WO2020066891A1 - 蒸気タービンの排気室、蒸気タービン及び蒸気タービンの換装方法 - Google Patents

蒸気タービンの排気室、蒸気タービン及び蒸気タービンの換装方法 Download PDF

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WO2020066891A1
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flow guide
steam turbine
casing
exhaust chamber
diffuser
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PCT/JP2019/036965
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匠生 山下
尊昭 松尾
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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    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/31—Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the present disclosure relates to a steam turbine exhaust chamber, a steam turbine, and a method for replacing a steam turbine.
  • the steam from the turbine casing of the steam turbine is usually discharged from the steam turbine via an exhaust chamber. Fluid loss occurs in the exhaust chamber due to the nature of the steam flow, the shape of the internal structure, and the like. Therefore, the shape of the diffuser forming the diffuser flow path of the exhaust chamber is important.
  • the end of the upper half of the chip flow guide is extended toward the downstream side, so that the diffuser length is made longer than before and the turbine exhaust loss is reduced. (See Patent Document 1).
  • the diffuser shape has been individually tailored to the specifications required by the customer, while the outer casing forming the exhaust chamber has been standardized (moduleed) and optimized.
  • the bearing cone constituting the diffuser is formed as a part of the upper half of the outer casing. Therefore, to optimize the shape of the diffuser, the shape of the bearing cone needs to be changed, and the upper half of the outer casing must be redesigned. Therefore, for example, in the steam turbine described in Patent Literature 1, it is difficult to form a diffuser of an appropriate shape while sharing the outer casing or diverting existing products.
  • At least one embodiment of the present invention provides an exhaust chamber of a steam turbine that can form a diffuser of an appropriate shape while using a common outer casing or diverting existing components. Aim.
  • the exhaust chamber of the steam turbine includes: An end wall portion in the axial direction, and an outer casing including an extension portion extending from the end wall portion toward the upstream side in the axial direction, A first flow guide formed in an annular shape and fixed to the upstream end of the extending portion radially inward of the diffuser surface while forming an upstream region of the diffuser surface of the hub-side flow guide; , A second portion formed in an annular shape and fixed to the extending portion, while being located downstream of the first flow guide and radially outward of the extending portion to form a downstream region of the diffuser surface.
  • Flow guide Is provided.
  • the upstream region of the diffuser surface of the hub-side flow guide is formed by the first flow guide fixed to the upstream end of the extension of the outer casing.
  • the downstream region of the diffuser surface on the hub side is formed by a second flow guide positioned radially outside the extending portion of the outer casing and fixed to the extending portion.
  • a plurality of the second flow guides are provided along a circumferential direction with a diffuser surface forming member that forms the downstream region of the diffuser surface. And a connecting rib for connecting the diffuser surface forming member and the extending portion.
  • the diffuser surface forming member can be arranged at a position radially inward from the extending portion by the connection rib.
  • each of the connection ribs extends in a radial direction.
  • an appropriate diffuser surface can be formed by making the shape of the connection portion of the connection rib with the diffuser surface formation portion conform to the shape of the diffuser surface formation portion.
  • the second flow guide closes a space formed between the diffuser surface forming member and the inner surface of the outer casing. I do.
  • the second flow guide is formed in an axial direction of a rotor of the steam turbine and extends in a circumferential direction. It has at least two or more divided surfaces.
  • the second flow guide can be easily disassembled and assembled.
  • the second flow guide is detachably attached to the outer casing.
  • the blade length of the final blade or the position of the final blade along the axial direction of the rotor is changed, and the shape of the diffuser is optimized. Even when it is necessary to change the existing second flow guide, it is easy to remove the existing second flow guide from the extension, and a new second flow guide can be easily fixed to the extension.
  • the outer casing extends in an axial direction that divides the outer upper half casing and the outer lower half casing in a circumferential direction.
  • a dividing surface is provided, and a circumferential position of the dividing surface coincides with a circumferential position of the dividing surface of the second flow guide.
  • a chip-side flow guide that forms a chip-side diffuser surface on the radially outer side of the first flow guide is further provided.
  • a diffuser having an optimal shape can be configured by the first flow guide, the second flow guide, and the chip-side flow guide.
  • downstream end of the chip-side flow guide is located on the upstream side in the axial direction from the upstream end of the extension. I do.
  • the first flow guide is detachably supported by the outer casing.
  • the first flow guide since the first flow guide can be attached to and detached from the outer casing, it is possible to prevent the first flow guide from interfering with other parts of the steam turbine when attaching and detaching the outer casing.
  • the hub-side flow guide is located radially outward of a downstream end of the hub-side flow guide, and is connected to the downstream end.
  • a recessed portion that is recessed further downstream in the axial direction than the above is formed.
  • the steam in the exhaust chamber of the steam turbine including the outer casing including the concave portion, the steam is deflected radially outward and backflow occurs radially inward, for example, during low-load operation. Even in this case, the concave portion guides the backflow. As a result, the backflow can be suppressed from flowing to the upstream side where the first flow guide and the second flow guide are located. In addition, the circulation region in which the circulation flow including the backflow circulates can be prevented from including the upstream side of the downstream end of the second flow guide.
  • the separation of the steam on the radially inner side can be suppressed, and the reduction of the effective exhaust area in the exhaust chamber can be suppressed, so that the pressure recovery amount of the steam in the exhaust chamber can be improved. Therefore, fluid loss in the exhaust chamber can be reduced, and the efficiency of the steam turbine can be improved.
  • a steam turbine according to at least one embodiment of the present invention includes: An exhaust chamber of the steam turbine according to any one of the above configurations (1) to (11); Rotor blades 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, Is provided.
  • the first flow guide and the second flow guide can be provided without changing the outer shape of the outer casing.
  • the shape of the flow guide can be changed. Therefore, it is possible to form a diffuser having an appropriate shape for each of the individual steam turbines while sharing the outer casing, thereby reducing turbine exhaust loss.
  • a method for replacing a steam turbine In a steam turbine replacement method for replacing a part of an existing steam turbine, Removing an outer upper half casing from the steam turbine; Removing the flow guide forming the diffuser surface from the outer casing, Removing the existing inner casing from the outer lower half casing, Preparing a rotor with a final wing, attaching a chip-side flow guide to the newly installed inner casing; Attaching an inner lower casing to the outer lower casing and attaching the rotor to the inner lower casing; Attaching a first flow guide and a second lower half flow guide to the outer lower half casing; Attaching an inner upper half casing to the outer lower half casing on which the inner lower half casing is mounted; Attaching a second upper half flow guide to the outer upper half casing; Attaching the outer upper half casing to the outer lower half casing; Is provided.
  • a flow guide having an appropriate shape can be selected while using the existing outer casing, and the efficiency of the existing steam turbine can be improved.
  • a diffuser having an appropriate shape for each of the individual steam turbines while using a common outer casing or diverting existing components.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view along an axial direction of a steam turbine according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view along an axial direction of an exhaust chamber of a steam turbine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view taken in the direction of arrow A shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a perspective view of a second flow guide shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along an axial direction of an exhaust chamber of a steam turbine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along an axial direction of an exhaust chamber of a steam turbine of a comparative example. It is a flowchart which shows the processing procedure in the replacement method of the steam turbine which concerns on one Embodiment.
  • An existing state shall also be represented.
  • the expression representing a shape such as a square shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a square shape or a cylindrical shape in a strictly geometrical sense, but also an uneven portion or a chamfer as long as the same effect can be obtained.
  • a shape including a part and the like is also represented.
  • the expression “comprising”, “comprising”, “including”, “including”, or “having” one component is not an exclusive expression excluding the existence of another component.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view along an axial direction of a steam turbine according to an embodiment of the present invention.
  • a steam turbine 1 includes a rotor 2 rotatably supported by bearings 6, a plurality of stages of moving blades 8 attached to the rotor 2, and an inner casing that houses the rotor 2 and the moving blade 8. 10 and a plurality of stages of stationary blades 9 attached to the inner casing 10 so as to face the rotor blades 8.
  • An outer casing 20 is provided outside the inner casing 10.
  • the steam turbine 1 also has an exhaust chamber 14.
  • the exhaust chamber 14 is located downstream of the moving blade 8 and the stationary blade 9 as shown in FIG.
  • the steam (steam flow Fs) that has passed through the moving blades 8 and the stationary blades 9 in the inner casing 10 flows into the exhaust chamber 14 from the exhaust chamber inlet 11, passes through the exhaust chamber 14, and is on the lower side of the exhaust chamber 14.
  • the exhaust gas is discharged to the outside of the steam turbine 1 from an exhaust chamber outlet 13 provided in the steam turbine 1.
  • a condenser (not shown) is provided below the exhaust chamber 14. In this case, the steam that has finished working on the rotor blades 8 in the steam turbine 1 flows into the condenser from the exhaust chamber 14 via the exhaust chamber outlet 13.
  • FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a downflow type exhaust chamber in which a condenser (not shown) is arranged below the steam turbine 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of the exhaust chamber of the steam turbine according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view taken in the direction of arrow A shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the second flow guide shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view along an axial direction of an exhaust chamber of a steam turbine according to another embodiment of the present invention.
  • the thickness of the plate-like member is drawn to be greater than the actual thickness for convenience of explanation.
  • the exhaust chamber 14 includes an outer casing 20, an inner casing 10 arranged radially inside the outer casing 20, and an outer casing 20, as shown in FIGS. It has a hub-side flow guide 15 attached and a chip-side flow guide 19 attached to the inner casing 10.
  • the hub side flow guide 15 and the chip side flow guide 19 are formed in an annular shape, and the diffuser passage 18 surrounded by the hub side flow guide 15 and the chip side flow guide 19 forms a diffuser 50.
  • the hub-side flow guide 15 forms the first flow guide 16 that forms the upstream region 52 on the axial upstream side of the diffuser surface 51 of the diffuser 50, and forms the downstream region 53 on the downstream side in the axial direction of the diffuser surface 51.
  • a second flow guide 30 to be used.
  • the outer casing 20 of the exhaust chamber 14 may form at least a part of the outer casing of the steam turbine 1, as shown in FIG.
  • the outer casing 20 is provided separately from the bearing box 61 in which the bearing 6 is disposed.
  • the central axes of the first flow guide 16, the second flow guide 30, and the tip-side flow guide 19 may be on the same straight line as the central axis O of the rotor 2. .
  • the exhaust chamber 14 has an exhaust chamber outlet 13 below the exhaust chamber 14, as shown in FIG.
  • the steam flowing into the exhaust chamber 14 from the exhaust chamber inlet 11 flows through the exhaust chamber 14 via the diffuser 50, and is discharged from the steam turbine 1 via the exhaust chamber outlet 13.
  • the hub-side flow guide 15 is formed by a first flow guide 16 on the upstream side in the axial direction and a second flow guide 30 disposed on the downstream side in the axial direction of the first flow guide 16.
  • Each of the flow guides of the hub-side flow guide 15 and the chip-side flow guide 19 is formed in an annular shape around the central axis O of the rotor 2 and has at least two or more divided surfaces in the circumferential direction. In addition, at least one of the divided surfaces may be formed on a horizontal plane including the horizontal line H.
  • the exhaust chamber 14 includes an outer casing 20 forming a part of the exhaust chamber, and the outer casing 20 includes an outer peripheral wall 20a forming a ceiling surface.
  • the outer peripheral wall surface 20a is formed in an upper region located on the opposite side of the radially outer side across the horizontal line H from the lower region in the radial direction where the exhaust chamber outlet 13 is provided, and is orthogonal to the central axis O of the rotor 2. It is formed in a semi-annular shape in the cross section.
  • the horizontal line H is a straight line extending in the horizontal direction (the left-right direction in FIG. 3) perpendicular to the axis passing through the central axis O of the rotor 2.
  • the outer casing 20 is configured to be horizontally split into an outer upper half casing 201 and an outer lower half casing 202 on a horizontal plane including a horizontal line H.
  • Horizontal flanges 201a and 202a are arranged on the dividing surface of the outer upper half casing 201 and the dividing surface of the outer lower half casing 202, and both are fastened by bolts or the like (not shown).
  • the inner casing 10 accommodated inside the outer casing 20 in the radial direction also has an inner upper half casing 10 a and an inner lower half It is formed so that it can be divided into the unit casing 10b.
  • the outer casing 20 extends in the radial direction and connects to the outer peripheral wall 20a at a radially outer end. It includes an end wall portion 21 and an extension portion 22 that extends from a radially inner end 21 a of the end wall portion 21 in the axial direction upstream and radially inward to form an inclined surface.
  • the extending portion 22 has a role of a strength member that supports a first flow guide 16 and a sealing structure (not shown) that seals a space between the rotor 2 and the radially inner end of the outer casing 20.
  • the extending portion 22 is formed in an annular shape around the center axis O of the rotor 2, for example, and starts from a radially inner end 21 a of the end wall portion 21. It has a conical cylindrical shape in which the size in the radial direction (the distance from the center axis O of the rotor 2) decreases from the downstream side to the upstream side in the axial direction. That is, in FIG. 2, the size in the radial direction becomes smaller as going from the right to the left in the figure.
  • the extending portion 22 may have a cylindrical shape whose size in the radial direction is constant regardless of the position in the axial direction.
  • the downstream end of the extension 22 in the axial direction is connected to the end wall 21.
  • An upstream end 22a for attaching the first flow guide 16 is formed at an upstream end in the axial direction of the extension 22 as described later.
  • the first flow guide 16 according to some embodiments shown in FIGS. 2 and 5 is formed in an annular shape around the central axis O of the rotor 2, and has a radial direction from the upstream side to the downstream side in the axial direction.
  • the size increases. That is, for example, it is formed such that the size in the radial direction increases from left to right in FIG.
  • the first flow guide 16 forms the upstream region 52 of the diffuser surface 51 of the hub-side flow guide 15 as described above.
  • the first flow guide 16 is fixed to the upstream end 22 a of the extending portion 22 of the outer casing 20 radially inward of the diffuser surface 51 of the hub-side flow guide 15. More specifically, the first flow guide 16 according to some embodiments shown in FIGS.
  • the diffuser surface refers to an inner peripheral surface of the diffuser surface forming members 31 and 161 of the hub side flow guide 15 forming the diffuser passage 18 and the diffuser surface forming member 56 of the chip side flow guide 19 facing the steam passage side. .
  • the first flow guide 16 according to some embodiments shown in FIGS. 2 and 5 is attached to the upstream end 22a of the extending portion 22 of the outer casing 20 by a bolt (not shown) inserted into the bolt hole. Fixed.
  • bolt holes (not shown) are formed at a plurality of locations along the circumferential direction at the upstream end 22 a of the extension 22. That is, the first flow guide 16 according to some embodiments is cantilevered to the upstream end 22 a of the extension 22 via the fixing plate 162.
  • the first flow guide 16 is divided into two parts in the circumferential direction on a horizontal plane including at least the horizontal line H.
  • the first flow guide 16 includes a first upper half flow guide 16 a attached to the extension 22 of the outer upper half casing 201 and a first lower half attached to the extension 22 of the outer lower half casing 202. And a flow guide 16b.
  • the second flow guide 30 according to some embodiments shown in FIGS. 2, 4, and 5 is formed in an annular shape around the central axis O of the rotor 2, and has a diameter that increases from the upstream side to the downstream side in the axial direction.
  • the second flow guide 30 is disposed adjacent to the first flow guide 16 on the downstream side in the axial direction, and is located radially outside the extending portion 22 of the outer casing 20.
  • the second flow guide 30 is fixed to the inside of the outer casing 20 in a region on the axially upstream side of the end wall portion 21 of the outer casing 20 and a region inside in the radial direction of the extending portion 22 of the outer casing 20. Is done.
  • the second flow guide 30 includes the hub-side flow guide 15 that is close to the end wall 21 of the outer casing 20.
  • a diffuser surface forming member 31 that forms the downstream region 53; a plurality of connection ribs 32 that are provided along the circumferential direction that is the rotation direction of the rotor 2 and that connect the diffuser surface forming member 31 and the extended portion 22;
  • a cylindrical wall portion 33 formed on the axially downstream side of the surface forming member 31.
  • the cylindrical wall portion 33 extends downstream along the axial direction from the downstream end portion Pd of the hub-side flow guide 15, is formed in an annular shape around the center axis O of the rotor 2, and is formed at least in the circumferential direction. It is a divided tubular member.
  • the cylindrical wall portion 33 is fixed to the inner wall surface of the end wall portion 21 of the outer casing 20 on the downstream side in the axial direction.
  • the second flow guide 30 is, for example, divided into at least two along the circumferential direction, and is divided into every 180 degrees. It has a guide 30a and a second lower half flow guide 30b.
  • the second upper half flow guide 30a and the second lower half flow guide 30b are divided by a division surface 31a extending in the same direction as the axis of the rotor 2.
  • the division surface 31a may be formed so that the second flow guide 30 can be divided into three or more in the circumferential direction.
  • the second upper flow guide 30a of the second flow guide 30 according to some embodiments shown in FIGS.
  • the half flow guide 30 b is attached to the outer lower half casing 202 of the outer casing 20. That is, the division surface 31a in the second flow guide 30 according to some embodiments may exist in the same plane as the horizontal division surface of the outer casing 20. In the second flow guide 30 according to some embodiments, the second upper half flow guide 30a and the second lower half flow guide 30b have the same configuration. When it is not necessary to particularly distinguish the flow guide 30a and the second lower half flow guide 30b, the flow guide 30a and the second lower half flow guide 30b will be collectively described as the second flow guide 30.
  • the diffuser surface forming member 31 is a plate-shaped member having a curved surface that is curved so that a radially outer surface forms a downstream region 53 of the hub-side flow guide 15 that is the diffuser surface 51. is there.
  • the downstream region 53 is formed by dividing the downstream region 53 into a plurality of regions along the circumferential direction and along the axial direction, and substituting a curved surface forming each of these regions with a plane. You may. That is, the diffuser surface forming member 31 may be simply configured by combining a plurality of flat plates for forming the flat surface.
  • connection rib 32 is, for example, a plate-shaped member extending in the radial direction and the axial direction, and for example, as shown in FIG. Are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the first end surface 32a on the radially outer side is formed in a shape along the inner peripheral surface on the radially inner side of the diffuser surface forming member 31.
  • the first end surface 32a is connected to the diffuser surface forming member 31 by, for example, welding.
  • the second end surface 32b on the radially inner side is formed in a shape along the radially outer inner peripheral surface of the extending portion 22.
  • the second end face 32b is connected to the extension 22 by, for example, welding.
  • the third end face 32c on the downstream side in the axial direction is formed in a shape along the inner wall surface of the end wall portion 21.
  • the third end face 32c is connected to the end wall 21 by, for example, welding.
  • the second flow guide 30 according to some embodiments shown in FIGS. 2, 4, and 5 seals a space 41 formed between the diffuser surface forming member 31 and the inner wall surface of the outer casing 20. Thereby, the invasion of steam into the space 41 formed between the diffuser surface forming member 31 and the inner wall surface of the outer casing 20 can be suppressed, so that turbine exhaust loss can be reduced.
  • the downstream end in the axial direction of the cylindrical wall portion 33 in the second flow guide 30 according to the embodiment shown in FIG. 5 is connected to the inner wall surface of the end wall portion 21.
  • An annular space is formed between the cylindrical wall portion 33 and the outer peripheral wall surface 20a that is radially outside the cylindrical wall portion 33 of the end wall portion 21 of the outer casing 20 in the radial direction.
  • This annular space is located radially outward of the downstream end Pd of the diffuser surface 51 of the hub side flow guide 15, and has a concave portion 25 recessed downstream of the downstream end Pd in the axial direction. It may be formed.
  • the tip-side flow guide 19 includes an upper-half tip-side flow guide 19 a attached to the inner upper-half casing 10 a and an inner lower-half casing 10 b. And the lower chip side flow guide 19b to be attached.
  • the upstream end 19c of the chip-side flow guide 19 is fixed to the inner casing 10 by, for example, a bolt (not shown).
  • the downstream end 19 d is located more upstream in the axial direction than the upstream end 22 a of the extension 22 of the outer casing 20.
  • the extension of the downstream end 19d of the chip side flow guide 19 and the outer upper half casing 201 is performed. Since the interference with the upstream end 22a of the installation portion 22 can be prevented, the outer upper casing 201 of the outer casing 20 can be easily attached and detached.
  • the diffuser passage 18 (the diffuser passage 18) is formed by the first flow guide 16, the hub-side flow guide 15 including the second flow guide 30, and the tip-side flow guide 19.
  • a diffuser 50 that forms a (vapor passage) is configured.
  • 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 of the flow passage formed so as to be surrounded by the tip-side flow guide 19 and the hub-side flow guide 15 gradually increases. doing.
  • a standardized (module) standardized casing is applied to the outer casing 20, and the internal components including the diffuser are individually designed steam turbines having an appropriate shape and structure.
  • the existing model is used for the outer casing, and the internal components are the same model when retrofitting the existing steam turbine with a new design that matches the appropriate shape that meets the design conditions.
  • the detailed configuration of the steam turbine 1 may differ depending on the customer's area where the steam turbine 1 is used, the specifications required by the customer, and the like.
  • the blade length of the final stage rotor blade (final blade) 8A and the position of the final blade 8A along the axial direction of the rotor 2 may be changed.
  • the existing steam turbine to be replaced here refers to at least the first flow guide 16 and the second flow guide 30 constituting the hub-side flow guide 15 and the tip-side flow guide 19, which are shown in some embodiments.
  • the steam turbine 1 includes the exhaust chamber 14 including the diffuser 50, and is a steam turbine that is subjected to retrofitting work for the purpose of further improving performance and the like.
  • the upstream region 52 of the diffuser surface 51 of the hub-side flow guide 15 is fixed to the upstream end 22 a of the extension 22 of the outer casing 20.
  • the first flow guide 16 is formed.
  • the downstream region 53 of the diffuser surface 51 of the hub side flow guide 15 is disposed on the radially outer inner peripheral side of the extending portion 22 of the outer casing 20, and is located on the radially outer side of the extending portion 22. It is formed by a second flow guide 30 fixed to the inner peripheral surface.
  • the first flow guide 16 which forms the optimal diffuser surface 51 of the newly designed hub-side flow guide 15 is arranged, and the shape and height of the first flow guide 16 are adjusted on the downstream side in the axial direction, and
  • the second flow guide 30 having the appropriate connecting ribs 32 so as to form the optimum diffuser surface 51
  • the optimum diffuser passage 18 can be formed without changing the outer shape of the outer casing 20. Therefore, it is possible to form the diffuser 50 having an appropriate shape for each of the steam turbines 1 while using the outer casing 20 in common or diverting existing products. Therefore, according to the steam turbine 1 including the exhaust chambers 14 according to some embodiments described above, turbine exhaust loss can be reduced.
  • the connection rib 32 causes the second flow guide 30 to be radially outward from the extending portion 22.
  • the diffuser surface forming member 31 having an appropriate shape can be arranged at a position apart from the diffuser surface forming member 31. Further, the deformation of the diffuser surface forming member 31 and the extending portion 22 can be suppressed by the connection rib 32, and the rigidity of the diffuser surface forming member 31 and the extending portion 22 can be improved.
  • connection ribs 32 each extend in the radial direction.
  • the shape of the connection portion (first end face 32a) of the connection rib 32 with the diffuser surface forming member 31 is made to conform to the shape of the diffuser surface formation member 31, so that the diffuser surface formation member 31 becomes a diffuser surface 51. Is easy to maintain.
  • the second flow guide 30 can be divided into at least two parts by a division surface 31 a extending in the same direction as the axis of the rotor 2 of the steam turbine 1. Therefore, as described above, if the division surface 31a of the second flow guide 30 is formed such that the division surface 31a of the second flow guide 30 and the division surface of the outer casing 20 are in the same plane, the outer casing 20 And the dividing surface 31a of the second flow guide 30 are close to each other, so if the dividing surface 31a of the second upper half flow guide 30a and the second lower half flow guide 30b is separated, the second upper half The outer casing 20 can be divided without removing the respective blocks of the partial flow guide 30a and the second lower half flow guide from the extending portion 22. Further, as described later, attachment and detachment of the second flow guide 30 are also easy. This facilitates disassembly and assembly of the exhaust chamber 14.
  • the second flow guide 30 is detachably attached to the outer casing 20. That is, in the exhaust chamber 14 according to some of the above-described embodiments, for example, the connection rib 32 is blown off at a position close to the connection portion with the extension portion 22 or the end wall portion 21, and the second connection rib 32 is blown.
  • the flow guide 30 can be removed from the outer casing 20. Note that a part of the connection rib 32 remaining on the extending portion 22 or the end wall portion 21 can be removed from the extending portion 22 or the end wall portion 21 by using, for example, a grinder.
  • the means for fixing the second flow guide 30 to the extending portion 22 may be fixed by welding or the like, or may be configured to be detachable with bolts or the like. Thereby, for example, in the retrofitting work of the existing steam turbine 1, the blade length of the final blade 8A and the position of the final blade 8A along the axial direction of the rotor 2 are changed, and the shape of the diffuser 50 is optimized. Even if it is necessary to change the existing second flow guide 30, it is easy to remove the existing second flow guide 30 from the extension portion 22 and easily fix a new second flow guide 30 to the extension portion 22. it can.
  • the outer casing 20 includes an axially extending dividing surface that divides the outer upper half casing 201 and the outer lower half casing 202 in a circumferential direction, and includes a circumferential surface of the dividing surface.
  • the position coincides with the circumferential position of the dividing surface 31a of the second flow guide 30.
  • the first flow guide 16 is detachably supported by the outer casing 20.
  • the first flow guide 16 is attached to another part of the steam turbine 1. May interfere with
  • the first flow guide 16 can be attached to and detached from the outer casing 20. The guide 16 can be prevented from interfering with other parts of the steam turbine 1.
  • FIG. 6 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. 6 includes an outer casing 70, a bearing cone 64 corresponding to a hub-side flow guide, and a tip-side flow guide 19.
  • the outer casing 70 is formed from an outer peripheral wall surface 70a forming a ceiling surface and an end wall portion 71 extending along a radial direction.
  • the bearing cone 64 forms the diffuser surface 51 of the hub-side flow guide 15, and the downstream end of the bearing cone 64 is smoothly connected to the end wall 71 at an intermediate position of the end wall 71 of the outer casing 70.
  • the outer casing 70 has a configuration in which the recess 25 described above is not arranged on the downstream side of the bearing cone 64.
  • the steam turbine 1 is designed such that steam flows from the final stage blade outlet 17 in the axial direction during normal operation.
  • the rotation speed of the rotor blade 8 is not different from that during the normal operation, but the outflow speed of the steam is lower than during the normal operation. For this reason, the steam flowing from the final stage blade outlet 17 during the low-load operation has a large swirl component relative to the axial component, so that the steam flows to the tip side flow guide 19 side.
  • the reason why the steam flow Fs is separated on the bearing cone 64 side is that, as shown in FIG. 6, a part of the steam flow Fs deflected to the chip side flow guide 19 side comes into contact with the outer peripheral wall surface 70a and turns back.
  • the upstream steam flows along the bearing cone 64 located upstream of the portion 71 and the end wall portion 71, and the backflow Fc flows in the opposite direction to the normal steam flow Fs.
  • the backflow Fc in the exhaust chamber 29 is pushed back downstream by the steam flow Fs in the vicinity of the axial middle position of the bearing cone 64. Therefore, as shown in FIG. 6, a part of the steam flow Fs may form a circulation area Ac that generates a backflow Fc circulating near the bearing cone 64.
  • the inventors of the present invention form the above-described recess 25 on the downstream side of the bearing cone 64 and guide the steam flow Fs so that the backflow Fc does not flow into the bearing cone 64, thereby forming the steam flow Fs. To suppress the separation on the bearing cone 64 side.
  • the exhaust chamber 14 is located radially outward of the position of the downstream end Pd of the diffuser surface 51 of the hub-side flow guide 15 and is located at the downstream end Pd. It has a recess 25 that is recessed further downstream in the axial direction.
  • the exhaust chamber 14 of the steam turbine 1 including the outer casing 20 including the concave portion 25 is configured such that, for example, during a low-load operation, the steam is deflected radially outward and the reverse flow Fc is radially inward. Even in the case where the flow occurs, the backflow Fc is guided into the recess 25 by the recess 25. Therefore, even if the circulation region Ac including the backflow Fc occurs, the circulation region Ac can be prevented from reaching the upstream side of the downstream end Pd of the second flow guide 30.
  • the concave portion 25 By providing the concave portion 25, the separation of the steam flow Fs on the radial inside of the diffuser passage 18 can be suppressed, and the effective exhaust area in the exhaust chamber 14 can be suppressed from being reduced. The amount of pressure recovery of the steam can be improved. Therefore, fluid loss in the exhaust chamber 14 can be reduced, and the efficiency of the steam turbine 1 can be improved.
  • the second flow guide 30 is detachably attached to the outer casing 20 as described above. Therefore, even when the shape of the diffuser 50 changes by changing the blade length of the final blade 8A or the position of the final blade 8A along the axial direction of the rotor 2 in the retrofitting work of the existing steam turbine 1, Can be replaced with a diffuser 50 having an appropriate shape while utilizing the outer casing 20 of FIG.
  • a method for replacing a steam turbine according to one embodiment will be described.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure in the steam turbine replacement method according to one embodiment.
  • the method for replacing a steam turbine according to one embodiment is a method for replacing a steam turbine 1 in which a part of an existing steam turbine 1 is replaced with a step of removing an outer upper half casing S10, a step of removing a flow guide S20, and a step of removing an inner casing.
  • a second upper half flow guide attaching step S80 and an outer upper half casing attaching step S90 is a method for replacing a steam turbine 1 in which a part of an existing steam turbine 1 is replaced with a step of removing an outer upper half casing S10, a step of removing a flow guide S20, and a step of removing an inner casing
  • Outer upper half casing removing step S10 is a step of removing the outer upper half casing 201 from the existing steam turbine 1. Specifically, in the outer upper half casing removing step S10, the connection between the existing first flow guide 16 and the upstream end 22a of the extension portion 22 is released, and then the outer upper casing 20 is removed. This is a step of separating the half casing 201 from the outer lower half casing 202. The outer lower half casing 202 remains at the existing location until internal components, such as the rotor including the new wings and the inner casing, can be received.
  • the flow guide removing step S20 is a step of removing the existing flow guides (the hub side flow guide 15 (the first flow guide 16, the second flow guide 30) and the chip side flow guide 19) forming the diffuser. Specifically, in the flow guide removing step S20, the existing chip-side flow guide 19 is removed from the inner casing 10. In addition, the existing hub-side flow guide 15 is separated from the upstream end 22a of the extension 22 of the outer casing 20 (the outer upper half casing 201 and the outer lower half casing 202) on which the first flow guide 16 is supported. By removing the fixing plate portion 162 of the first flow guide 16, the existing first flow guide 16 (the first upper half flow guide 16 a and the first lower half flow guide 16 b) is removed from the steam turbine 1.
  • the existing second flow guide 30 melts the connection rib 32 as described above, for example, and cuts the end wall 21 or the extension. By separating the second flow guide 30 provided with the connection rib 32 from the installation portion 22, the existing second flow guide 30 is removed from the outer casing 20 (the outer upper half casing 201 and the outer lower half casing 202).
  • the inner casing 10 (the inner upper half casing 10a and the inner lower half casing 10b) housing the rotor 2 and the like having the existing wings is removed from the existing outer lower half casing 202. It is a process.
  • the chip-side flow guide mounting step S40 is a step in which the newly-installed chip-side flow guide 19 is mounted on the newly-built separately manufactured inner casing 10. That is, in the tip-side flow guide mounting step S40, the blade length or position of the final blade 8A or the like is changed or adjusted for the newly-installed rotor 2 separately manufactured in accordance with the appropriate shape and blade length according to the design conditions. The newly adjusted final wing and the like are attached, and a new rotor 2 having the final wing is prepared.
  • the inner lower half casing mounting step S50 is a step of mounting only the inner lower half casing 10b of the inner casing 10 to the existing outer lower half casing 202.
  • the newly installed rotor 2 manufactured in the chip side flow guide mounting step S40 is mounted.
  • the first lower half flow guide 16b is mounted to the extending portion 22 of the existing outer lower half casing 202 by a fastening means such as a bolt.
  • a fastening means such as a bolt.
  • the first upper half flow guide 16a is temporarily moved by the same means at the position of the horizontal division surface of the existing outer lower half casing 202 with respect to the extension 22 of the existing outer lower half casing 202. Be stopped.
  • the second lower half flow guide 30b of the second flow guide 30 is welded or bolted to the outer lower half casing 202. Attached by the fastening means.
  • Inner upper half casing mounting step S70 is a step of mounting the newly installed inner upper half casing 10a on the upper part of the installed inner lower half casing 10b which is placed on the existing outer lower half casing 202.
  • the inner upper half casing 10a is attached with the upper half chip side flow guide 19a attached in the tip side flow guide attaching step S40.
  • the second upper half flow guide attaching step S80 includes, in the outer upper half casing removing step S10, the existing separately placed outer upper half casing 201 removed from the existing outer lower half casing 202, This is a step of attaching the second upper half flow guide 30a by fastening means such as welding or bolts.
  • the outer upper half casing attaching step S90 the outer upper half casing 201 in which the second upper half flow guide 30a is attached to the existing outer lower half casing 202 in the second upper half flow guide attaching step S80. Install. Further, in the first flow guide and the second lower half flow guide mounting step S60, the first upper half flow guide 16a temporarily fixed to the extending portion 22 of the existing outer lower half casing 202 is attached to the outer upper half. It is attached to the extending portion 22 of the part casing 201 by fastening means such as welding or bolts, and the replacement work is completed.
  • the blade length of the final blade 8A and the position of the final blade 8A along the axial direction of the rotor 2 are changed.
  • the diffuser 50 having an appropriate shape can be replaced while using the existing outer casing 20.
  • the equipment cost of the existing steam turbine 1 can be reduced, and the performance of the steam turbine 1 can be improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a form in which the above-described embodiment is modified and a form in which these forms are appropriately combined.
  • the exhaust chamber 14 of some embodiments described above is a downflow exhaust type exhaust chamber that exhausts steam downward, but the present invention is directed to a side exhaust type exhaust chamber that exhausts steam to the side. Can be applied.
  • the second flow guide 30 connects the connection rib 32 to the extending portion 22 and the end wall portion 21 by welding.
  • a seat portion for connecting the connection rib 32 with a bolt and a nut is provided in advance on the extending portion 22 or the end wall portion 21, and the connection rib 32 is connected to this seat portion with a bolt and a nut. You may do so.

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Abstract

一実施形態に係る蒸気タービンの排気室は、軸方向における端壁部、及び、前記端壁部から前記軸方向における上流側に向かって延設された延設部を含む外側ケーシングと、ハブ側フローガイドのディフューザ面のうちの上流側領域を形成するとともに、前記ディフューザ面よりも径方向内側において前記延設部の上流側端部に固定される環状に形成された第１フローガイドと、前記第１フローガイドの下流側かつ前記延設部の径方向外側に位置して前記ディフューザ面のうちの下流側領域を形成するとともに、前記延設部に固定される環状に形成された第２フローガイドと、を備える。

Description

蒸気タービンの排気室、蒸気タービン及び蒸気タービンの換装方法
　本開示は、蒸気タービンの排気室、蒸気タービン及び蒸気タービンの換装方法に関する。
　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。そのため、排気室のディフューザ流路を形成するディフューザの形状は重要である。
　例えば特許文献１に記載の蒸気タービンでは、チップフローガイド上半部の端部を下流側に向かって延設することで、ディフューザ長さを従来に比べて長くして、タービン排気損失を低減するようにしている（特許文献１参照）。
　一方、近年の動向として、設備費低減の観点から、ディフューザ形状は顧客の要求仕様に合わせて個別に製作しつつ、排気室を形成する外側ケーシングは標準化（モジュール化）して、最適化された排気室を提供する要望が増加している。また、性能向上を目的として、外側ケーシングは既設品を流用し、翼やディフューザ等の内部構成品を新設計とする既設蒸気タービンの換装工事の要望も高まっている。
特開２００４－３５３６２９号公報
　上述のような場合、排気室の外側ケーシングは標準化品又は既設品を流用し、内部構成品は最適な仕様に合わせて個別設計して、ディフューザの形状を最適化することが望ましい。
　しかし、例えば特許文献１に記載の蒸気タービンでは、ディフューザを構成するベアリングコーンが外側ケーシング上半部の一部として形成されている。そのため、ディフューザの形状を最適化するためには、ベアリングコーンの形状を変更する必要があり、外側ケーシング上半部を設計し直さなければならない。そのため、例えば特許文献１に記載の蒸気タービンでは、外側ケーシングを共通化又は既設品を流用しながら、適切な形状のディフューザを形成することが困難であった。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、外側ケーシングを共通化又は既設品を流用しながら、適切な形状のディフューザを形成することができる蒸気タービンの排気室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、
　軸方向における端壁部、及び、前記端壁部から前記軸方向における上流側に向かって延設された延設部を含む外側ケーシングと、
　ハブ側フローガイドのディフューザ面のうちの上流側領域を形成するとともに、前記ディフューザ面よりも径方向内側において前記延設部の上流側端部に固定される環状に形成された第１フローガイドと、
　前記第１フローガイドの下流側かつ前記延設部の径方向外側に位置して前記ディフューザ面のうちの下流側領域を形成するとともに、前記延設部に固定される環状に形成された第２フローガイドと、
を備える。
　上記（１）の構成によれば、ハブ側フローガイドのディフューザ面のうちの上流側領域は、外側ケーシングの延設部の上流側端部に固定される第１フローガイドによって形成される。また、ハブ側のディフューザ面のうちの下流側領域は、外側ケーシングの延設部の径方向外側に位置して該延設部に固定される第２フローガイドによって形成される。これにより、外側ケーシングの構造の変更を伴わずに、第１フローガイド及び第２フローガイドの形状のみを変更することにより、最適化されたディフューザ形状を形成できる。したがって、外側ケーシングを共通化又は既設品を流用しながら、個々の蒸気タービンのそれぞれに適切な形状のディフューザを形成して、最適化された排気室を提供することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記第２フローガイドは、前記ディフューザ面のうち前記下流側領域を形成するディフューザ面形成部材と、周方向に沿って複数設けられ、前記ディフューザ面形成部材と前記延設部とを接続する接続リブと、を含む。
　上記（２）の構成によれば、接続リブによって、延設部から径方向内側の離間した位置にディフューザ面形成部材を配置できる。また、接続リブによってディフューザ面形成部材や延設部の変形を抑制することも可能となり、ディフューザ面形成部材や延設部の剛性を向上できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、前記接続リブは、それぞれ径方向に延在する。
　上記（３）の構成によれば、接続リブにおけるディフューザ面形成部との接続部分の形状をディフューザ面形成部の形状に沿った形状とすることで、適正なディフューザ面が形成できる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、前記第２フローガイドは、前記ディフューザ面形成部材と前記外側ケーシングの内面との間に形成される空間を閉鎖する。
　上記（４）の構成によれば、ディフューザ面形成部材と外側ケーシングの内面との間に形成される空間への蒸気の侵入を抑制できるので、タービン排気損失を低減できる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記第２フローガイドは、前記蒸気タービンのロータの軸線方向に形成され、周方向に延在する少なくとも２以上の分割面を有する。
　上記（５）の構成によれば、第２フローガイドの分解及び組立が容易となる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、前記第２フローガイドは、前記外側ケーシングから取り外し可能に前記外側ケーシングに取り付けられている。
　上記（６）の構成によれば、例えば、既設の蒸気タービンにおいて、最終翼の翼長や、ロータの軸方向に沿った最終翼の位置の変更がなされ、ディフューザの形状を最適化のために変更する必要が生じた場合であっても、既設の第２フローガイドを延設部から取り外すことが容易であるとともに、新たな第２フローガイドを延設部に容易に固定できる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、前記外側ケーシングは、周方向で外側上半部ケーシングと外側下半部ケーシングを分割する軸方向に延在する分割面を備え、前記分割面の周方向の位置は、前記第２フローガイドの前記分割面の周方向の位置と一致する。
　上記（７）の構成によれば、外側ケーシングの分割面と第２フローガイドの分割面の位置が接近しているため、第２フローガイドの分割面へのアクセスが容易であり、第２フローガイドの取り外しが容易である。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、前記第１フローガイドの前記径方向外側でチップ側のディフューザ面を形成するチップ側フローガイドをさらに備える。
　上記（８）の構成によれば、第１フローガイドと第２フローガイドとチップ側フローガイドとによって最適な形状のディフューザを構成することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、前記チップ側フローガイドの下流側端部は、前記延設部の前記上流側端部よりも前記軸方向における上流側に位置する。
　上記（９）の構成によれば、外側ケーシングの着脱の際に、チップ側フローガイドの下流側端部と延設部の上流側端部との干渉を防止できるので、外側ケーシングの着脱が容易となる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、前記第１フローガイドは前記外側ケーシングに着脱可能に支持される。
　上記（１０）の構成によれば、外側ケーシングに第１フローガイドが着脱可能であるので、外側ケーシングを着脱する際に第１フローガイドが蒸気タービンの他の部位と干渉することを防止できる。
　（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、前記ハブ側フローガイドの下流側端部よりも前記径方向外側に位置し、該下流側端部よりも前記軸方向における下流側に凹んだ凹部が形成されている。
　上記（１１）の構成によれば、上記凹部を含む外側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、蒸気が径方向外側に偏流して径方向内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。その結果、逆流が第１フローガイド及び第２フローガイドの位置する上流側に流れることを抑制できる。また、逆流を含む循環流が循環する循環領域が、第２フローガイドの下流端より上流側を含まないようにすることができる。このため、蒸気の径方向内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。
　（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンは、
　上記構成（１）乃至（１１）の何れか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（１２）の構成によれば、上記構成（１）乃至（１１）の何れかの蒸気タービンの排気室を備えるので、外側ケーシングの外形の変更を伴わずに、第１フローガイド及び第２フローガイドの形状を変更できる。したがって、外側ケーシングを共通化しながら、個々の蒸気タービンのそれぞれに適切な形状のディフューザを形成することができ、タービン排気損失を低減できる。
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンの換装方法は、
　既設の蒸気タービンの一部を換装する蒸気タービンの換装方法において、
　前記蒸気タービンから外側上半部ケーシングを取り外す工程と、
　外側ケーシングからディフューザ面を形成するフローガイドを取り外す工程と、
　外側下半部ケーシングから既設の内側ケーシングを取り外す工程と、
　最終翼を備えたロータを準備し、チップ側フローガイドを新設の前記内側ケーシングに取り付ける工程と、
　内側下半部ケーシングを前記外側下半部ケーシングに取り付け、前記ロータを前記内側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
　第１フローガイド及び第２下半部フローガイドを前記外側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
　内側上半部ケーシングを前記内側下半部ケーシングが載置された前記外側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
　第２上半部フローガイドを前記外側上半部ケーシングに取り付ける工程と、
　前記外側上半部ケーシングを前記外側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
を備える。
　上記（１３）の方法によれば、既設の蒸気タービンにおいて、既設の外側ケーシングを利用しつつ、適切な形状を有するフローガイドを選定して、既設の蒸気タービンの効率化を図ることが出来る。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、外側ケーシングを共通化又は既設品を流用しながら、個々の蒸気タービンのそれぞれに適切な形状のディフューザを形成することができる。
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矢視の概略断面図である。 図２に示す第２フローガイドの斜視図である。 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。 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。 一実施形態に係る蒸気タービンの換装方法における処理手順を示すフローチャートである。
　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に示すように、蒸気タービン１は、軸受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２０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に示すように、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、不図示の復水器が設けられている。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を介して復水器に流入するようになっている。
　次に、図１～図５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。図１は、蒸気タービン１の下部に、不図示の復水器を配置したダウンフロー型排気室に適用した例を示す。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矢視の概略断面図である。図４は、図２に示す第２フローガイドの斜視図である。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る。
　なお、説明の便宜上、各図において、板状の部材の厚さを実際の厚さよりも厚く描いている。
　幾つかの実施形態に係る排気室１４は、図１～図３及び図５に示すように、外側ケーシング２０と、外側ケーシング２０の径方向内側に配置された内側ケーシング１０と、外側ケーシング２０に取り付けられたハブ側フローガイド１５と、内側ケーシング１０に取り付けられたチップ側フローガイド１９と、を備える。ハブ側フローガイド１５及びチップ側フローガイド１９は環状に形成され、ハブ側フローガイド１５及びチップ側フローガイド１９に囲まれたディフューザ通路１８が、ディフューザ５０を形成する。ハブ側フローガイド１５は、ディフューザ５０のディフューザ面５１のうち軸方向上流側の上流側領域５２を形成する第１フローガイド１６と、ディフューザ面５１のうち軸方向下流側の下流側領域５３を形成する第２フローガイド３０とを備える。なお、排気室１４の外側ケーシング２０は、図１に示されるように、蒸気タービン１の外側ケーシングの少なくとも一部を形成するものであってもよい。また、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１では、外側ケーシング２０は、軸受６が内部に配置された軸受箱６１とは別体に設けられている。図２等に示すように、第１フローガイド１６、第２フローガイド３０、及び、チップ側フローガイド１９の中心軸は、ロータ２の中心軸Ｏと同一の直線上に存在していてもよい。
　排気室１４は、図２に示すように、排気室１４の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、ディフューザ５０を経由して排気室１４の内部を流れ、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。ハブ側フローガイド１５は、軸方向上流側の第１フローガイド１６と第１フローガイド１６の軸方向下流側に配置された第２フローガイド３０と、から形成されている。ハブ側フローガイド１５及びチップ側フローガイド１９のそれぞれのフローガイドは、ロータ２の中心軸Ｏを中心に環状に形成され、周方向で少なくとも２以上の分割面を備える。また、分割面の少なくとも一つは、水平線Ｈを含む水平面上に形成されていてもよい。
　また、排気室１４は、図３に示されるように、排気室の一部を形成する外側ケーシング２０を備え、外側ケーシング２０は、天井面を形成する外周壁面２０ａを備える。外周壁面２０ａは、排気室出口１３が設けられる径方向内側の下側領域とは水平線Ｈを挟んで径方向外側の反対側に位置する上側領域に形成され、ロータ２の中心軸Ｏに直交する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の左右方向）に沿って延在する直線である。
　幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１では、外側ケーシング２０は、水平線Ｈを含む水平面で、外側上半部ケーシング２０１と外側下半部ケーシング２０２とに水平分割可能に構成されている。外側上半部ケーシング２０１の分割面と、外側下半部ケーシング２０２の分割面には、水平フランジ２０１ａ、２０２ａが配置され、不図示のボルト等で両者が締結されている。なお、図１に示すように、外側ケーシング２０の径方向内側に収容された内側ケーシング１０も、外側ケーシング２０と同様に、水平線Ｈを含めた水平面で、内側上半部ケーシング１０ａと内側下半部ケーシング１０ｂとに分割可能に形成されている。
　幾つかの実施形態に係る蒸気タービン１では、図２に示すように、外側ケーシング２０は、上記の外周壁面２０ａと、径方向に沿って延在し径方向外側端で外周壁面２０ａに接続する端壁部２１と、端壁部２１の径方向内側端２１ａから軸方向における上流側で、且つ径方向内側に向かって傾斜面を形成するように延設された延設部２２とを含む。なお、延設部２２は、第１フローガイド１６やロータ２と外側ケーシング２０の径方向内側端との間を密封する不図示のシール構造等を支持する強度部材の役割を備える。
　図２及び図５に示す幾つかの実施形態に係る延設部２２は、例えば、ロータ２の中心軸Ｏを中心に環状に形成され、端壁部２１の径方向内側端２１ａを起点として、軸方向における下流側から上流側に向かうにつれて、径方向の大きさ（ロータ２の中心軸Ｏからの距離）が小さくなるような円錐筒形状を有する。すなわち、図２において、図示右方から左方に向かうにつれて、径方向の大きさが小さくなるように形成される。なお、図示はしないが、延設部２２は、軸方向の位置に関わらず径方向の大きさが一定となる円筒形状を有していてもよい。延設部２２の軸方向における下流側の端部は、端壁部２１に接続されている。延設部２２の軸方向における上流側の端部には、後述するように、第１フローガイド１６を取り付けるための上流側端部２２ａが形成されている。
　図２及び図５に示す幾つかの実施形態に係る第１フローガイド１６は、ロータ２の中心軸Ｏを中心に環状に形成され、軸方向における上流側から下流側に向かうにつれて、径方向の大きさが大きくなる。すなわち、例えば図２において図示左方から右方に向かうにつれて、径方向の大きさが大きくなるように形成される。また、第１フローガイド１６は、ハブ側フローガイド１５のディフューザ面５１のうち、上述したように上流側領域５２を形成する。第１フローガイド１６は、ハブ側フローガイド１５のディフューザ面５１よりも径方向内側において外側ケーシング２０の延設部２２の上流側端部２２ａに固定される。
　より具体的には、図２及び図５に示す幾つかの実施形態に係る第１フローガイド１６は、上流側領域５２を形成するディフューザ面形成部材１６１と、ディフューザ面形成部材１６１の軸方向下流側の端部から径方向内側に延在する固定用板部１６２と、を有する。固定用板部１６２の径方向内側の端部の近傍には、不図示のボルト孔が周方向に沿って複数箇所に形成されている。なお、ディフューザ面とは、ディフューザ通路１８を形成するハブ側フローガイド１５のディフューザ面形成部材３１、１６１及びチップ側フローガイド１９のディフューザ面形成部材５６の蒸気通路側に面する内周面を言う。
　図２及び図５に示す幾つかの実施形態に係る第１フローガイド１６は、上記のボルト孔に挿通された不図示のボルトによって、外側ケーシング２０の延設部２２の上流側端部２２ａに固定される。なお、延設部２２の上流側端部２２ａには、不図示のボルト孔が周方向に沿って複数箇所に形成されている。すなわち、幾つかの実施形態に係る第１フローガイド１６は、固定用板部１６２を介して延設部２２の上流側端部２２ａに片持ち支持されている。
　なお、上述のように、第１フローガイド１６は、少なくとも水平線Ｈを含む水平面で、周方向に２分割されていることが望ましい。第１フローガイド１６は、外側上半部ケーシング２０１の延設部２２に取り付けられる第１上半部フローガイド１６ａと、外側下半部ケーシング２０２の延設部２２に取り付けられる第１下半部フローガイド１６ｂと、から形成される。
　図２及び図４並びに図５に示す幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０は、ロータ２の中心軸Ｏを中心に環状に形成され、軸方向における上流側から下流側に向かうにつれて径方向の大きさが大きくなるように形成されたディフューザ面５１の一部であって、ディフューザ面５１の下流側領域５３を形成する。第２フローガイド３０は、第１フローガイド１６の軸方向下流側に隣接して配置され、外側ケーシング２０の延設部２２の径方向外側に位置する。第２フローガイド３０は、外側ケーシング２０の端壁部２１の軸方向上流側の領域、及び、外側ケーシング２０の延設部２２の径方向内側の領域であって、外側ケーシング２０の内側に固定される。
　より具体的には、図２、図４、図５に示す幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０は、ハブ側フローガイド１５のうち、外側ケーシング２０の端壁部２１に近接して下流側領域５３を形成するディフューザ面形成部材３１と、ロータ２の回転方向である周方向に沿って複数設けられ、ディフューザ面形成部材３１と延設部２２とを接続する接続リブ３２と、ディフューザ面形成部材３１の軸方向下流側に形成された筒状壁部３３と、を含む。筒状壁部３３は、ハブ側フローガイド１５の下流側端部Ｐｄから軸方向に沿って下流側に延在し、ロータ２の中心軸Ｏの廻りに環状に形成され、少なくとも周方向に２分割された筒状部材である。筒状壁部３３は、軸方向下流側で外側ケーシング２０の端壁部２１の内壁面に固定される。
　図２及び図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０は、例えば、円周方向に沿って少なくとも２分割され、１８０度毎に分割された第２上半部フローガイド３０ａと第２下半部フローガイド３０ｂとを有する。例えば、２分割であれば、第２上半部フローガイド３０ａと第２下半部フローガイド３０ｂとは、ロータ２の軸線と同方向に延在する分割面３１ａで分割されている。分割面３１ａは、第２フローガイド３０が周方向に３分割以上に分割可能となるように形成されていてもよい。
　図２及び図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０の第２上半部フローガイド３０ａは、外側ケーシング２０の外側上半部ケーシング２０１に取り付けられ、第２下半部フローガイド３０ｂは、外側ケーシング２０の外側下半部ケーシング２０２に取り付けられている。すなわち、幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０における分割面３１ａは、外側ケーシング２０の水平分割面と同じ平面内に存在してもよい。
　幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０は、第２上半部フローガイド３０ａと第２下半部フローガイド３０ｂとで同様の構成を有するので、以下の説明では、第２上半部フローガイド３０ａと第２下半部フローガイド３０ｂとを特に区別する必要がない場合には、第２フローガイド３０と総称して説明することとする。
　幾つかの実施形態に係るディフューザ面形成部材３１は、径方向外側の面がディフューザ面５１であるハブ側フローガイド１５の下流側領域５３を形成するように湾曲した曲面を有する板状の部材である。なお、下流側領域５３を周方向に沿って、及び、軸方向に沿ってそれぞれ複数の領域に分割し、これら各領域を形成する曲面をそれぞれ平面で代替させることで下流側領域５３を形成してもよい。すなわち、当該平面を形成するための複数の平板を組み合わせることでディフューザ面形成部材３１を簡易的に構成してもよい。
　幾つかの実施形態に係る接続リブ３２は、例えば、径方向及び軸方向に沿って延在する板状の部材であり、例えば図４に示すように、ロータ２の中心軸Ｏを中心として放射状に、周方向に間隔をあけて複数配置されている。
　幾つかの実施形態に係る接続リブ３２は、径方向外側の第１端面３２ａがディフューザ面形成部材３１の径方向内側の内周面に沿った形状に形成されている。第１端面３２ａは、ディフューザ面形成部材３１に対して例えば溶接等によって接続されている。
　幾つかの実施形態に係る接続リブ３２は、径方向内側の第２端面３２ｂが延設部２２の径方向外側の内周面に沿った形状に形成されている。第２端面３２ｂは、延設部２２に対して例えば溶接等によって接続されている。
　幾つかの実施形態に係る接続リブ３２は、軸方向下流側の第３端面３２ｃが端壁部２１の内壁面に沿った形状に形成されている。第３端面３２ｃは、端壁部２１に対して例えば溶接等によって接続されている。
　図２及び図４並びに図５に示す幾つかの実施形態に係る第２フローガイド３０は、ディフューザ面形成部材３１と外側ケーシング２０の内壁面との間に形成される空間４１を封止する。
　これにより、ディフューザ面形成部材３１と外側ケーシング２０の内壁面との間に形成される空間４１への蒸気の侵入を抑制できるので、タービン排気損失を低減できる。
　図５に示す一実施形態の第２フローガイド３０における筒状壁部３３は、軸方向に沿った下流側の端部が端壁部２１の内壁面に接続されている。
　筒状壁部３３と、外側ケーシング２０の端壁部２１における筒状壁部３３よりも径方向外側であって、外周壁面２０ａとの間に環状の空間が形成される。この環状空間は、ハブ側フロ－ガイド１５のディフューザ面５１の下流側端部Ｐｄよりも径方向外側に位置し、該下流側端部Ｐｄよりも前記軸方向における下流側に凹んだ凹部２５を形成してもよい。
　図２及び図３並びに図５に示す幾つかの実施形態に係るチップ側フローガイド１９は、内側上半部ケーシング１０ａに取り付けられる上半部チップ側フローガイド１９ａと、内側下半部ケーシング１０ｂに取り付けられる下半部チップ側フローガイド１９ｂと、から形成される。チップ側フローガイド１９は、上流側端部１９ｃが内側ケーシング１０に対して、例えば不図示のボルトによって固定されている。
　図２及び図５に示す幾つかの実施形態に係るチップ側フローガイド１９では、下流側端部１９ｄは、外側ケーシング２０の延設部２２の上流側端部２２ａよりも軸方向における上流側に位置する。これにより、例えば、後述する換装工事において、外側ケーシング２０の外側上半部ケーシング２０１を径方向に着脱の際に、チップ側フローガイド１９の下流側端部１９ｄと外側上半部ケーシング２０１の延設部２２の上流側端部２２ａとの干渉を防止できるので、外側ケーシング２０の外側上半部ケーシング２０１の着脱が容易となる。
　幾つかの実施形態に係る排気室１４では、上述したように、第１フローガイド１６と、第２フローガイド３０からなるハブ側フローガイド１５、及び、チップ側フローガイド１９によって、ディフューザ通路１８（蒸気流路）を形成するディフューザ５０が構成されている。
　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、チップ側フローガイド１９とハブ側フローガイド１５によって囲まれるように形成される流路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。
　上述したように、例えば、外側ケーシング２０は標準化（モジュール化）して規格化されたケーシングを適用し、ディフューザを含めた内部構成品は適正な形状及び構造に合わせた個別設計とする蒸気タービンを適用する場合、或いは、性能向上を目的として、外側ケーシングは既設品を流用し、内部構成品は設計条件を満たす適正な形状に合わせた新設計とする既設蒸気タービンの換装工事の場合、同じ型式の蒸気タービン１であっても、蒸気タービン１を使用する顧客の地域や、顧客が要求する仕様等の違いによって、蒸気タービン１の細部の構成が異なる場合がある。そのため、例えば、同じ型式の蒸気タービン１であっても、最終段の動翼（最終翼）８Ａの翼長や、ロータ２の軸方向に沿った最終翼８Ａの位置を変更することがある。タービン排気損失を低減するためには、最終翼８Ａの翼長や、ロータ２の軸方向に沿った最終翼８Ａの位置の変更に応じて、ディフューザ５０の形状を最適化することが望ましい。
　ここで言う換装工事の対象となる既設蒸気タービンとは、幾つかの実施形態で示す、少なくともハブ側フローガイド１５を構成する第１フローガイド１６及び第２フローガイド３０並びにチップ側フローガイド１９からなるディフューザ５０を含む排気室１４を備える蒸気タービン１であって、更なる性能向上等を目的に換装工事を行う蒸気タービンが対象となる。
　上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４によれば、ハブ側フローガイド１５のディフューザ面５１のうちの上流側領域５２は、外側ケーシング２０の延設部２２の上流側端部２２ａに固定される第１フローガイド１６によって形成される。また、ハブ側フローガイド１５のディフューザ面５１のうちの下流側領域５３は、外側ケーシング２０の延設部２２の径方向外側の内周側に配置され、該延設部２２の径方向外側の内周面に固定される第２フローガイド３０によって形成される。そのため、新設計されたハブ側フローガイド１５の最適なディフューザ面５１を形成する第１フローガイド１６を配置し、その軸方向の下流側に第１フローガイド１６の形状及び高さに合わせ、且つ最適なディフューザ面５１を形成するように適正な接続リブ３２を備えた第２フローガイド３０を配置すれば、外側ケーシング２０の外形を変更しなくても、最適なディフューザ通路１８を形成できる。したがって、外側ケーシング２０を共通化又は既設品を流用しながら、個々の蒸気タービン１のそれぞれに適切な形状のディフューザ５０を形成することができる。
　したがって、上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４を備える蒸気タービン１によれば、タービン排気損失を低減できる。
　上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４では、第２フローガイド３０は、ディフューザ面形成部材３１と、接続リブ３２と、を含むので、接続リブ３２によって、延設部２２から径方向外側の離間した位置に適正な形状のディフューザ面形成部材３１を配置できる。また、接続リブ３２によってディフューザ面形成部材３１や延設部２２の変形を抑制することも可能となり、ディフューザ面形成部材３１や延設部２２の剛性を向上できる。
　上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４では、接続リブ３２は、それぞれ径方向に延在する。
　これにより、接続リブ３２におけるディフューザ面形成部材３１との接続部分（第１端面３２ａ）の形状をディフューザ面形成部材３１の形状に沿った形状とすることで、ディフューザ面形成部材３１がディフューザ面５１の形状を維持し易くなる。
　上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４では、第２フローガイド３０は、蒸気タービン１のロータ２の軸線と同方向に延在する分割面３１ａで少なくとも２つに分割可能である。したがって、上述したように、第２フローガイド３０の分割面３１ａと外側ケーシング２０の分割面とが同じ平面内に存在するように第２フローガイド３０の分割面３１ａを形成すれば、外側ケーシング２０の分割面と第２フローガイド３０の分割面３１ａが近接しているので、第２上半部フローガイド３０ａと第２下半部フローガイド３０ｂとの分割面３１ａを切り離せば、第２上半部フローガイド３０ａ及び第２下半部フローガイドのそれぞれのブロックを延設部２２から取り外すことなく、外側ケーシング２０を分割できる。また、後述のように、第２フローガイド３０の取付け及び取外しも容易である。これにより、排気室１４の分解及び組立が容易となる。
　上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４では、第２フローガイド３０は、外側ケーシング２０から取り外し可能に外側ケーシング２０に取り付けられている。
　すなわち、上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４では、例えば、接続リブ３２を延設部２２や端壁部２１との接続部分に近い位置で接続リブ３２を溶断することで、第２フローガイド３０を外側ケーシング２０から取り外すことができる。なお、延設部２２や端壁部２１に残っている接続リブ３２の一部については、例えばグラインダ等を用いることで、延設部２２や端壁部２１から除去できる。なお、第２フローガイド３０の延設部２２への固定手段は、溶接等で固定してもよいし、ボルト等で着脱可能な構造としてもよい。
　これにより、例えば、既設の蒸気タービン１の換装工事において、最終翼８Ａの翼長や、ロータ２の軸方向に沿った最終翼８Ａの位置の変更がなされ、ディフューザ５０の形状を最適化のために変更する必要が生じた場合であっても、既設の第２フローガイド３０を延設部２２から取り外すことが容易であるとともに、新たな第２フローガイド３０を延設部２２に容易に固定できる。
　上述した幾つかの実施形態では、外側ケーシング２０は、周方向で外側上半部ケーシング２０１と外側下半部ケーシング２０２を分割する軸方向に延在する分割面を備え、分割面の周方向の位置は、第２フローガイド３０の分割面３１ａの周方向の位置と一致する。
　これにより、外側ケーシング２０の分割面と第２フローガイド３０の分割面３１ａの位置が接近しているため、第２フローガイド３０の分割面３１ａへのアクセスが容易であり、第２フローガイド３０の取付け及び取り外しが容易となる。
　上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４では、第１フローガイド１６は外側ケーシング２０に着脱可能に支持される。
　例えば、外側ケーシング２０に第１フローガイド１６を支持させたままでクレーン等を用いて蒸気タービン１から外側ケーシング２０を吊り上げ、着脱しようとする際、第１フローガイド１６が蒸気タービン１の他の部位と干渉するおそれがある。その点、上述した幾つかの実施形態に係る排気室１４によれば、外側ケーシング２０に第１フローガイド１６が着脱可能であるので、蒸気タービン１に外側ケーシング２０を着脱する際に第１フローガイド１６が蒸気タービン１の他の部位と干渉することを防止できる。
（凹部２５について）
　ここで、図６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６において、図１～図５に示す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６に示す比較例の排気室２９は、外側ケーシング７０と、ハブ側フローガイドに相当するベアリングコーン６４と、チップ側フローガイド１９と、を備えている。外側ケーシング７０は、天井面を形成する外周壁面７０ａと、径方向に沿って延在する端壁部７１と、から形成される。また、ベアリングコーン６４は、ハブ側フローガイド１５のディフューザ面５１を形成し、ベアリングコーン６４の下流側端部は外側ケーシング７０の端壁部７１の中間位置で、端壁部７１に滑らかに接合されている。外側ケーシング７０は、上述した凹部２５が、ベアリングコーン６４の下流側に配置されていない構成になっている。
　上述した外側ケーシング７０を備える比較例の排気室２９は、蒸気流れＦｓがチップ側フローガイド１９側に偏流した場合にベアリングコーン６４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、チップ側フローガイド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６４側で剥離が生じる理由としては、図６に示すように、チップ側フローガイド１９側に偏流した蒸気流れＦｓの一部が、外周壁面７０ａに突き当たって折り返し、端壁部７１及び端壁部７１の上流側に位置するベアリングコーン６４に沿って上流側に流れ、正常な蒸気流れＦｓとは逆方向に流れる逆流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６４の軸方向の中間位置の近傍において、蒸気流れＦｓにより下流側に押し返される。従って、図６に示すように、蒸気流れＦｓの一部は、ベアリングコーン６４の近傍で循環する逆流Ｆｃを発生する循環領域Ａｃを形成する場合がある。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６４の下流端Ｐｂより上流側領域に及ぶので、ベアリングコーン６４側で蒸気流れＦｓの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り、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、上述した凹部２５をベアリングコーン６４の下流側に形成して、逆流Ｆｃがベアリングコーン６４に流れ込まないように、蒸気流れＦｓを案内させることで、蒸気流れＦｓのベアリングコーン６４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５に示すように、ハブ側フローガイド１５のディフューザ面５１の下流側端部Ｐｄの位置よりも径方向外側であって、下流側端部Ｐｄよりも軸方向下流側に凹んだ凹部２５を備えている。
　上記の構成によれば、上記凹部２５を含む外側ケーシング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、蒸気が径方向外側に偏流して径方向内側に逆流Ｆｃが生じる場合であっても、凹部２５により逆流Ｆｃが凹部２５内に案内される。従って、逆流Ｆｃを含む循環領域Ａｃが発生しても、第２フローガイド３０の下流側端部Ｐｄより上流側に循環領域Ａｃが及ばないようにすることができる。凹部２５を設けることにより、蒸気流れＦｓのディフューザ通路１８の径方向内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。
（蒸気タービンの換装方法について）
　幾つかの実施形態に係る排気室１４では、上述したように、第２フローガイド３０は、外側ケーシング２０から取り外し可能に外側ケーシング２０に取り付けられている。
　したがって、既設の蒸気タービン１の換装工事において、最終翼８Ａの翼長や、ロータ２の軸方向に沿った最終翼８Ａの位置を変更することによって、ディフューザ５０の形状が変化しても、既設の外側ケーシング２０を利用しつつ、適切な形状を有するディフューザ５０に置換できる。以下、一実施形態に係る蒸気タービンの換装方法について、説明する。
　図７は、一実施形態に係る蒸気タービンの換装方法における処理手順を示すフローチャートである。一実施形態に係る蒸気タービンの換装方法は、既設の蒸気タービン１の一部を換装する蒸気タービン１の換装方法において、外側上半部ケーシング取り外し工程Ｓ１０と、フローガイド取り外し工程Ｓ２０と、内側ケーシング取り外し工程Ｓ３０と、チップ側フローガイド取り付け工程Ｓ４０と、内側下半部ケーシング取り付け工程Ｓ５０と、第１フローガイド及び第２下半部フローガイド取り付け工程Ｓ６０と、内側上半部ケーシング取り付け工程Ｓ７０と、第２上半部フローガイド取り付け工程Ｓ８０と、外側上半部ケーシング取り付け工程Ｓ９０と、を備える。
　外側上半部ケーシング取り外し工程Ｓ１０は、既設の蒸気タービン１から外側上半部ケーシング２０１を取り外す工程である。具体的には、外側上半部ケーシング取り外し工程Ｓ１０では、既設の第１フローガイド１６と延設部２２の上流側端部２２ａとの結合を解除した上で、既設の外側ケーシング２０の外側上半部ケーシング２０１を外側下半部ケーシング２０２から分離する工程である。外側下半部ケーシング２０２は、新設の翼を含むロータや内側ケーシング等の内部構成品を受け入れ可能になるまでの間、既設場所に存置される。
　フローガイド取り外し工程Ｓ２０は、ディフューザを形成する既設の各フローガイド（ハブ側フローガイド１５（第１フローガイド１６，第２フローガイド３０）、チップ側フローガイド１９）を取り外す工程である。具体的には、フローガイド取り外し工程Ｓ２０では、既設のチップ側フローガイド１９を内側ケーシング１０から取り外す。また、既設のハブ側フローガイド１５は、第１フローガイド１６が支持された外側ケーシング２０（外側上半部ケーシング２０１、外側下半部ケーシング２０２）の延設部２２の上流側端部２２ａから、第１フローガイド１６の固定用板部１６２を取り外すことにより、既設の第１フローガイド１６（第１上半部フローガイド１６ａ、第１下半部フローガイド１６ｂ）を蒸気タービン１から取り外す。さらに、既設の第２フローガイド３０（第２上半部フローガイド３０ａ、第２下半部フローガイド３０ｂ）は、例えば、上述したように、接続リブ３２を溶断し、端壁部２１又は延設部２２から接続リブ３２を着けた第２フローガイド３０を分離することで、既設の第２フローガイド３０を外側ケーシング２０（外側上半部ケーシング２０１、外側下半部ケーシング２０２）から取り外す。
　内側ケーシング取り外し工程Ｓ３０は、既設の翼を備えたロータ２等を収納した内側ケーシング１０（内側上半部ケーシング１０ａ、内側下半部ケーシング１０ｂ）が、既設の外側下半部ケーシング２０２から取り外される工程である。
　チップ側フローガイド取り付け工程Ｓ４０は、別途に製作された新設の内側ケーシング１０に新設のチップ側フローガイド１９が取り付けられる工程である。すなわち、チップ側フローガイド取り付け工程Ｓ４０では、別途に製作された新設のロータ２に対して、設計条件に沿った適正な形状や翼長に合わせて最終翼８Ａ等の翼長や位置の変更又は調整がなされた新設の最終翼等が取り付けられ、最終翼を備えた新設のロータ２が準備される。
　内側下半部ケーシング取り付け工程Ｓ５０は、内側ケーシング１０の内、内側下半部ケーシング１０ｂのみを既設の外側下半部ケーシング２０２に取り付ける工程である。また、内側下半部ケーシング取り付け工程Ｓ５０では、チップ側フローガイド取り付け工程Ｓ４０で製作された新設のロータ２が取り付けられる。
　第１フローガイド及び第２下半部フローガイド取り付け工程Ｓ６０では、既設の外側下半部ケーシング２０２の延設部２２に対して、第１下半部フローガイド１６ｂがボルト等の締結手段で取り付けられる。また、第１上半部フローガイド１６ａは、既設の外側下半部ケーシング２０２の水平分割面の位置で、既設の外側下半部ケーシング２０２の延設部２２に対して、同様の手段で仮止めされる。また、第１フローガイド及び第２下半部フローガイド取り付け工程Ｓ６０では、外側下半部ケーシング２０２に対して、第２フローガイド３０の内の第２下半部フローガイド３０ｂが溶接又はボルト等の締結手段によって取り付けられる。
　内側上半部ケーシング取り付け工程Ｓ７０は、既設の外側下半部ケーシング２０２に載置され、取り付けられた内側下半部ケーシング１０ｂの上部に、新設の内側上半部ケーシング１０ａを取付ける工程である。なお、内側上半部ケーシング１０ａは、チップ側フローガイド取り付け工程Ｓ４０で取り付けられた上半部チップ側フローガイド１９ａを備えた状態で取り付けられる。
　第２上半部フローガイド取り付け工程Ｓ８０は、外側上半部ケーシング取り外し工程Ｓ１０において、既設の外側下半部ケーシング２０２から取り外された既設の別置きされた外側上半部ケーシング２０１に対して、第２上半部フローガイド３０ａを溶接又はボルト等の締結手段で取り付ける工程である。
　外側上半部ケーシング取り付け工程Ｓ９０では、既設の外側下半部ケーシング２０２に対して、第２上半部フローガイド取り付け工程Ｓ８０において第２上半部フローガイド３０ａを取付けた外側上半部ケーシング２０１を取付ける。さらに、第１フローガイド及び第２下半部フローガイド取り付け工程Ｓ６０で、既設の外側下半部ケーシング２０２の延設部２２に仮止めされた第１上半部フローガイド１６ａを、外側上半部ケーシング２０１の延設部２２に溶接又はボルト等の締結手段によって取り付けられ、換装工事は終了する。
　このように、一実施形態に係る蒸気タービンの換装方法によれば、既設の蒸気タービン１において、最終翼８Ａの翼長や、ロータ２の軸方向に沿った最終翼８Ａの位置を変更することによって、ディフューザ５０の形状が変化しても、既設の外側ケーシング２０を利用しつつ、適切な形状を有するディフューザ５０に置換できる。これにより、既設の蒸気タービン１の設備費の低減が図られると共に、蒸気タービン１の性能向上が実現できる。
　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。
　例えば、上述した幾つかの実施形態の排気室１４は、蒸気を下方に排気するダウンフロー排気型の排気室であるが、本発明は、蒸気を側方に排気するサイド排気型の排気室に適用することができる。
　上述した幾つかの実施形態では、第２フローガイド３０は、接続リブ３２を延設部２２や端壁部２１に対して溶接によって接続するようにしている。しかし、例えば、接続リブ３２をボルトとナットとによって結合するための座部を予め延設部２２や端壁部２１に設けておき、この座部に接続リブ３２をボルトとナットとによって結合するようにしてもよい。
１　蒸気タービン
２　ロータ
６　軸受
８　動翼
９　静翼
１０　内側ケーシング
１０ａ　内側上半部ケーシング
１０ｂ　内側下半部ケーシング
１４　排気室
１５　ハブ側フローガイド
１６　第１フローガイド
１６ａ　第１上半部フローガイド
１６ｂ　第１下半部フローガイド
１８　ディフューザ通路
１９　チップ側フローガイド
１９ａ　上半部チップ側フローガイド
１９ｂ　下半部チップ側フローガイド
２０　外側ケーシング
２１　端壁部
２２　延設部
２２ａ　上流側端部
２５　凹部
３０　第２フローガイド
３０ａ　第２上半部フローガイド
３０ｂ　第２下半部フローガイド
３１　ディフューザ面形成部材
３２　接続リブ
４１　空間
５０　ディフューザ
５１　ハブ側のディフューザ面
５２　上流側領域
５３　下流側領域
５５　チップ側のディフューザ面
５６　ディフューザ面形成部材
２０１　外側上半部ケーシング
２０２　外側下半部ケーシング

Claims (13)

  1. 　軸方向における端壁部、及び、前記端壁部から前記軸方向における上流側に向かって延設された延設部を含む外側ケーシングと、
    　ハブ側フローガイドのディフューザ面のうちの上流側領域を形成するとともに、前記ディフューザ面よりも径方向内側において前記延設部の上流側端部に固定される環状に形成された第１フローガイドと、
    　前記第１フローガイドの下流側かつ前記延設部の径方向外側に位置して前記ディフューザ面のうちの下流側領域を形成するとともに、前記延設部に固定される環状に形成された第２フローガイドと、
    を備える蒸気タービンの排気室。
  2. 　前記第２フローガイドは、前記ディフューザ面のうち前記下流側領域を形成するディフューザ面形成部材と、周方向に沿って複数設けられ、前記ディフューザ面形成部材と前記延設部とを接続する接続リブと、
    を含む請求項１に記載の蒸気タービンの排気室。
  3. 　前記接続リブは、それぞれ径方向に延在する
    請求項２に記載の蒸気タービンの排気室。
  4. 　前記第２フローガイドは、前記ディフューザ面形成部材と前記外側ケーシングの内面との間に形成される空間を閉鎖する
    請求項２又は３の何れかに記載の蒸気タービンの排気室。
  5. 　前記第２フローガイドは、前記蒸気タービンのロータの軸線方向に形成され、周方向に延在する少なくとも２以上の分割面を有する
    請求項１乃至４の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
  6. 　前記第２フローガイドは、前記外側ケーシングから取り外し可能に前記外側ケーシングに取り付けられている
    請求項１乃至５の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
  7. 　前記外側ケーシングは、周方向で外側上半部ケーシングと外側下半部ケーシングを分割する軸方向に延在する分割面を備え、前記分割面の周方向の位置は、前記第２フローガイドの前記分割面の位置と一致する
    請求項５又は６の何れかに記載の蒸気タービンの排気室。
  8. 　前記第１フローガイドの前記径方向外側でチップ側のディフューザ面を形成するチップ側フローガイドをさらに備える
    請求項１乃至７の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
  9. 　前記チップ側フローガイドの下流側端部は、前記延設部の前記上流側端部よりも前記軸方向における上流側に位置する
    請求項８に記載の蒸気タービンの排気室。
  10. 　前記第１フローガイドは前記外側ケーシングに着脱可能に支持される
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
  11. 　前記ハブ側フローガイドの下流側端部よりも前記径方向外側に位置し、該下流側端部よりも前記軸方向における下流側に凹んだ凹部が形成されている
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載の蒸気タービンの排気室。
  12. 　請求項１乃至１１の何れか一項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、
    を備える蒸気タービン。
  13. 　既設の蒸気タービンの一部を換装する蒸気タービンの換装方法において、
    　前記蒸気タービンから外側上半部ケーシングを取り外す工程と、
    　外側ケーシングからディフューザ面を形成するフローガイドを取り外す工程と、
    　外側下半部ケーシングから既設の内側ケーシングを取り外す工程と、
    　最終翼を備えたロータを準備し、チップ側フローガイドを新設の前記内側ケーシングに取り付ける工程と、
    　内側下半部ケーシングを前記外側下半部ケーシングに取り付け、前記ロータを前記内側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
    　第１フローガイド及び第２下半部フローガイドを前記外側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
    　内側上半部ケーシングを前記内側下半部ケーシングが載置された前記外側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
    　第２上半部フローガイドを前記外側上半部ケーシングに取り付ける工程と、
    　前記外側上半部ケーシングを前記外側下半部ケーシングに取り付ける工程と、
    を備える蒸気タービンの換装方法。
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