室１４は、図６に示されるような、凹部２２の内周部から径方向の外側に向かって延在する第１循環流ガイド２５をさらに備えている。
　第１循環流ガイド２５は、図６に示されるように、第１凹部２３の内周部に位置する第３壁面２３ｂに一端部が接続されるとともに、他端部が径方向の外側（同図中上側）に向かって延在している。そして、第１循環流ガイド２５は、第１壁面２１に対して傾斜するように設けられている。なお、第１循環流ガイド２５は、第２凹部２４の内周部に一端部が接続されていてもよく、第１壁面２１の径方向外側端部近傍に一端部が接続されていてもよい。
　上記の構成によれば、第１循環流ガイド２５は、凹部２２に沿って流れる逆流Ｆｃを上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　幾つかの実施形態では、排気室１４は、図６に示されるような、凹部２２の外周部から径方向の内側に向かって延在する第２循環流ガイド２６をさらに備えている。
　第２循環流ガイド２６は、図６に示されるように、第１凹部２３の外周部に位置する第４壁面２３ｃに一端部が接続されるとともに、他端部が径方向の内側（同図中下側）に向かって延在している。そして、第２循環流ガイド２６は、第１壁面２１に対して傾斜するように設けられている。なお、第２循環流ガイド２６は、第２凹部２４の外周部に一端部が接続されていてもよく、外周壁面２０ａの凹部２２に接続される一端部側近傍に一端部が接続されていてもよい。
　上記の構成によれば、第２循環流ガイド２６は、凹部２２に沿って流れる逆流Ｆｃが循環するように案内することができるので、逆流Ｆｃが上流側に流れることを抑制でき、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　また、他の幾つかの実施形態では、蒸気タービン１は、上述した各々の実施形態（図１～図７参照）のいずれか一つに記載された構成を有する排気室１４を備えている。また、蒸気タービン１は、図１、２、４～６に示されるような、排気室１４の上流側に設けられる動翼８と、同じく排気室１４の上流側に設けられる静翼９と、を備えている。
　上記の構成によれば、蒸気タービン１は、上述した各々の実施形態（図１～図７参照）のいずれか一つに記載された構成を有する排気室１４を備えているので、排気室１４内における流体損失を低減することができ、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。
　幾つかの実施形態では、蒸気タービン１は、図６に示されるような、排気室１４から排出された排気を凝縮するための復水器２７をさらに備えている。そして、排気室１４の第１壁面２１は、復水器２７の壁面と一致する。つまり、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂの軸方向における位置が、復水器２７の壁面と一致する。
　復水器２７は、図６に示されるように、軸方向に沿って延在する複数の冷却管２７ａと、冷却管２７ａの長さ途中に互いに間隔をおいて配置されて複数の冷却管２７ａを支持する支持部材２７ｂと、を有している。そして、復水器２７は、複数の冷却管２７ａにより排気室１４から排出された排気を凝縮するものである。
　上記の構成によれば、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂの軸方向における位置が、復水器２７の壁面と一致するので、排気室出口１３が設けられる側のベアリングコーン１６に沿うように下流側に流れる蒸気（排気）は、そのまま蒸気を凝縮するための復水器２７内に案内される。このため、排気室１４内における流体損失を低減することができ、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。
　上述した幾つかの実施形態では、ケーシング２０は、第１壁面２１及び凹部２２を含んでいたが、凹部２２のみを含んでいれば、上述した効果と同様の効果を奏する。
　図９は、本発明の他の一実施形態に係る蒸気タービンの排気室の軸方向に沿った概略断面図であって、第１壁面を含まないケーシングを説明するための図である。図９に示されるように、ケーシング４０は、ケーシング２０とは上述した第１壁面２１を含まない点において異なるものである。以下、排気室１４の各構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略し、ケーシング４０の特徴的な構成を中心に説明する。
　幾つかの実施形態では、図９に示されるように、ケーシング４０は、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂの径方向外側において、少なくとも一部の周方向範囲に設けられる凹部４１であって、下流端Ｐｂに対して軸方向の下流側に凹んでいる凹部４１を含んでいる。図９に示される実施形態では、ケーシング４０は、上述したベアリングコーン１６と、ベアリングコーン１６及びフローガイド１９に対して径方向（図９中上下方向）の外側に位置し、軸方向（図９中左右方向）に沿って延在する外周壁面４０ａと、をさらに含んでいる。なお、ケーシング４０は、ケーシング２０と同様に蒸気タービン１の外側ケーシング１２の少なくとも一部を形成するものであってもよい。
　上記の構成によれば、凹部４１を含むケーシング４０を備える蒸気タービン１の排気室１４は、例えば低負荷運転時のような、蒸気がフローガイド１９側に偏流してベアリングコーン１６側で逆流Ｆｃが生じる場合であっても、凹部４１により逆流Ｆｃが案内されるので、逆流Ｆｃがベアリングコーン１６の位置する上流側に流れることを抑制でき、逆流Ｆｃを含む循環流が循環する循環領域Ａｃが、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂより上流側に広がるのを低減することができる。このため、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制でき、かつ、排気室１４内の実効的な排気面積が小さくなるのを抑制できるので、排気室１４内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。したがって、排気室１４内における流体損失を低減することができ、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。
　幾つかの実施形態では、図９に示されるように、凹部４１は、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂに対して軸方向の下流側に位置し、径方向に沿って延在する第２壁面４１ａ（径方向壁面）と、一端部が第２壁面４１ａの径方向内側端部に接続される第３壁面４１ｂ（軸方向壁面）であって、一端部から他端部に向かって径方向に対して交差する方向に延在する第３壁面４１ｂと、有している。図９に示される実施形態では、第３壁面４１ｂは軸方向に沿って延在しているが、他の実施形態では、第３壁面４１ｂは軸方向に対して傾斜する方向に沿って延在し、第３壁面４１ｂの一端部が他端部よりも径方向の外側又は内側に位置していてもよい。また、図９に示される実施形態では、凹部４１の径方向内側端部、すなわち第３壁面４１ｂの他端部が、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂに接続されている。
　図９に示される実施形態では、凹部４１は環状に形成されている。そして、凹部４１は、一部の周方向範囲に設けられる第４壁面４１ｃをさらに有している。第４壁面４１ｃは、排気室１４内の蒸気が排出される排気室出口１３とは反対側に設けられており、一端部が第２壁面４１ａの径方向外側端部に接続されるとともに、他端部がケーシング４０の外周壁面４０ａの一端部に接続されている。なお、図９においては説明の便宜上、外周壁面４０ａと第４壁面４１ｃとの間を二点鎖線により区切っているが、外周壁面４０ａと第４壁面４１ｃとは一体的に設けられていてもよい。
　また、図９に示される実施形態における第２壁面４１ａは、軸方向における位置が復水器２７の壁面（図６参照）と一致してもよい。より詳細には、例えば図２、４に示される実施形態では、排気室出口１３が設けられる側において、第２壁面２３ａは、第４壁面２３ｃの一端部と接続される部分が径方向外側端部になっている。つまり、第４壁面２３ｃに接続される部分よりも排気室出口１３側に向かって延在していない。代わりに、第４壁面２３ｃの他端部に接続される第１壁面２１が、第４壁面２３ｃと接続される部分よりも排気室出口１３側に向かって延在している。これに対して、図９に示される実施形態では、排気室出口１３が設けられる側において、第２壁面４１ａは、図２、４に示されるような第４壁面２３ｃに接続されておらず、排気室出口１３側に向かって延在している。そして、第２壁面４１ａの径方向外側端部は、復水器２７の壁面の一端部（径方向内側端部）に直線状に連続するように接続されている。第２壁面４１ａと復水器２７の壁面との間に段差がなく面一になっている。
　上記の構成によれば、凹部４１は、ベアリングコーン１６の下流端Ｐｂの軸方向の下流側に径方向に沿って延在する第２壁面４１ａと、一端部が第２壁面４１ａの径方向内側端部に接続されるとともに、一端部から他端部に向かって径方向に対して交差する方向に延在する第３壁面４１ｂと、を有している。このような第３壁面４１ｂは、第２壁面４１ａに沿って上流側に向かって流れる逆流Ｆｃを、そのまま上流側に流れないように案内することができるので、蒸気のベアリングコーン１６側での剥離を抑制できる。
　本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
１　　　蒸気タービン
２　　　ロータ
３　　　蒸気入口
６　　　軸受部
８　　　動翼
８Ａ　　最終段動翼
９　　　静翼
１０　　内側ケーシング
１１　　排気室入口
１２　　外側ケーシング
１３　　排気室出口
１４　　排気室
１６　　ベアリングコーン
１７　　最終段翼出口
１８　　ディフューザ通路
１９　　フローガイド
２０　　ケーシング
２０ａ　　外周壁面
２１　　　第１壁面
２２　　　凹部
２３　　　　第１凹部
２３ａ　　　　第２壁面
２３ｂ　　　　第３壁面
２３ｃ　　　　第４壁面
２４　　　　第２凹部
２４ａ　　　　湾曲壁面
２５　　　第１循環流ガイド
２６　　　第２循環流ガイド
２７　　　復水器
２７ａ　　　冷却管
２７ｂ　　　支持部材
２９　　排気室
３０　　ケーシング
３０ａ　　外周壁面
３１　　　第１壁面
４０　　ケーシング
４０ａ　　外周壁面
４１　　　凹部
４１ａ　　　第２壁面
４１ｂ　　　第３壁面
４１ｃ　　　第４壁面
Ａｃ　　循環領域
Ｆｃ　　逆流
Ｆｓ　　蒸気流れ
Ｈ　　　水平線
Ｏ　　　中心軸
Ｐｂ　　ベアリングコーンの下流端

Claims (10)

  1. 　蒸気タービンの排気室であって、
    　ケーシングと、
    　前記ケーシング内に設けられるベアリングコーンと、を備え、
    　前記ケーシングは、前記ベアリングコーンの下流端の径方向外側において、少なくとも一部の周方向範囲に設けられ、前記ベアリングコーンの下流端に対して軸方向の下流側に凹んだ凹部を含む、
    　ことを特徴とする蒸気タービンの排気室。
  2. 　前記凹部は、
    　前記ベアリングコーンの下流端に対して前記軸方向の下流側に位置し、径方向に沿って延在する径方向壁面と、
    　一端部が前記径方向壁面の径方向内側端部に接続されるとともに、前記一端部から他端部に向かって前記径方向に対して交差する方向に延在する軸方向壁面と、を有する、第１凹部を含む、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの排気室。
  3. 　前記軸方向壁面は、前記軸方向に沿うように設けられることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービンの排気室。
  4. 　前記軸方向壁面は、前記一端部が前記他端部よりも前記径方向の内側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービンの排気室。
  5. 　前記凹部は、前記ベアリングコーンの下流端に対して前記軸方向の下流側に位置し、湾曲形状を有する湾曲壁面を有する第２凹部を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの排気室。
  6. 　前記凹部は、前記蒸気タービンの排気室内の蒸気が排出される排気室出口とは反対側に設けられることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の蒸気タービンの排気室。
  7. 　前記蒸気タービンの排気室は、前記凹部の内周部から前記径方向の外側に向かって延在する第１循環流ガイドをさらに備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の蒸気タービンの排気室。
  8. 　前記蒸気タービンの排気室は、前記凹部の外周部から前記径方向の内側に向かって延在する第２循環流ガイドをさらに備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の蒸気タービンの排気室。
  9. 　請求項１から８のいずれか一つに記載の蒸気タービンの排気室と、
    　前記蒸気タービンの排気室の上流側に設けられる動翼と、
    　前記蒸気タービンの排気室の上流側に設けられる静翼と、を備える、
    　ことを特徴とする蒸気タービン。
  10. 　前記蒸気タービンは、前記蒸気タービンの排気室から排出された排気を凝縮するための復水器をさらに備え、
    　前記ベアリングコーンの下流端の前記軸方向における位置が、前記復水器の壁面と一致することを特徴とする請求項９に記載の蒸気タービン。
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