WO2020137308A1 - 蒸気タービン、及びその排気室 - Google Patents

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WO2020137308A1
WO2020137308A1 PCT/JP2019/046090 JP2019046090W WO2020137308A1 WO 2020137308 A1 WO2020137308 A1 WO 2020137308A1 JP 2019046090 W JP2019046090 W JP 2019046090W WO 2020137308 A1 WO2020137308 A1 WO 2020137308A1
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exhaust
axis
frame
space
auxiliary
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祥弘 桑村
椙下　秀昭
松本　和幸
豊治 西川
成夫 大倉
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Mitsubishi Power Ltd
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Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine and its exhaust chamber.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-247168 filed in Japan on December 28, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the steam turbine is equipped with an exhaust chamber that guides the steam that has flowed out of the final rotor blade row of the turbine rotor to the outside.
  • the exhaust chamber has a diffuser and an exhaust casing.
  • the diffuser has an annular shape with respect to the axis of the turbine rotor, and forms a diffuser space that gradually extends radially outward toward the downstream side of the axis.
  • the diffuser has an outer diffuser (or steam guide, flow guide) that defines a radially outer edge of the diffuser space, and an inner diffuser (or a bearing cone) that defines a radially inner edge of the diffuser space.
  • the exhaust casing communicates with the diffuser space and spreads in the circumferential direction with respect to the axis to form an exhaust space through which steam from the diffuser space flows.
  • the exhaust casing has an exhaust port for exhausting the vapor flowing in the exhaust space to the outside.
  • an exhaust casing in an exhaust chamber described in Patent Document 1 below includes a casing downstream end plate that defines an edge of an exhaust space on a downstream side of an axis, and a casing outer peripheral plate that defines a radially outer edge of the exhaust space.
  • the casing downstream end plate is perpendicular to the axis and extends radially outward from the edge of the inner diffuser on the axis downstream side.
  • This steam turbine is a lower exhaust type steam turbine. Therefore, an exhaust port is formed in the lower portion of the casing outer peripheral plate.
  • the casing outer peripheral plate is connected to the radially outer edge of the casing downstream end plate and extends in the circumferential direction about the axis.
  • the exhaust chamber of this steam turbine further has a bypass wall plate for forming an annular bypass passage around the axis on the outer side in the radial direction of the inner diffuser.
  • the bypass wall plate extends radially outward and widens in the circumferential direction toward the downstream side of the axis.
  • An edge of the bypass wall plate on the downstream side of the axis line is connected to a position on the casing downstream end plate, which is radially outside of the position to which the inner diffuser is connected.
  • the bypass wall plate has an opening that communicates the diffuser space and the bypass passage on the lower side where the exhaust port is formed with the axis as a reference and on the upper side opposite thereto.
  • the upper opening opens from the bypass passage toward the upstream side of the axis.
  • the steam in the diffuser space flows into the bypass passage through the upper opening.
  • the steam flowing into the bypass passage returns to the diffuser space through the lower opening.
  • thermal power plants are required to operate flexibly to absorb load fluctuations.
  • operation other than rated operation may be performed.
  • separation or backflow occurs in the exhaust chamber, pressure loss increases in the exhaust chamber, and the amount of pressure recovery decreases.
  • an object of the present invention is to provide an exhaust chamber capable of reducing the pressure loss of steam and increasing the amount of pressure recovery, and a steam turbine including this exhaust chamber.
  • An exhaust chamber for achieving the above object, In the exhaust chamber of the steam turbine that guides the steam that has flowed out from the final stage rotor blade row of the steam turbine rotor that rotates about the axis to the outside, the steam that has flowed out from the final stage rotor blade row flows in and is annular with respect to the axis line. And a diffuser that forms a diffuser space that gradually expands outward in the radial direction with respect to the axis as it goes to the downstream side of the axis, and an exhaust port that opens toward the outside in the radial direction, and communicates with the diffuser space.
  • An exhaust casing that spreads in the circumferential direction with respect to the axis and forms an exhaust space that guides the steam that has flowed in from the diffuser space to the exhaust port, and a part of the diffuser that is radially inward of the axis with respect to the axis.
  • an auxiliary exhaust frame that forms an exhaust auxiliary space that is annular around the axis.
  • the diffuser is an outer diffuser having a ring-shaped cross section perpendicular to the axis and gradually expanding toward the radial outside toward the downstream side of the axis and defining the radially outer edge of the diffuser space.
  • an inner diffuser that has a ring-shaped cross section perpendicular to the axis and gradually expands outward in the radial direction toward the downstream side of the axis, and defines an edge of the diffuser space radially inward with respect to the axis.
  • the exhaust casing has the exhaust port only on the exhaust side of the non-exhaust side and the exhaust side that are opposite to each other with respect to the axis in the orthogonal direction orthogonal to the axis.
  • the auxiliary exhaust frame opens from the inside of the exhaust auxiliary space toward the radial outer side at least at the portions of the non-exhaust side and the exhaust side with respect to the axis, and the exhaust space and the exhaust auxiliary are provided. It has an opening that communicates with the space.
  • a circulation region in which steam circulates may be formed in the exhaust main flow path formed by the diffuser space and the exhaust space and in the region on the non-exhaust side with respect to the axis.
  • the possibility of forming a circulation region increases.
  • the circulation region is formed in the exhaust main flow path in this way, the pressure loss of the steam increases and the pressure recovery amount of the steam in the exhaust main flow path decreases.
  • the aforementioned circulation region is formed in a region along the casing downstream end plate that defines the edge of the exhaust space on the downstream side of the axial line, among the components of the exhaust casing.
  • a part of the steam flows radially inward along the casing downstream end plate.
  • this steam enters the exhaust auxiliary space through the opening in the exhausted side portion of the auxiliary exhaust frame.
  • the steam flows through the opening on the exhaust side portion of the auxiliary exhaust frame, flows into the exhaust side region in the exhaust main flow path with respect to the axis, and is exhausted from the exhaust port.
  • the opening of the auxiliary exhaust frame opens from the inside of the auxiliary exhaust space toward the outside in the radial direction.
  • the steam flowing radially inward along the casing downstream end plate within the region on the non-exhaust side in the main exhaust flow channel with respect to the axis is used for the non-exhaust side of the auxiliary exhaust frame. It is easy to enter the exhaust auxiliary space through the opening in the portion.
  • the circulation region is reduced, and the circulation region can be limited to the region on the radially outer side in the exhaust main flow path. Therefore, in this aspect, the pressure loss of steam is reduced, and the amount of pressure recovery of steam in the exhaust main flow path can be improved.
  • the auxiliary exhaust frame has a frame downstream end plate that defines an edge on the downstream side of the axis in the exhaust auxiliary space, and the exhaust casing is the exhaust gas in the exhaust space.
  • the frame downstream end plate extends in a direction including a radial component with respect to the axis and in the circumferential direction, and forms an annular shape around the axis.
  • the casing downstream end plate has an annular inner edge in the radial direction that extends in a direction including a component in a radial direction with respect to the axis and in the circumferential direction, and that is centered on the axis.
  • the radially outer edge of the frame downstream end plate defines the axial downstream edge of the opening.
  • the radially inner edge of the casing downstream end plate and the radially outer edge of the frame downstream end plate are connected.
  • the frame downstream-side end plate and the casing downstream-side end plate may be smoothly continuous at the connected portion.
  • the resistance in the process of causing the steam flowing radially inward along the casing downstream end plate to flow into the exhaust auxiliary space through the opening in the non-exhaust side portion of the auxiliary exhaust frame is minimized. be able to.
  • the exhaust chamber of any one of the above aspects which has the frame downstream end plate, communicates with at least the portion on the non-exhaust side in the exhaust space, outside the first auxiliary exhaust frame that is the auxiliary exhaust frame.
  • a second auxiliary exhaust frame that forms a second exhaust auxiliary space different from the first exhaust auxiliary space that is the exhaust auxiliary space may be provided.
  • the exhaust casing has a casing outer peripheral plate that defines the radially outer edge of the exhaust space.
  • the second auxiliary exhaust frame extends in the circumferential direction at a position on the non-exhaust side with respect to the axis line and on the inner side in the radial direction with respect to the casing outer peripheral plate, and the axis line extends from the casing downstream side end plate.
  • the second frame inner peripheral plate extends in a direction including the extending axial direction.
  • the second frame inner peripheral plate defines the radially inner edge of the second exhaust auxiliary space.
  • An edge of the second frame inner peripheral plate on the upstream side of the axis opposite to the downstream side of the axis defines the edge on the radially inner side of the second opening that communicates the exhaust space with the second auxiliary exhaust space.
  • the second frame inner peripheral plate may gradually widen toward the outer side in the radial direction toward the upstream side of the axis.
  • the second frame inner peripheral plate extends from the radially outer end of the casing downstream end plate toward the axial line downstream side.
  • the second auxiliary exhaust space may be formed on the downstream side of the axial line with respect to the casing downstream end plate.
  • the second frame inner peripheral plate is radially inner than the radially outer end in the casing downstream end plate.
  • the second exhaust auxiliary space may be formed on the upstream side of the axis with respect to the downstream end plate of the casing.
  • an edge of the inner diffuser on the downstream side of the axial line in the circumferential region where the opening exists in the circumferential direction is opposite to the downstream side of the axial line of the opening.
  • the edge on the upstream side of the axis may be defined.
  • the auxiliary exhaust frame defines the edge on the upstream side of the axis in the exhaust auxiliary space. It may have a frame upstream end plate.
  • the frame upstream end plate has an annular shape centered on the axis. The radially outer edge of the frame upstream end plate is connected to a portion of the inner diffuser that is the axial downstream edge and that defines the opening upstream edge of the opening.
  • an inner surface of the frame upstream side end plate facing the exhaust auxiliary space is a surface gradually facing the axial line upstream side toward the radially inner side. It may be.
  • the volume of the exhaust auxiliary space is larger than the case where the position of the radially outer edge of the frame upstream end plate in the axial direction is the same as the position of the radially inner edge of the frame upstream end plate in the axial direction. Can be increased. Therefore, in this aspect, even if the flow rate of steam flowing radially inward along the casing downstream end plate increases in the exhaust space and in the region on the non-exhaust side with respect to the axis, It can be introduced into the exhaust auxiliary space.
  • the component of the flow direction of the steam flowing in the exhaust main flow passage on the exhaust side based on the axis includes the direction component toward the downstream side of the axis.
  • the inner surface of the frame upstream end plate facing the exhaust auxiliary space of the present embodiment gradually faces the axial upstream side as it goes radially inward.
  • the inner surface of the frame upstream end plate of the present embodiment, which faces the auxiliary exhaust space gradually faces the downstream side of the axis as it goes radially outward. Therefore, in this aspect, the flow direction component of the steam that flows from the inside of the exhaust auxiliary space through the opening on the exhaust side into the main exhaust flow passage on the exhaust side with respect to the axis includes the direction component toward the downstream side of the axis.
  • the angle formed by the flow direction of the steam flowing in the passage can be reduced. Therefore, in this aspect, the turbulence of the flow of the steam flowing in the exhaust main flow passage on the exhaust side with respect to the axis is reduced, and the pressure loss of the steam can be reduced.
  • the auxiliary exhaust frame defines the edge on the upstream side of the axis in the exhaust auxiliary space. It may have a frame upstream end plate.
  • the frame upstream end plate has an annular shape centered on the axis.
  • the radially outer edge of the frame upstream end plate is connected to the inner diffuser at a position on the axis upstream side with respect to the axis upstream edge of the opening.
  • the edge on the radially outer side of the frame upstream end plate is connected to a portion that is the edge on the axial downstream side of the inner diffuser and defines the edge on the axial upstream side of the opening,
  • the volume of the exhaust auxiliary space can be increased. Therefore, in this aspect, even if the flow rate of steam flowing radially inward along the casing downstream end plate increases in the exhaust space and in the region on the non-exhaust side with respect to the axis, It can be introduced into the exhaust auxiliary space.
  • the component of the flow direction of the steam flowing in the exhaust main flow passage on the exhaust side based on the axis includes the direction component toward the downstream side of the axis.
  • the outer edge of the frame upstream side end plate in the radial direction is connected to the inner diffuser at a position on the axial line upstream side of the axial line upstream side edge of the opening. Therefore, in this aspect, a part of the steam in the exhaust auxiliary space flows along the inner peripheral surface of the inner diffuser.
  • the inner peripheral surface of the inner diffuser gradually expands to the downstream side of the axis as it goes radially outward. Therefore, a part of the steam in the exhaust auxiliary space flows toward the downstream side in the axial direction as it goes outward in the radial direction.
  • the flow direction component of the steam that flows from the inside of the exhaust auxiliary space through the opening on the exhaust side into the main exhaust flow passage on the exhaust side with respect to the axis includes the direction component toward the downstream side of the axis. be able to. Therefore, in this aspect, the flow direction of the steam flowing from the inside of the auxiliary exhaust space through the opening on the exhaust side into the exhaust main flow passage on the exhaust side with respect to the axis, and the exhaust main flow on the exhaust side with reference to the axis.
  • the angle formed by the flow direction of the steam flowing in the passage can be reduced. Therefore, in this aspect, the turbulence of the flow of the steam flowing in the exhaust main flow passage on the exhaust side with respect to the axis is reduced, and the pressure loss of the steam can be reduced.
  • the opening may be annular with respect to the axis.
  • a steam turbine according to one aspect of the invention for achieving the above object,
  • the exhaust chamber of any one of the above aspects, the steam turbine rotor, a case casing that covers the outer peripheral side of the steam turbine rotor, and an inner peripheral side of the case casing, the radially outer end is the A stationary vane row attached to the body casing.
  • the outer diffuser is connected to the case casing.
  • the pressure loss of steam can be reduced and the amount of pressure recovery can be increased.
  • the steam turbine of the first embodiment is a bifurcated exhaust type steam turbine. Therefore, this steam turbine includes a first steam turbine section 10a and a second steam turbine section 10b, as shown in FIG.
  • Each of the first steam turbine unit 10a and the second steam turbine unit 10b has a turbine rotor 11 that rotates about an axis Ar, a casing 20 that covers the turbine rotor 11, and a plurality of vanes fixed to the casing 20.
  • the row 17 and the steam inflow pipe 19 are provided.
  • the circumferential direction centering on the axis Ar will be simply referred to as the circumferential direction Dc
  • the radial direction with respect to the axis Ar will be referred to as the radial direction Dr.
  • a side closer to the axis Ar in the radial direction Dr is a radial inner side Dri, and an opposite side is a radial outer side Dro.
  • the first steam turbine unit 10a and the second steam turbine unit 10b share the steam inflow pipe 19.
  • the components excluding the steam inflow pipe 19 are arranged on one side in the axial direction Da with respect to the steam inflow pipe 19.
  • the components excluding the steam inflow pipe 19 are arranged on the other side in the axial direction Da with respect to the steam inflow pipe 19.
  • the side of the steam inflow pipe 19 in the axial direction Da described above is the axis upstream side Dau
  • the opposite side is the axis downstream side Dad.
  • the configuration of the first steam turbine unit 10a and the configuration of the second steam turbine unit 10b are basically the same. Therefore, the first steam turbine unit 10a will be mainly described below.
  • the turbine rotor 11 has a rotor shaft 12 extending in the axial direction Da around the axis Ar, and a plurality of moving blade rows 13 attached to the rotor shaft 12.
  • the turbine rotor 11 is supported by a bearing 18 so as to be rotatable about an axis Ar.
  • the plurality of moving blade rows 13 are arranged in the axial direction Da.
  • Each moving blade row 13 is composed of a plurality of moving blades arranged in the circumferential direction Dc.
  • the turbine rotor 11 of the first steam turbine unit 10a and the turbine rotor 11 of the second steam turbine unit 10b are located on the same axis Ar and are connected to each other, and integrally rotate about the axis Ar.
  • the casing 20 has a body casing 21 and an exhaust chamber 25.
  • the body casing 21 forms a substantially conical space around the axis Ar and covers the outer periphery of the turbine rotor 11.
  • the plurality of rotor blade rows 13 of the turbine rotor 11 are arranged in this conical space.
  • the plurality of stationary blade rows 17 are arranged in the conical space and are arranged in the axial direction Da. Each of the plurality of stationary blade rows 17 is arranged on the axial upstream side Dau of any one of the plurality of moving blade rows 13.
  • the plurality of stationary blade rows 17 are fixed to the body casing 21.
  • the exhaust chamber 25 has a diffuser 26, an exhaust casing 30, and an auxiliary exhaust frame 40.
  • the diffuser 26 forms an annular shape with respect to the axis Ar, and forms a diffuser space 26s that gradually extends radially outward Dro as it goes toward the axis downstream Dad.
  • the steam flowing out from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor 11 flows into the diffuser space 26s.
  • the final stage rotor blade row 13a is the rotor blade row 13 that is arranged most downstream of the axis line Dad among the plurality of rotor blade rows 13.
  • the diffuser 26 includes an outer diffuser (or a steam guide or a flow guide) 27 that defines an edge of the diffuser space 26s radially outward Dro, and an inner diffuser (or a bearing cone) that defines an edge of a radial inner Dri of the diffuser space 26s. ) 29 and.
  • the outer diffuser 27 has an annular cross section perpendicular to the axis Ar, and gradually widens toward the radially outer side Dro as it goes toward the axis downstream side Dad.
  • the inner diffuser 29 also has an annular cross section perpendicular to the axis Ar, and gradually widens toward the radially outer side Dro as it goes toward the axis downstream side Dad.
  • the outer diffuser 27 is connected to the case casing 21.
  • the exhaust casing 30 has an exhaust port 31.
  • the exhaust port 31 is located radially outward Dro from the inside and opens vertically downward.
  • a condenser Co that returns steam to water is connected to the exhaust port 31. Therefore, the steam turbine of the present embodiment is a downward exhaust type steam condensing steam turbine.
  • a non-exhaust side Dpu and an exhaust side Dpe that are opposite to each other with respect to the axis Ar in the orthogonal direction orthogonal to the axis Ar are defined.
  • the steam turbine of the present embodiment is a downward exhaust type steam condensing steam turbine, so the exhaust side Dpe is the vertically lower side and the non-exhaust side Dpu is the vertically upper side.
  • the exhaust casing 30 forms an exhaust space 30s communicating with the diffuser 26.
  • the exhaust space 30s spreads the outer periphery of the diffuser 26 in the circumferential direction Dc with respect to the axis Ar, and guides the vapor flowing from the diffuser space 26s to the exhaust port 31.
  • the exhaust casing 30 includes a casing downstream end plate 32, a casing upstream end plate 34, and a casing outer peripheral plate 36.
  • the casing downstream end plate 32 defines the edge of the exhaust space 30s on the axial downstream side Dad.
  • the casing downstream end plate 32 extends in the direction including the radial component and the circumferential direction Dc, and is substantially perpendicular to the axis Ar.
  • the portion of the casing downstream end plate 32 above the axis Ar has a substantially semicircular shape.
  • the portion of the casing downstream end plate 32 below the axis Ar has a substantially rectangular shape.
  • a circular opening centering on the axis Ar is formed in the casing downstream end plate 32.
  • the edge of the circular opening forms the edge of the casing downstream side end plate 32 on the radially inner side Dri.
  • the lower edge of the casing downstream end plate 32 forms a part of the edge of the exhaust port 31.
  • the casing outer peripheral plate 36 defines the edge of the exhaust space 30s radially outside Dro.
  • the casing outer peripheral plate 36 is connected to the edge of the casing downstream end plate 32 on the radially outer side Dro, extends in the axial direction Da, and extends in the circumferential direction Dc about the axis Ar.
  • the casing outer peripheral plate 36 is a semi-cylindrical shape having an upper half cylinder.
  • An edge of the casing outer peripheral plate 36 on the downstream side Dad of the axis is connected to the casing downstream end plate 32.
  • the lower edge of the casing outer peripheral plate 36 forms a part of the edge of the exhaust port 31.
  • the casing upstream end plate 34 defines the edge of the exhaust space 30s on the upstream side of the axis Dau.
  • the casing upstream end plate 34 is arranged on the axial line upstream side Dau with respect to the diffuser 26.
  • the casing upstream end plate 34 extends from the outer peripheral surface 21o of the body casing 21 to the radially outer side Dro.
  • the casing upstream end plate 34 is substantially perpendicular to the axis Ar. Therefore, the casing upstream end plate 34 faces the casing downstream end plate 32 with a space in the axial direction Da.
  • the lower edge of the casing upstream end plate 34 forms a part of the edge of the exhaust port 31.
  • the portion excluding the portion forming the edge of the exhaust port 31 is connected to the casing outer peripheral plate 36.
  • the exhaust casing 30 of the first steam turbine unit 10a and the exhaust casing 30 of the second steam turbine unit 10b are connected to each other and integrated.
  • the auxiliary exhaust frame 40 includes a part of the region Dri radially inward of the diffuser 26 and forms an exhaust auxiliary space 40s that is annular around the axis Ar.
  • the auxiliary exhaust frame 40 has an opening 41 that opens from inside the exhaust auxiliary space 40s toward the outside Dro in the radial direction and connects the exhaust space 30s and the exhaust auxiliary space 40s.
  • the opening 41 is annular with the axis Ar as the center.
  • the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the axis is defined by the edge of the inner diffuser 29 on the downstream side of the axis Dad.
  • a portion extending vertically upward from the exhaust auxiliary space 40s will be referred to as a non-exhaust side opening 41u, and a portion extending vertically downward from the exhaust auxiliary space 40s to the exhaust side opening. Part 41e.
  • the auxiliary exhaust frame 40 has a frame downstream end plate 42, a frame upstream end plate 43, and a frame inner peripheral plate 44.
  • the frame downstream end plate 42 defines the edge of the axial auxiliary side Dad in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame downstream side end plate 42 is an annular plate that extends in the direction including the radial component Dr and in the circumferential direction Dc.
  • the edge of the frame downstream side end plate 42 on the radially outer side Dro is connected to the edge of the casing downstream side end plate 32 on the radially inner side Dri.
  • the frame downstream end plate 42 and the casing downstream end plate 32 are connected to the inner surface of the frame downstream end plate 42 facing the exhaust auxiliary space 40s and the inner surface of the casing downstream end plate 32 facing the exhaust space 30s.
  • the part that is marked is smoothly continuous.
  • the inner surface of the frame downstream end plate 42 facing the exhaust auxiliary space 40s and the inner surface of the casing downstream end plate 32 facing the exhaust space 30s both extend in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc. Surfaces, which are flush with each other. Therefore, the inner surface of the frame downstream side end plate 42 facing the exhaust auxiliary space 40s and the inner surface of the casing downstream side end plate 32 facing the exhaust space 30s are one virtual plane spreading in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc. Located on top.
  • the edge of the opening 41 on the downstream side of the axis Dad is determined by the edge of the frame downstream side end plate 42 on the radially outer side Dro.
  • the frame upstream end plate 43 defines the edge of the exhaust line auxiliary space 40s on the upstream side Dau of the axis.
  • the frame upstream end plate 43 is an annular plate that extends in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc.
  • the edge of the frame upstream end plate 43 on the radially outer side Dro is connected to the edge of the inner diffuser 29 on the axial downstream side Dad, that is, a portion of the inner diffuser 29 that defines the edge on the axial upstream side Dau of the opening 41. ing.
  • the frame inner peripheral plate 44 defines the edge of the radially inner Dri in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame inner peripheral plate 44 connects the edge of the frame upstream side end plate 43 on the radially inner side Dri and the edge of the frame downstream side end plate 42 on the radially inner side Dri.
  • the frame inner peripheral plate 44 includes an upstream inner peripheral plate 45 and a downstream inner peripheral plate 46.
  • the upstream side inner peripheral plate 45 has a ring shape around the axis Ar and extends in the axial direction Da.
  • the edge of the upstream side inner peripheral plate 45 on the upstream side of the axis Dau is connected to the edge of the frame upstream side end plate 43 on the radially inner side Dri.
  • the downstream side inner peripheral plate 46 has an annular shape with the axis Ar as the center, and gradually extends toward the radially outer side Dro as it goes toward the axis downstream side Dad.
  • the edge of the downstream inner peripheral plate 46 on the upstream side of the axis Dau is connected to the edge of the upstream inner peripheral plate 45 on the downstream side of the axis Dad.
  • An edge of the downstream side inner peripheral plate 46 on the axial downstream side Dad is connected to an edge of the frame downstream side end plate 42 on the radially inner side Dri.
  • the exhaust chamber 25x of the comparative example has a diffuser 26x and an exhaust casing 30x, like the exhaust chamber 25 of the present embodiment. However, the exhaust chamber 25x of the comparative example does not have the auxiliary exhaust frame 40 of the exhaust chamber 25 of the present embodiment.
  • the diffuser 26x of the comparative example has an outer diffuser 27 and an inner diffuser 29x, like the diffuser 26 of the present embodiment. However, because the exhaust chamber 25x of the comparative example does not have the auxiliary exhaust frame 40, the openings 41u and 41e in the present embodiment are not formed in the inner diffuser 29x of the comparative example.
  • the exhaust casing 30x of the comparative example has a casing downstream end plate 32x, a casing upstream end plate 34, and a casing outer peripheral plate 36, similarly to the exhaust casing 30 of the present embodiment.
  • the edge of the inner diffuser 29x of the comparative example on the downstream side Dad of the axis is connected to the casing downstream end plate 32x.
  • the steam that has flowed out from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor to the axial downstream side Dad flows into the diffuser space 26s.
  • the steam flows in the diffuser space 26s toward the axial downstream side Dad, toward the radially outer side Dro, and flows into the exhaust space 30s.
  • the steam flowing into the exhaust space 30s along the inner peripheral surface of the outer diffuser 27 Flows in the direction in which the tangent line at the end of the inner peripheral surface of the outer diffuser 27 on the radially outer side Dro extends, that is, in the tangential direction.
  • this steam collides with the casing outer peripheral plate 36 a part thereof flows along the casing outer peripheral plate 36 to the axial upstream side Dau, and another part flows along the casing outer peripheral plate 36 to the axial downstream side Dad.
  • the steam flowing along the casing outer peripheral plate 36 to the upstream Dau in the axial direction gradually becomes the circumferential direction Dc, and flows along the casing outer peripheral plate 36 to the exhaust side Dpe. Then, this vapor is exhausted from the exhaust port 31.
  • the steam that has flowed to the downstream side Dad along the casing outer peripheral plate 36 flows to the base side of the final stage rotor blade row 13a along the casing downstream side end plate 32x and the inner diffuser 29x. That is, the steam that has flowed to the axial downstream side Dad along the casing outer peripheral plate 36 flows to the radially inner side Dri along the casing downstream side end plate 32x.
  • the steam flows along the inner peripheral surface of the inner diffuser 29 toward the axially inner side Dri and toward the axial upstream side Dau. Therefore, steam flows backward in the region along the casing downstream side end plate 32x in the exhaust space 30s and in the region along the inner diffuser 29x in the diffuser space 26s.
  • the steam that has flowed backward in the diffuser space 26s approaches the outer diffuser 27 side and flows again to the radially outer side Dro. Therefore, a circulation region Zx in which steam circulates is formed in the exhaust main flow passage S and in the region on the non-exhaust side Dpu (hereinafter referred to as the non-exhaust side main flow passage Su) with reference to the axis Ar.
  • the exhaust main flow path S is a space that combines the diffuser space 26s and the exhaust space 30s.
  • the steam flowing into the exhaust space 30s along the inner peripheral surface of the outer diffuser 27 Is a direction including a tangential component in which a tangent at the end of the radially outer Dro of the inner peripheral surface extends and a directional component on the side approaching the exhaust port 31 in the circumferential direction Dc with respect to the axis Ar.
  • vapor containing a large amount of the circumferential direction Dc component flows from the region on the non-exhaust side Dpu in the exhaust chamber 25x into the region on the exhaust side Dpe.
  • the tangential direction described above includes a directional component directed to the radially outer side Dro.
  • an exhaust port 31 is formed on the radially outer side Dro. Therefore, in the region of the exhaust main flow path S and on the exhaust side Dpe with respect to the axis Ar (hereinafter referred to as the exhaust side main flow passage Se), the reverse flow of steam is substantially generated as in the region of the non-exhaust side Dpu. Does not occur.
  • the directional component in the flow direction of the steam flowing out from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor is ,
  • the circumferential direction Dc component around the axis Ar, that is, the turning component is relatively larger than the direction component toward the axis downstream side Dad. Therefore, in this case, the steam flowing out from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor tends to be drifted radially outward Dro in the diffuser space 26s.
  • the flow rate of the steam on the outer diffuser 27 side is higher than the flow rate of the steam on the inner diffuser 29x side. That is, in the case of low load operation or when the inside of the condenser Co has a low degree of vacuum, the flow of steam along the inner peripheral surface of the outer diffuser 27 increases. Therefore, in the comparative example, when the load is low, or when the condenser Co has a low degree of vacuum, the amount of steam that flows backward in the exhaust chamber 25x is larger, and the pressure loss of steam is larger.
  • the steam that has flown from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor to the axial downstream Dad flows into the diffuser space 26s.
  • the steam flows in the diffuser space 26s toward the axial downstream side Dad, toward the radially outer side Dro, and flows into the exhaust space 30s.
  • the steam flowing into the non-exhaust side exhaust space 30su along the inner peripheral surface of the outer diffuser 27 has an end on the radially outer side Dro of the inner peripheral surface of the outer diffuser 27. Flows in the direction in which the tangent line at extends, that is, the tangential direction.
  • this steam collides with the casing outer peripheral plate 36 a part thereof flows along the casing outer peripheral plate 36 to the axial upstream side Dau, and another part flows along the casing outer peripheral plate 36 to the axial downstream side Dad.
  • the steam flowing along the casing outer peripheral plate 36 to the upstream Dau in the axial direction gradually becomes the circumferential direction Dc, and flows along the casing outer peripheral plate 36 to the exhaust side Dpe. Then, this vapor is exhausted from the exhaust port 31.
  • the steam that has flowed to the axial downstream side Dad along the casing outer peripheral plate 36 flows to the radially inner side Dri along the casing downstream side end plate 32.
  • the pressure in the exhaust auxiliary space 40s is higher than the pressure in the exhaust side main flow passage Se. Therefore, the fluid in the exhaust auxiliary space 40s flows through the exhaust-side opening 41e of the auxiliary exhaust frame 40 into the exhaust-side main passage Se. Further, the pressure in the non-exhaust side main flow passage Su is higher than the pressure in the exhaust auxiliary space 40s. Therefore, a part of the steam in the non-exhaust side main flow path Su enters the exhaust auxiliary space 40s through the non-exhaust side opening 41u of the auxiliary exhaust frame 40.
  • the non-exhaust side opening 41u of the auxiliary exhaust frame 40 opens from the inside of the auxiliary exhaust space 40s toward the radially outer side Dro. Therefore, in the present embodiment, in the non-exhaust side exhaust space 30su, the steam flowing radially inward Dri along the casing downstream end plate 32 passes through the non-exhaust side opening 41u of the auxiliary exhaust frame 40, It easily flows into the exhaust auxiliary space 40s. Further, in the present embodiment, the edge of the frame lower side end plate 42 of the auxiliary exhaust frame 40 on the radially outer side Dro is connected to the edge of the casing downstream side end plate 32 of the exhaust casing 30 on the radially inner side Dri. ..
  • the inner surface of the frame downstream end plate 42 facing the exhaust auxiliary space 40s and the inner surface of the casing downstream end plate 32 facing the exhaust space 30s are the frame downstream end plate 42 and the casing downstream.
  • the part where the side end plate 32 is connected is smoothly continuous. Therefore, in the present embodiment, in the non-exhaust gas side exhaust space 30su, the resistance of steam flowing in the radial inner side Dri along the casing downstream end plate 32 into the exhaust gas auxiliary space 40s is minimized.
  • the steam flowing radially inward Dri along the casing downstream end plate 32 in the non-exhaust side main flow passage Su is supplied to the non-exhaust side opening 41u of the auxiliary exhaust frame 40. After that, it can be easily flowed into the exhaust auxiliary space 40s.
  • the reverse flow of steam does not substantially occur in the exhaust side main flow path Se, as in the comparative example.
  • the circulation region Z in which the steam flows backward in the exhaust main flow passage S is smaller than that in the comparative example, and the circulation region Z is limited to the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow passage S. be able to. Therefore, in the present embodiment, the pressure loss of steam becomes smaller than that of the comparative example, and the pressure recovery amount of steam in the exhaust main flow path S can be improved.
  • the steam turbine of this embodiment differs from the steam turbine of the first embodiment only in the structure of the exhaust chamber. Therefore, hereinafter, the exhaust chamber in the present embodiment will be mainly described.
  • the exhaust chamber 25a in the present embodiment also has a diffuser 26, an exhaust casing 30, and an auxiliary exhaust frame 40a, like the exhaust chamber 25 in the first embodiment.
  • the diffuser 26 in this embodiment is basically the same as the diffuser 26 in the first embodiment.
  • the exhaust casing 30 in this embodiment is basically the same as the exhaust casing 30 in the first embodiment.
  • the auxiliary exhaust frame 40a in this embodiment is different from the auxiliary exhaust frame 40 in the first embodiment.
  • the auxiliary exhaust frame 40a in the present embodiment also includes a partial region on the inner side Dri in the radial direction with respect to the diffuser 26, and has an annular exhaust auxiliary space 40s with the axis Ar as the center. To form.
  • the auxiliary exhaust frame 40a has an opening 41 that opens from the inside of the exhaust auxiliary space 40s toward the outside Dro in the radial direction and connects the exhaust space 30s and the exhaust auxiliary space 40s. ..
  • the opening 41 in the present embodiment is also annular around the axis Ar.
  • the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the axis is defined by the edge of the inner diffuser 29 on the downstream side of the axis Dad.
  • a portion extending vertically upward from the exhaust auxiliary space 40s is a non-exhaust side opening 41u
  • a portion extending vertically downward from the exhaust auxiliary space 40s is an exhaust side opening 41e. ..
  • the auxiliary exhaust frame 40a in the present embodiment includes a frame downstream end plate 42, a frame upstream end plate 43a, and a frame inner peripheral plate 44.
  • the frame downstream end plate 42 defines the edge of the axial auxiliary side Dad in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame downstream end plate 42 is the same as the frame downstream end plate 42 in the first embodiment, and is an annular plate that extends in the direction including the radial component Dr and in the circumferential direction Dc.
  • the edge of the frame downstream side end plate 42 on the radially outer side Dro is connected to the edge of the casing downstream side end plate 32 on the radially inner side Dri.
  • the frame upstream side end plate 43a defines the edge of the axial upstream side Dau in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame upstream end plate 43a is an annular plate that is widened in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc, like the frame upstream end plate 43 in the first embodiment.
  • the frame upstream end plate 43a gradually expands toward the axial upstream Dau as it goes toward the radially inner side Dri. Therefore, the inner surface of the frame upstream end plate 43a that faces the exhaust auxiliary space 40s is a surface that gradually faces the axial upstream Dau as it goes radially inward Dri.
  • the edge of Dro is connected to the edge of the inner diffuser 29 on the downstream side of the axis line Dad, that is, the portion of the inner diffuser 29 that defines the edge of the opening 41 on the upstream side of the axis line Dau.
  • the frame inner peripheral plate 44 defines the edge of the radially inner Dri in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame inner peripheral plate 44 connects the edge on the radially inner side Dri of the frame upstream side end plate 43a and the edge on the radially inner side Dri of the frame downstream side end plate 42.
  • the frame upstream end plate 43a gradually expands to the axial upstream side Dau as it goes toward the radially inner side Dri. Therefore, the edge of the frame upstream side end plate 43a on the radially inner side Dri is located on the axial line upstream side Dau from the radial direction outer side Dro edge of the frame upstream side end plate 43a.
  • the edge on the radially inner side Dri of the frame upstream end plate 43a in the present embodiment is located on the axial upstream side Dau from the radially outer edge Dro of the frame upstream end plate 43a. Therefore, in the axial direction Da, the position of the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the opening 41 in the present embodiment is the same as the position of the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the opening 41 in the first embodiment, and the axial direction Da Therefore, even if the position of the edge of the axial downstream side Dad of the opening 41 in the present embodiment is the same as the position of the edge of the axial downstream side Dad of the opening 41 in the first embodiment, the volume of the exhaust auxiliary space 40s in the present embodiment is It can be made larger than the volume of the exhaust auxiliary space 40s in the first embodiment.
  • the steam flowing out from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor to the axial downstream Dad flows into the diffuser space 26s.
  • the steam flows in the diffuser space 26s toward the axial downstream side Dad, toward the radially outer side Dro, and flows into the exhaust space 30s.
  • the volume of the exhaust auxiliary space 40s can be made larger than the volume of the exhaust auxiliary space 40s in the first embodiment. Therefore, even if the flow rate of the steam flowing radially inward Dri along the casing downstream side end plate 32 in the non-exhaust side exhaust space 30su increases, this can be dealt with. That is, in this embodiment, even if the flow rate of the reverse steam increases, this steam can be introduced into the exhaust auxiliary space 40s.
  • the directional component in the flow direction of the steam flowing from the inside of the exhaust auxiliary space 40s through the exhaust side opening 41e into the exhaust side main flow passage Se is the axial direction Da.
  • the direction component on the radially outer side Dro is larger than the component.
  • the axial direction Da component in the flow direction of the steam flowing in the exhaust side main exhaust flow path Se is in the flow direction of the steam flowing into the exhaust side main flow path Se from the inside of the auxiliary exhaust space 40s through the exhaust side opening 41e. It is larger than the Da component in the axial direction.
  • the flow of steam flowing from the inside of the exhaust auxiliary space 40s through the exhaust side opening 41e into the exhaust side main flow passage Se and the steam flowing in the exhaust side main flow passage Se are large. Mix at an angle. Therefore, in the first embodiment, the turbulence of the flow of steam flowing in the exhaust-side main flow path Se becomes large, and the pressure loss of steam slightly increases.
  • the frame upstream end plate 43a of the present embodiment gradually widens toward the axial upstream side Dau as it goes toward the radially inner side Dri.
  • the frame upstream side end plate 43a of the present embodiment gradually expands toward the axial downstream side Dad as it goes radially outward Dro. Therefore, in the present embodiment, the direction component of the radial outside Dro in the flow direction of the steam flowing into the exhaust side main flow passage Se from the inside of the exhaust auxiliary space 40s through the exhaust side opening 41e is the same as in the first embodiment. It becomes smaller than the direction component radially outside Dro in the flow direction of steam. Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress the turbulence of the flow of the steam flowing in the exhaust side main flow passage Se and to suppress the increase in the pressure loss of the steam, as compared with the first embodiment.
  • the steam turbine of this embodiment differs from the steam turbines of the first and second embodiments only in the configuration of the exhaust chamber. Therefore, hereinafter, the exhaust chamber in the present embodiment will be mainly described.
  • the exhaust chamber 25b in the present embodiment also has the diffuser 26, the exhaust casing 30, and the auxiliary exhaust frame 40b, like the exhaust chambers 25 and 25a in the first and second embodiments.
  • the diffuser 26 in this embodiment is basically the same as the diffuser 26 in the first and second embodiments.
  • the exhaust casing 30 in this embodiment is basically the same as the exhaust casing 30 in the first and second embodiments.
  • the auxiliary exhaust frame 40b in this embodiment is different from the auxiliary exhaust frames 40, 40a in the first and second embodiments.
  • the auxiliary exhaust frame 40b in the present embodiment also includes a partial region on the inner side Dri in the radial direction of the diffuser 26, with the axis Ar as the center.
  • An exhaust auxiliary space 40s having an annular shape is formed.
  • the auxiliary exhaust frame 40b also has an opening 41 that opens from the inside of the exhaust auxiliary space 40s toward the outside Dro in the radial direction and connects the exhaust space 30s and the exhaust auxiliary space 40s.
  • the opening 41 in the present embodiment is also annular around the axis Ar.
  • the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the axis is defined by the edge of the inner diffuser 29 on the downstream side of the axis Dad.
  • a portion extending vertically upward from the exhaust auxiliary space 40s is a non-exhaust side opening 41u
  • a portion extending vertically downward from the exhaust auxiliary space 40s is an exhaust side opening 41e. ..
  • the auxiliary exhaust frame 40b in the present embodiment like the auxiliary exhaust frame 40 in the first and second embodiments, a frame downstream end plate 42, a frame upstream end plate 43b, a frame inner peripheral plate 44, Have.
  • the frame downstream end plate 42 defines the edge of the axial auxiliary side Dad in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame downstream end plate 42 is the same as the frame downstream end plate 42 in the first and second embodiments, and is an annular plate that extends in the direction including the radial component and the circumferential direction Dc. ..
  • the edge of the frame downstream side end plate 42 on the radially outer side Dro is connected to the edge of the casing downstream side end plate 32 on the radially inner side Dri.
  • the frame upstream side end plate 43b defines the edge of the axial upstream side Dau in the exhaust auxiliary space 40s.
  • the frame upstream end plate 43b is the same as the frame upstream end plate 43 in the first embodiment, and is an annular plate that extends in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc.
  • the edge of the frame upstream end plate 43b on the radially outer side Dro is different from the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the opening, unlike the frame upstream end plates 43 and 43a in the first and second embodiments. It is connected to the inner diffuser 29 at a position on the upstream side Dau of the axis.
  • the edge on the radially outer side Dro of the frame upstream end plate 43b in the present embodiment is connected to the inner diffuser 29 at a position on the axial line upstream side Dau with respect to the axial line upstream side Dau edge of the opening 41. ..
  • the position of the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the opening 41 in the present embodiment is the same as the position of the edge of the opening 41 on the upstream side Dau of the opening 41 in the first embodiment, and the axial direction Da Therefore, even if the position of the edge of the axial downstream side Dad of the opening 41 in the present embodiment is the same as the position of the edge of the axial downstream side Dad of the opening 41 in the first embodiment, the volume of the exhaust auxiliary space 40s in the present embodiment is It can be made larger than the volume of the exhaust auxiliary space 40s in the first and second embodiments.
  • the steam flowing out from the final stage rotor blade row 13a of the turbine rotor to the downstream side Dad of the axis flows into the diffuser space 26s.
  • the steam flows in the diffuser space 26s toward the axial downstream side Dad, toward the radially outer side Dro, and flows into the exhaust space 30s.
  • the volume of the exhaust auxiliary space 40s can be made larger than the volume of the exhaust auxiliary space 40s in the first and second embodiments. Therefore, even if the flow rate of the steam flowing radially inward Dri along the casing downstream side end plate 32 in the non-exhaust side exhaust space 30su increases, this can be dealt with. That is, in this embodiment, even if the flow rate of the reverse steam increases, this steam can be introduced into the exhaust auxiliary space 40s.
  • the edge of the frame upstream side end plate 43b on the radially outer side Dro is connected to the inner diffuser 29 at a position on the axial line upstream side Dau with respect to the axial line upstream side Dau edges of the openings 41u and 41e. ing. Therefore, in the present embodiment, a part of the steam in the exhaust auxiliary space 40s on the exhaust side Dpe with respect to the axis Ar flows along the inner peripheral surface of the inner diffuser 29. Since the inner peripheral surface of the inner diffuser 29 gradually spreads to the axial downstream side Dad as it goes to the radially outer side Dro, a part of the steam in the exhaust auxiliary space 40s moves to the radially outer side Dro.
  • the direction component of the radial outside Dro in the flow direction of the steam flowing into the exhaust side main flow passage Se from the inside of the exhaust auxiliary space 40s through the exhaust side opening 41e is the same as in the first embodiment. It becomes smaller than the direction component radially outside Dro in the flow direction of steam. Therefore, in the present embodiment, as in the second embodiment, the turbulence of the flow of the steam flowing in the exhaust side main flow passage Se can be suppressed and the pressure loss of the steam can be made smaller than in the first embodiment. it can.
  • the steam turbine in this embodiment is a modification of the steam turbine in the third embodiment.
  • the exhaust chamber 25c in the present embodiment also has a diffuser 26, an exhaust casing 30, and an auxiliary exhaust frame 40b, like the exhaust chamber 25b in the third embodiment.
  • the exhaust chamber 25c in the present embodiment further includes a second auxiliary exhaust frame 50c outside the first auxiliary exhaust frame 40b which is the auxiliary exhaust frame 40b in the third embodiment.
  • the second auxiliary exhaust frame 50c communicates with at least the portion on the non-exhaust side Dpu in the exhaust space 30s and forms a second exhaust auxiliary space 50s different from the first exhaust auxiliary space 40s which is the above-described exhaust auxiliary space 40s. ..
  • the second exhaust auxiliary space 50s extends in the circumferential direction Dc along the casing outer peripheral plate 36, at least in the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, on the axial downstream side Dad with respect to the casing downstream end plate 32. It is the space where
  • the second auxiliary exhaust frame 50c has a second frame outer peripheral plate 52, a second frame inner peripheral plate 53, and a second frame downstream end plate 54.
  • the second frame outer peripheral plate 52 extends from the edge of the casing outer peripheral plate 36 on the axial downstream side Dad to the axial downstream side Dad and extends in the circumferential direction Dc in at least the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axial line Ar. ..
  • the second frame inner peripheral plate 53 is at least in a region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, and is located radially inward of the casing outer peripheral plate 36 and the second frame outer peripheral plate 52 at a downstream end of the casing.
  • the plate 32 extends from the edge on the radially outer side Dro to the axial downstream side Dad and extends in the circumferential direction Dc.
  • the second frame downstream end plate 54 is a plate that spreads in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc at least in the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar.
  • An edge of the second downstream end plate on the radially outer side Dro is connected to an edge of the second frame outer peripheral plate 52 on the axial downstream side Dad.
  • An edge of the second downstream end plate on the radially inner side Dri is connected to an edge of the second frame inner peripheral plate 53 on the axial downstream side Dad.
  • the edge on the upstream side Dau of the second frame outer peripheral plate 52 defines the edge on the radially outer side Dro of the second opening 51 that is an opening that connects the exhaust space 30s and the second auxiliary exhaust space 50s.
  • the edge of the second frame inner peripheral plate 53 on the upstream side Dau of the axis defines the edge of the second opening 51 on the radially inner side Dri.
  • the circulation region Zc in the non-exhaust side exhaust main flow path Su is compared as in the third embodiment. It can be made smaller than the example, and this circulation region Zc can be limited to the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S.
  • the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S communicates with the second exhaust auxiliary space 50s. Therefore, a part of the steam in the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S flows into the second auxiliary exhaust space 50s. As a result, the circulation area Zc in the exhaust main flow path S is further reduced due to the existence of the second exhaust auxiliary space 50s. A part of the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50s immediately returns to the exhaust gas peripheral passage after circulating in the second exhaust auxiliary space 50s. The remaining part of the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50s returns into the exhaust main flow passage S from the end in the circumferential direction Dc of the second exhaust auxiliary space 50s spreading in the circumferential direction Dc.
  • the circulation region Zc in the exhaust main flow path S can be made smaller than in the third embodiment.
  • the steam turbine in this embodiment is a modification of the steam turbine in the third embodiment.
  • the exhaust chamber 25d in the present embodiment also includes a diffuser 26, an exhaust casing 30, and a first auxiliary exhaust frame 40b, similarly to the exhaust chambers 25b and 25c in the third and fourth embodiments.
  • the exhaust chamber 25d in the present embodiment further includes a second auxiliary exhaust frame 50d, like the exhaust chamber 25c in the fourth embodiment.
  • the second auxiliary exhaust frame 50d communicates with at least a portion on the non-exhaust side Dpu in the exhaust space 30s, and the second exhaust different from the first exhaust auxiliary space 40s.
  • the auxiliary space 50s is formed.
  • the second exhaust auxiliary space 50s extends in the circumferential direction Dc along the casing outer peripheral plate 36, at least in the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, on the axial downstream side Dad with respect to the casing downstream end plate 32. It is the space where
  • the second auxiliary exhaust frame 50d includes a second frame outer peripheral plate 52, a second frame inner peripheral plate 53d, and a second frame downstream end plate 54, similarly to the second auxiliary exhaust frame 50c in the fourth embodiment. Have.
  • the second frame outer peripheral plate 52 is at least in a region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, and extends from the edge of the casing outer peripheral plate 36 on the axial downstream side Dad to the axial line. It extends to the downstream side Dad and spreads in the circumferential direction Dc.
  • the second frame inner peripheral plate 53d is at least in the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, and is the casing outer peripheral plate 36 and the second frame outer peripheral plate 52.
  • the casing downstream side end plate 32 extends from the edge on the radially outer side Dro to the axial downstream side Dad and spreads in the circumferential direction Dc.
  • the second frame inner peripheral plate 53d moves from the edge on the radially outer side Dro of the casing downstream end plate 32 toward the axial downstream side Dad. It gradually extends inward in the radial direction Dri.
  • the second frame inner peripheral plate 53d gradually extends outward in the radial direction Dro as it goes toward the axial upstream side Dau.
  • the second frame downstream end plate 54 spreads in the radial direction Dr and the circumferential direction Dc at least in the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar. It is a plate.
  • An edge of the second downstream end plate on the radially outer side Dro is connected to an edge of the second frame outer peripheral plate 52 on the axial downstream side Dad.
  • the edge of the second downstream end plate on the radially inner side Dri is connected to the edge of the second frame inner peripheral plate 53d on the axial downstream side Dad.
  • the edge on the upstream side Dau of the second frame outer peripheral plate 52 defines the edge on the radially outer side Dro of the second opening 51 that is an opening that connects the exhaust space 30s and the second auxiliary exhaust space 50s.
  • the edge of the second frame inner peripheral plate 53 on the upstream side Dau of the axis defines the edge of the second opening 51 on the radially inner side Dri.
  • the circulation region Zc in the side exhaust main flow passage Su can be made smaller than that in the comparative example, and this circulation region Zc can be limited to the region outside the radial direction Dro in the exhaust main flow passage S.
  • the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S communicates with the second auxiliary exhaust space 50s. Therefore, a part of the steam in the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S flows into the second exhaust auxiliary space 50s. As a result, the circulation area Zc in the exhaust main flow path S is further reduced due to the existence of the second exhaust auxiliary space 50s. A part of the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50s returns to the exhaust main flow path S immediately after circulating in the second exhaust auxiliary space 50s. The remaining part of the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50s returns into the exhaust main flow passage S from the end in the circumferential direction Dc of the second exhaust auxiliary space 50s spreading in the circumferential direction Dc.
  • the second frame inner peripheral plate 53d of the second auxiliary exhaust frame 50d in the fifth embodiment gradually extends outward in the radial direction Dro as it extends toward the upstream side Dau of the axis. Therefore, the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50s becomes easier to circulate in the second exhaust auxiliary space 50s than in the fourth embodiment, and among the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50s, Immediately, the amount returning to the exhaust main flow path S decreases, and conversely, the amount returning to the exhaust main flow path S from the end of the second exhaust auxiliary space 50s spreading in the circumferential direction Ds in the circumferential direction Dc increases.
  • the steam that has flowed into the second exhaust auxiliary space 50s positively flows from the end of the second exhaust auxiliary space 50s in the circumferential direction Dc that actively spreads in the circumferential direction Dc. It has a structure to return to the inside of the road S. Therefore, in the present embodiment, the circulation region Zc in the exhaust main flow path S can be made smaller than that in the fourth embodiment.
  • the steam turbine in this embodiment is a modification of the steam turbine in the third embodiment.
  • the exhaust chamber 25e in the present embodiment also includes a diffuser 26, an exhaust casing 30, and a first auxiliary exhaust frame 40b, like the exhaust chambers 25b, 25c, 25d in the third to fifth embodiments.
  • the exhaust chamber 25e in the present embodiment further includes a second auxiliary exhaust frame 50e, like the exhaust chambers 25c and 25d in the fourth and fifth embodiments.
  • the second auxiliary exhaust frame 50e communicates with at least the part on the non-exhaust side Dpu in the exhaust space 30s and forms a second exhaust auxiliary space 50se different from the first exhaust auxiliary space 40s.
  • the second exhaust auxiliary space 50se spreads in the circumferential direction Dc along the casing outer peripheral plate 36 at least in the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, on the axial upstream side Dau with respect to the casing downstream end plate 32. It is a living space. Therefore, the second exhaust auxiliary space 50se in the present embodiment is formed inside the exhaust casing 30 unlike the second exhaust auxiliary space 50s in the fourth and fifth embodiments.
  • the second auxiliary exhaust frame 50e has a second frame outer peripheral plate 52e, a second frame inner peripheral plate 53e, and a second frame downstream end plate 54e.
  • the second frame outer peripheral plate 52e is formed at least on the axial downstream side Dad of the casing outer peripheral plate 36 in at least the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar.
  • the second frame downstream side end plate 54e is formed at a portion on the radially outer side Dro of the casing downstream side end plate 32 in at least the region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar.
  • the second frame inner peripheral plate 53e is at least a region on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar, and is located radially inward of the casing outer peripheral plate 36 at a position Dri in the radial direction from the casing downstream end plate 32 to the axial line upstream Dau. It is a plate that gradually extends outward in the radial direction Dro as it goes to, and spreads in the circumferential direction Dc.
  • the edge of the second frame outer peripheral plate 52e on the upstream side Dau of the axis defines the edge on the radially outer side Dro of the second opening 51e that is an opening that connects the exhaust space 30s and the second auxiliary exhaust space 50s. Further, the edge of the second frame inner peripheral plate 53e on the axial upstream side Dau defines the edge of the second opening 51e on the radially inner side Dri.
  • the circulation region Ze in the main flow passage Su can be made smaller than that in the comparative example, and the circulation region Ze can be limited to the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow passage S.
  • the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S communicates with the second exhaust auxiliary space 50se. Therefore, a part of the steam in the region on the radially outer side Dro in the exhaust main flow path S flows into the second auxiliary exhaust space 50se. A part of the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50se returns to the main exhaust gas flow path S immediately after circulating in the second exhaust auxiliary space 50se. The remaining part of the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50se returns into the exhaust main flow path S from the end of the second exhaust auxiliary space 50se in the circumferential direction Dc that spreads in the circumferential direction Dc.
  • the second frame inner peripheral plate 53e in the sixth embodiment gradually extends to the radially outer side Dro as it goes toward the axial upstream side Dau. Therefore, the steam flowing into the second exhaust auxiliary space 50se becomes easier to circulate in the second exhaust auxiliary space 50se than in the fourth embodiment. For this reason, the amount of the steam that has flowed into the second exhaust auxiliary space 50se immediately returns to the exhaust main flow path S, and conversely, in the circumferential direction Dc of the second exhaust auxiliary space 50se that spreads in the circumferential direction Dc. The amount of returning from the end into the main exhaust flow path S increases.
  • the steam that has flowed into the second exhaust auxiliary space 50se positively spreads in the circumferential direction Dc around the second exhaust auxiliary space 50s.
  • the structure is such that the end of the direction Dc is returned to the inside of the exhaust main flow path S. Therefore, although the second exhaust auxiliary space 50se in the present embodiment is formed in the exhaust casing 30 as described above, the circulation region Ze in the exhaust casing 30 can be made smaller than that in the third embodiment. it can.
  • the second frame downstream side end plates 54, 54e in the fourth to sixth embodiments extend in the radial direction Dr.
  • the second frame downstream-side end plates 54, 54e may be gradually extended to the axial upstream side Dau as they extend radially outward Dro at the radially outer side Dro.
  • the second frame downstream end plates 54, 54e may be gradually extended to the axial downstream side Dad as they extend radially outward Dro in the radially inner portion Dri.
  • the casing downstream end plate 32 in each of the above embodiments extends in the radial direction Dr.
  • the downstream end plate 32 of the casing may be gradually extended to the axial upstream side Dau as it extends radially outward Dro at the radially outer side Dro.
  • the casing downstream end plate 32 may gradually extend to the axial downstream side Dad as it extends radially outward Dro in the radially inner portion Dri.
  • the steam turbines in the fourth to sixth embodiments are modifications of the steam turbine in the third embodiment.
  • the configurations of the second auxiliary exhaust frames 50c, 50d, and 50e in the fourth to sixth embodiments may be applied to the steam turbine in the first embodiment or the second embodiment.
  • the second exhaust auxiliary spaces 50s and 50se in the fourth to sixth embodiments are regions on the non-exhaust side Dpu with respect to the axis Ar and are spaces that extend in the circumferential direction Dc.
  • these second exhaust auxiliary spaces 50s and 50se may be annular spaces centered on the axis Ar.
  • Each of the openings 41 included in the auxiliary exhaust frame (first auxiliary exhaust frame) in each of the above embodiments has an annular shape with the axis Ar as the center.
  • the edge of the opening 41 on the upstream side of the axis Dau is the entire circumference of the edge of the inner diffuser 29 on the downstream side of the axis Dad. Therefore, the entire edge of the inner diffuser 29 on the axial downstream side Dad is separated from the casing downstream end plate 32 in the axial direction Da.
  • the auxiliary exhaust frame (first auxiliary exhaust frame) 40f has a non-exhaust side opening 41uf opening vertically upward from the exhaust auxiliary space 40s and an exhaust side opening 41ef. May be.
  • a part of the edge of the inner diffuser 29f on the axis downstream side Dad determines the edge of the non-exhaust side opening 41uf on the axis upstream side Dau, and the other part of the edge on the axis upstream side Dau of the exhaust side opening 41ef. And the remaining part is connected to the casing downstream end plate 32 or the frame downstream end plate 42. That is, the openings 41uf and 41ef in this case are formed by cutting out a part of the inner diffuser 29f.
  • FIG. 18 shows a modification of the first embodiment, the openings 41 in the second to sixth embodiments may be formed in the same manner as above.
  • the steam turbines in the above embodiments are all of the downward exhaust type.
  • the steam turbine may be of the side exhaust type.
  • the non-exhaust side Dpu and the exhaust side Dpe that are opposite to each other in the orthogonal direction orthogonal to the axis Ar, for example, the non-exhaust side Dpu moves to the left with respect to the axis Ar.
  • the exhaust side Dpe is on the right side with respect to the axis Ar.
  • the exhaust casing 30 in each of the above embodiments has a casing upstream end plate 34.
  • the upstream end plate can be omitted.
  • Each of the steam turbines of the above embodiments is a bifurcated exhaust type.
  • the present invention may be applied to a steam turbine that does not divide exhaust gas.
  • the pressure loss of steam can be reduced and the amount of pressure recovery can be increased.

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Abstract

排気室（２５）は、ディフューザ空間（２６ｓ）を形成するディフューザ（２６）と、ディフューザ空間（２６ｓ）に連通する排気空間（３０ｓ）を形成する排気ケーシング（３０）と、ディフューザ（２６）よりも径方向内側（Ｄｒｉ）で、軸線（Ａｒ）を中心として環状を成す排気補助空間（４０ｓ）を形成する補助排気枠（４０）と、を備える。補助排気枠（４０）は、排気補助空間（４０ｓ）内から径方向外側（Ｄｒｏ）に向かって開口し、排気空間（３０ｓ）と排気補助空間（４０ｓ）とを連通される開口（４１）を有する。

Description

蒸気タービン、及びその排気室
　本発明は、蒸気タービン、及びその排気室に関する。
　本願は、２０１８年１２月２８日に、日本国に出願された特願２０１８－２４７１６８号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
　蒸気タービンは、タービンロータの最終段動翼列から流出した蒸気を外部に導く排気室を備えている。この排気室は、ディフューザと、排気ケーシングと、を有する。ディフューザは、タービンロータの軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に径方向外側に向かうディフューザ空間を形成する。ディフューザは、ディフューザ空間の径方向外側の縁を画定する外側ディフューザ（又は、スチームガイド、フローガイド）と、ディフューザ空間の径方向内側の縁を画定する内側ディフューザ（又はベアリングコーン）と、を有する。ディフューザ空間内には、タービンロータの最終段動翼列から流出した蒸気が流入する。排気ケーシングは、ディフューザ空間に連通し、軸線に対する周方向に広がって、ディフューザ空間からの蒸気が流れる排気空間を形成する。この排気ケーシングは、排気空間内を流れた蒸気を外部に排気する排気口を有する。
　例えば、以下の特許文献１に記載の排気室における排気ケーシングは、排気空間の軸線下流側の縁を画定するケーシング下流側端板と、排気空間の径方向外側の縁を画定するケーシング外周板と、を有する。ケーシング下流側端板は、軸線に対して垂直で、内側ディフューザの軸線下流側の縁から径方向外側に広がっている。この蒸気タービンは、下方排気型の蒸気タービンである。このため、ケーシング外周板の下部には、排気口が形成されている。ケーシング外周板は、ケーシング下流側端板の径方向外側の縁に接続され、軸線を中心として周方向に広がっている。
　この蒸気タービンにおける排気室は、さらに、内側ディフューザの径方向外側に、軸線を中心として環状のバイパス通路を形成するためのバイパス壁板を有する。バイパス壁板は、軸線下流側に向かうに連れて径方向外側に延び且つ周方向に広がっている。このバイパス壁板の軸線下流側の縁は、ケーシング下流側端板上であって、内側ディフューザが接続されている位置よりも径方向外側の位置に接続されている。バイパス壁板は、軸線を基準にして排気口が形成されている下側と、その反対側の上側とに、ディフューザ空間とバイパス通路とを連通される開口を有する。上側の開口は、バイパス通路内から軸線上流側に向かって開口している。ディフューザ空間内の蒸気は、この上側の開口を経てパイパス通路内に流入する。バイパス通路内に流入した蒸気は、下側の開口を経てディフューザ空間内に戻る。
　この特許文献１に記載の技術では、排気空間内で且つ軸線を基準して上側の領域内での蒸気の圧力損失を小さくするため、ディフューザ空間内で且つ軸線を基準にして上側の領域内の蒸気の一部をバイパス通路内に導入して、この蒸気をハイパス通路からディフューザ空間内で且つ軸線を基準にした下側の領域内に戻すようにしている。
米国特許第６４１９４４８号明細書
　排気室内では、最終段動翼列から流出した蒸気の圧力回復が図られる。この圧力回復量が大きいほど、最終段動翼列から流出した直後の蒸気の圧力が低くなり、タービン効率が向上する。このため、排気室内を流れる蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることが望まれている。
　また、近年、風力、太陽エネルギー等の再生可能エネルギーの代替により、火力発電プラントでは負荷変動吸収のためのフレキシブルな運転が求められている。このようなフレキシブルな運転を実行する場合、定格運転以外での運転を実行することがある。定格運転以外での運転を実行すると、排気室内で剥離や逆流が発生し、排気室内で圧力損失が大きくなり、圧力回復量が低下する。
　そこで、本発明は、蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることができる排気室、及びこの排気室を備える蒸気タービンを提供することを目的とする。
　前記目的を達成するための発明に係る一態様の排気室は、
　軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終段動翼列から流出した蒸気を外部に導く蒸気タービンの排気室において、前記最終段動翼列から流出した蒸気が流入し、前記軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に広がるディフューザ空間を形成するディフューザと、前記径方向外側に向かって開口する排気口を有し、前記ディフューザ空間に連通し、前記軸線に対する周方向に広がって、前記ディフューザ空間から流入した蒸気を前記排気口に導く排気空間を形成する排気ケーシングと、前記ディフューザよりも前記軸線に対する径方向内側の一部の領域を含み、前記軸線を中心として環状を成す排気補助空間を形成する補助排気枠と、を備える。前記ディフューザは、前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記径方向外側の縁を画定する外側ディフューザと、前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記軸線に対する径方向内側の縁を画定する内側ディフューザと、を有する。前記排気ケーシングは、前記軸線に直交する直交方向で、前記軸線を基準にして互いに相反する側をなす非排気側と排気側とのうち、前記排気側にのみ前記排気口を有する。前記補助排気枠は、前記軸線を基準にして、少なくとも前記非排気側と前記排気側との部分で、前記排気補助空間内から前記径方向外側に向かって開口し、前記排気空間と前記排気補助空間とを連通される開口を有する。
　ディフューザ空間と排気空間とで形成される排気主流路内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内では、蒸気が循環する循環領域が形成される場合がある。特に、蒸気タービンに流入する蒸気流量が少ない低負荷運転の場合や、復水器内が低真空度の場合には、循環領域が形成される可能性が高くなる。このように、排気主流路内に循環領域が形成されると、蒸気の圧力損失が大きくなり、排気主流路内での蒸気の圧力回復量が低下する。
　前述の循環領域は、排気ケーシングの構成要素のうちで、排気空間の軸線下流側の縁を確定するケーシング下流側端板に沿った領域に形成される。この循環領域内では、一部の蒸気がケーシング下流側端板に沿って径方向内側に流れる。本態様では、このような流れの蒸気が発生しても、この蒸気が、補助排気枠の被排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に入る。この蒸気は、補助排気枠の排気側の部分における開口を経て、排気主流路内で軸線を基準にして排気側の領域内に流れ、排気口から排気される。
　本態様では、補助排気枠の開口が、排気補助空間内から径方向外側に向かって開口している。このため、本態様では、排気主流路内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で、ケーシング下流側端板に沿って、径方向内側に流れる蒸気を、補助排気枠の非排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に入れ易い。
　よって、本態様では、循環領域が縮小し、この循環領域を排気主流路内の径方向外側の領域内に限定させることができる。このため、本態様では、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
　ここで、前記一態様の排気室において、前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線下流側の縁を画定する枠下流側端板を有し、前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記軸線下流側の縁を確定するケーシング下流側端板を有してもよい。この場合、前記枠下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心として環状を成す。前記ケーシング下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心とした環状の前記径方向内側の縁を有する。前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁が前記開口の前記軸線下流側の縁を確定する。前記ケーシング下流側端板の前記径方向内側の縁と前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁とが接続されている。
　本態様では、ケーシング下流側端板の径方向内側の縁と枠下流側端板の径方向外側の縁とが接続されているため、ケーシング下流側端板に沿って径方向内側に流れる蒸気を、補助排気枠の非排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に容易に導入することができる。
　前記枠下流側端板を有する前記態様の排気室において、前記枠下流側端板で前記排気補助空間に面する内面と、前記ケーシング下流側端板で前記排気空間に面する内面とは、前記枠下流側端板と前記ケーシング下流側端板とが接続されている部分で滑らかに連続していてもよい。
　本態様では、ケーシング下流側端板に沿って径方向内側に流れる蒸気を、補助排気枠の非排気側の部分における開口を経て、排気補助空間内に流入させる過程での抵抗を最小限に抑えることができる。
　前記枠下流側端板を有する、以上のいずれかの前記態様の排気室において、前記補助排気枠である第一補助排気枠の外に、前記排気空間中で少なくとも前記非排気側の部分と連通し、前記排気補助空間である第一排気補助空間とは異なる第二排気補助空間を形成する第二補助排気枠を備えてもよい。この場合、前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記径方向外側の縁を確定するケーシング外周板を有する。前記第二補助排気枠は、前記軸線を基準にして前記非排気側で且つ前記ケーシング外周板よりも前記径方向内側の位置で、前記周方向に広がり且つ前記ケーシング下流側端板から前記軸線が延びる軸線方向を含む方向に延びる第二枠内周板を有する。前記第二枠内周板は、前記第二排気補助空間の前記径方向内側の縁を確定する。前記第二枠内周板における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁は、前記排気空間と前記第二排気補助空間とを連通させる第二開口の前記径方向内側の縁を確定する。
　本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内の蒸気を第二排気補助空間内に導くことができる。このため、本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で蒸気が循環する循環領域を縮小させることができる。
　前記第二補助排気枠を備える前記態様の排気室において、前記第二枠内周板は、前記軸線上流側に向かうに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がっていてもよい。
　前記第二補助排気枠を備える、以上のいずれかの前記態様の排気室において、前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板の前記径方向外側の端から前記軸線下流側に向かって延び、前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線下流側に形成されていてもよい。
　前記第二補助排気枠を備える、以上のいずれかの前記態様の排気室において、前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板中で前記径方向外側の端よりも前記径方向内側の位置から前記軸線上流側に向かって延び、前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線上流側に形成されていてもよい。
　以上のいずれかの態様の前記排気室において、前記周方向で前記開口が存在する周方向領域内で、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が、前記開口における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁を確定してもよい。
　前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が前記開口における前記軸線上流側の縁を確定する前記態様の排気室において、前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有してもよい。この場合、前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成す。また、前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁であって前記開口の前記軸線上流側の縁を確定する部分に接続されている。
　前記枠上流側端板を有する前記態様の排気室において、前記枠上流側端板で前記排気補助空間に面する内面は、前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記軸線上流側に向かう面であってもよい。
　本態様では、軸線方向における枠上流側端板の径方向外側の縁の位置と、軸線方向における枠上流側端板の径方向内側の縁の位置とが同じ場合よりも、排気補助空間の容積を大きくすることができる。従って、本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で、ケーシング下流側端板に沿って、径方向内側に流れる蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間内に導入することができる。
　軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向成分には、軸線下流側に向かう方向成分を含んでいる。本態様の枠上流側端板で排気補助空間に面する内面は、前述したように、径方向内側に向かうに連れて次第に軸線上流側に向かっている。言い換えると、本態様の枠上流側端板で排気補助空間に面する内面は、径方向外側に向かうに連れて次第に軸線下流側に向かっている。従って、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向成分に、軸線下流側に向かう方向成分を含ませることができる。このため、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向と、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向とがなす角度を小さくすることができる。よって、本態様では、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れの乱れが小さくなり、蒸気の圧力損失を小さくすることができる。
　前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が前記開口における前記軸線上流側の縁を確定する前記態様の排気室において、前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有してもよい。この場合、前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成す。また、前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記開口の軸線上流側の縁よりも前記軸線上流側の位置で前記内側ディフューザに接続されている。
　本態様では、枠上流側端板の前記径方向外側の縁が、内側ディフューザの軸線下流側の縁であって開口の前記軸線上流側の縁を確定する部分に接続されている場合よりも、排気補助空間の容積を大きくすることができる。従って、本態様では、排気空間内で且つ軸線を基準にして非排気側の領域内で、ケーシング下流側端板に沿って、径方向内側に流れる蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間内に導入することができる。
　軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向成分には、軸線下流側に向かう方向成分を含んでいる。本態様では、枠上流側端板の径方向外側の縁が、開口の軸線上流側の縁よりも軸線上流側の位置で内側ディフューザに接続されている。このため、本態様では、排気補助空間内の蒸気の一部が内側ディフューザの内周面に沿って流れる。この内側ディフューザの内周面は、径方向外側に向かうに連れて次第に軸線下流側に広がっている。このため、排気補助空間内の蒸気の一部は、径方向外側に向かうに連れて軸線下流側に向かって流れる。従って、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向成分に、軸線下流側に向かう方向成分を含ませることができる。このため、本態様では、排気補助空間内から排気側の開口を経て、軸線を基準にして排気側の排気主流路内に流入する蒸気の流れ方向と、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れ方向とがなす角度を小さくすることができる。よって、本態様では、軸線を基準にして排気側の排気主流路内を流れる蒸気の流れの乱れが小さくなり、蒸気の圧力損失を小さくすることができる。
　以上のいずれかの前記態様の蒸気タービンの排気室において、前記開口は、前記軸線を基準にして環状であってもよい。
　前記目的を達成するための発明に係る一態様の蒸気タービンは、
　以上のいずれかの前記態様の排気室と、前記蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータの外周側を覆う胴ケーシングと、前記胴ケーシングの内周側に配置され、前記径方向外側の端が前記胴ケーシングに取り付けられている静翼列と、を備える。前記外側ディフューザは、前記胴ケーシングに接続されている。
　本発明の一態様に係る排気室では、蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることができる。
本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンの全体断面図である。 本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。 本発明に係る第一実施形態における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。 本発明に係る第一実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 比較例における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。 本発明に係る第二実施形態における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。 本発明に係る第二実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 本発明に係る第三実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。 本発明に係る第三実施形態における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。 本発明に係る第三実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 本発明に係る第四実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。 本発明に係る第四実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 本発明に係る第五実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。 本発明に係る第五実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 本発明に係る第六実施形態における蒸気タービンの要部断面図である。 本発明に係る第六実施形態における排気室内での蒸気の流れを示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態の変形例における内側ディフューザ及び補助排気枠の斜視図である。
　以下、本発明に係る排気室を備える蒸気タービンの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　「第一実施形態」
　本発明に係る蒸気タービンの第一実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
　第一実施形態の蒸気タービンは、二分流排気型の蒸気タービンである。このため、この蒸気タービンは、図１に示すように、第一蒸気タービン部１０ａと第二蒸気タービン部１０ｂとを備える。第一蒸気タービン部１０ａ及び第二蒸気タービン部１０ｂは、いずれも、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を覆うケーシング２０と、ケーシング２０に固定されている複数の静翼列１７と、蒸気流入管１９と、を備えている。なお、以下では、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対する径方向を径方向Ｄｒとする。さらに、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。
　第一蒸気タービン部１０ａと第二蒸気タービン部１０ｂとは、蒸気流入管１９を共有する。第一蒸気タービン部１０ａで、この蒸気流入管１９を除く部品は、この蒸気流入管１９を基準にして軸線方向Ｄａの一方側に配置されている。また、第二蒸気タービン部１０ｂで、この蒸気流入管１９を除く部品は、この蒸気流入管１９を基準にして軸線方向Ｄａの他方側に配置されている。なお、各蒸気タービン部１０ａ，１０ｂにおいて、前述した軸線方向Ｄａで蒸気流入管１９の側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。
　第一蒸気タービン部１０ａの構成と第二蒸気タービン部１０ｂの構成とは、基本的に同一である。このため、以下では、第一蒸気タービン部１０ａについて主として説明する。
　タービンロータ１１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸１２と、このロータ軸１２に取り付けられている複数の動翼列１３と、を有する。タービンロータ１１は、軸線Ａｒを中心として回転可能に軸受１８で支持されている。複数の動翼列１３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列１３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成される。第一蒸気タービン部１０ａのタービンロータ１１と、第二蒸気タービン部１０ｂのタービンロータ１１は、同一の軸線Ａｒ上に位置して互いに連結されて、軸線Ａｒを中心として一体回転する。
　ケーシング２０は、胴ケーシング２１と、排気室２５とを有する。胴ケーシング２１は、軸線Ａｒを中心としてほぼ円錐状の空間を形成し、タービンロータ１１の外周を覆う。タービンロータ１１の複数の動翼列１３は、この円錐状の空間内に配置されている。複数の静翼列１７は、軸線方向Ｄａに並んで、この円錐状の空間内に配置されている。複数の静翼列１７のそれぞれは、複数の動翼列１３のうちいずれか一の動翼列１３の軸線上流側Ｄａｕに配置されている。複数の静翼列１７は、胴ケーシング２１に固定されている。
　排気室２５は、図２に示すように、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０と、を有する。
　ディフューザ２６は、軸線Ａｒに対して環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かうディフューザ空間２６ｓを形成する。ディフューザ空間２６ｓ内には、タービンロータ１１の最終段動翼列１３ａから流出した蒸気が流入する。なお、最終段動翼列１３ａとは、複数の動翼列１３のうち、最も軸線下流側Ｄａｄに配置されている動翼列１３である。ディフューザ２６は、ディフューザ空間２６ｓの径方向外側Ｄｒｏの縁を画定する外側ディフューザ（又は、スチームガイド、フローガイド）２７と、ディフューザ空間２６ｓの径方向内側Ｄｒｉの縁を画定する内側ディフューザ（又はベアリングコーン）２９と、を有する。外側ディフューザ２７は、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。内側ディフューザ２９も、軸線Ａｒに対する垂直な断面が環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向うに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって広がっている。外側ディフューザ２７は、胴ケーシング２１に接続されている。
　排気ケーシング３０は、排気口３１を有する。この排気口３１は、内部から径方向外側Ｄｒｏであって鉛直下方向に向かって開口している。この排気口３１には、蒸気を水に戻す復水器Ｃｏが接続されている。よって、本実施形態の蒸気タービンは、下方排気型の復水蒸気タービンである。ここで、軸線Ａｒに直交する直交方向で、軸線Ａｒを基準にして互いに相反する側をなす非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとする。なお、本実施形態の蒸気タービンは、前述したように、下方排気型の復水蒸気タービンであるため、排気側Ｄｐｅは鉛直下側であり、非排気側Ｄｐｕは鉛直上側である。
　排気ケーシング３０は、ディフューザ２６に連通した排気空間３０ｓを形成する。この排気空間３０ｓは、ディフューザ２６の外周を軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに広がって、ディフューザ空間２６ｓから流入した蒸気を排気口３１に導く。排気ケーシング３０は、ケーシング下流側端板３２と、ケーシング上流側端板３４と、ケーシング外周板３６と、を有する。
　ケーシング下流側端板３２は、排気空間３０ｓの軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。このケーシング下流側端板３２は、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっており、実質的に軸線Ａｒに対して垂直である。ケーシング下流側端板３２で、軸線Ａｒより上側の部分は、ほぼ半円形を成している。一方、ケーシング下流側端板３２で、軸線Ａｒより下側部分は、ほぼ長方形をなしている。但し、このケーシング下流側端板３２には、軸線Ａｒを中心とした円形の開口が形成されている。この円形の開口の縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁を形成する。このケーシング下流側端板３２の下縁は、排気口３１の縁の一部を形成する。
　ケーシング外周板３６は、排気空間３０ｓの径方向外側Ｄｒｏの縁を画定する。このケーシング外周板３６は、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁に接続され、軸線方向Ｄａに広がり且つ軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに広がっている。このケーシング外周板３６は、上側が半円筒を成すかまぼこ型（semi-cylindrical shape）である。このケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの縁がケーシング下流側端板３２に接続されている。また、このケーシング外周板３６の下縁は、排気口３１の縁の一部を形成する。
　ケーシング上流側端板３４は、排気空間３０ｓの軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。ケーシング上流側端板３４は、ディフューザ２６よりも軸線上流側Ｄａｕに配置されている。このケーシング上流側端板３４は、胴ケーシング２１の外周面２１ｏから径方向外側Ｄｒｏに広がっている。このケーシング上流側端板３４は、実質的に軸線Ａｒに対して垂直である。よって、このケーシング上流側端板３４は、軸線方向Ｄａに間隔をあけてケーシング下流側端板３２と対向している。ケーシング上流側端板３４の下縁は、排気口３１の縁の一部を形成する。このケーシング上流側端板３４の径方向外側Ｄｒｏの縁のうち、排気口３１の縁を形成する部分を除く部分は、ケーシング外周板３６に接続されている。
　図１に示すように、第一蒸気タービン部１０ａの排気ケーシング３０と第二蒸気タービン部１０ｂの排気ケーシング３０とは、互いに接続されて一体化している。
　補助排気枠４０は、図２及び図３に示すように、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉの一部の領域を含み、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する。
　補助排気枠４０は、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通させる開口４１を有する。この開口４１は、軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁で確定される。なお、以下では、この開口４１中で、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かっている部分を非排気側開口部４１ｕとし、排気補助空間４０ｓ内から鉛直下方に向かっている部分を排気側開口部４１ｅとする。
　補助排気枠４０は、枠下流側端板４２と、枠上流側端板４３と、枠内周板４４と、を有する。
　枠下流側端板４２は、排気補助空間４０ｓにおける軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この枠下流側端板４２は、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面と、ケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面とは、枠下流側端板４２とケーシング下流側端板３２とが接続されている部分で滑らかに連続している。本実施形態では、枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面と、ケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面とは、いずれも径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている面であり、互いに面一で接続されている。よって、枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面、及びケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面は、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている一の仮想平面上に位置する。
　開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁は、この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁で確定される。
　枠上流側端板４３は、排気補助空間４０ｓにおける軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この枠上流側端板４３は、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠上流側端板４３の径方向外側Ｄｒｏの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁、つまり、内側ディフューザ２９中で開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁を確定する部分に接続されている。
　枠内周板４４は、排気補助空間４０ｓにおける径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。この枠内周板４４は、枠上流側端板４３の径方向内側Ｄｒｉの縁と枠下流側端板４２の径方向内側Ｄｒｉの縁とを接続する。枠内周板４４は、上流側内周板４５と、下流側内周板４６と、を有する。上流側内周板４５は、軸線Ａｒを中心として環状を成し、軸線方向Ｄａに延びる。この上流側内周板４５の軸線上流側Ｄａｕの縁は、枠上流側端板４３の径方向内側Ｄｒｉの縁に接続されている。下流側内周板４６は、軸線Ａｒを中心として環状を成し、軸線下流側Ｄａｄに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに向かって延びる。この下流側内周板４６の軸線上流側Ｄａｕの縁は、上流側内周板４５の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。この下流側内周板４６の軸線下流側Ｄａｄの縁は、枠下流側端板４２の径方向内側Ｄｒｉの縁に接続されている。
　次に、以上で説明した排気室２５の効果について説明する前に、比較例の排気室について、図５を参照して説明する。
　比較例の排気室２５ｘは、本実施形態における排気室２５と同様、ディフューザ２６ｘと、排気ケーシング３０ｘとを有する。但し、比較例の排気室２５ｘは、本実施形態における排気室２５の補助排気枠４０を有していない。比較例のディフューザ２６ｘは、本実施形態のディフューザ２６と同様、外側ディフューザ２７と、内側ディフューザ２９ｘとを有する。但し、比較例の排気室２５ｘが補助排気枠４０を有していない関係で、比較例の内側ディフューザ２９ｘには、本実施形態における開口４１ｕ，４１ｅが形成されていない。比較例の排気ケーシング３０ｘは、本実施形態の排気ケーシング３０と同様、ケーシング下流側端板３２ｘと、ケーシング上流側端板３４と、ケーシング外周板３６とを有する。比較例の内側ディフューザ２９ｘの軸線下流側Ｄａｄの縁は、ケーシング下流側端板３２ｘに接続されている。
　この比較例の排気室２５ｘ内の蒸気の流れを解析した結果、この排気室２５ｘ内では蒸気が以下のように流れることが判明した。
　タービンロータの最終段動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
　排気空間３０ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域（以下、非排気側排気空間３０ｓｕとする）内では、外側ディフューザ２７の内周面に沿って排気空間３０ｓに流入した蒸気が、外側ディフューザ２７の内周面の径方向外側Ｄｒｏの端における接線が延びる方向、つまり接線方向に流れる。この蒸気が、ケーシング外周板３６に衝突すると、一部がケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れ、他の一部がケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる。
　ケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れた蒸気は、流れの向きが次第に周方向Ｄｃになり、このケーシング外周板３６に沿って排気側Ｄｐｅに流れる。そして、この蒸気は、排気口３１から排気される。一方、ケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れた蒸気は、ケーシング下流側端板３２ｘ及び内側ディフューザ２９ｘに沿って、最終段動翼列１３ａの基部側に流れる。すなわち、ケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れた蒸気は、ケーシング下流側端板３２ｘに沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる。さらに、この蒸気は、内側ディフューザ２９の内周面に沿って、径方向内側Ｄｒｉに向かいつつ軸線上流側Ｄａｕに流れる。よって、排気空間３０ｓ内でケーシング下流側端板３２ｘに沿った領域、及びディフューザ空間２６ｓ内で内側ディフューザ２９ｘに沿った領域では、蒸気が逆流する。ディフューザ空間２６ｓ内を逆流した蒸気は、外側ディフューザ２７側に寄って再び径方向外側Ｄｒｏに流れる。このため、排気主流路Ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域（以下、非排気側主流路Ｓｕとする）内には、蒸気が循環する循環領域Ｚｘが形成される。なお、排気主流路Ｓとは、ディフューザ空間２６ｓ及び排気空間３０ｓを併せた空間である。
　一方、排気空間３０ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして排気側Ｄｐｅの領域（以下、排気側排気空間３０ｓｅとする）内では、外側ディフューザ２７の内周面に沿って排気空間３０ｓに流入した蒸気の流れ方向が、この内周面の径方向外側Ｄｒｏの端における接線が延びる接線方向の成分と、軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃで排気口３１に近づく側の方向成分とを含むに方向になる。これは、排気室２５ｘ内の非排気側Ｄｐｕの領域から周方向Ｄｃ成分を多く含む蒸気が、排気側Ｄｐｅの領域内を流れ込むからである。また、前述の接線方向が径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分を含む。排気側排気空間３０ｓｅ内では、その径方向外側Ｄｒｏに排気口３１が形成されている。このため、排気主流路Ｓ内で且つ軸線Ａｒを基準にして排気側Ｄｐｅの領域（以下、排気側主流路Ｓｅとする）内では、非排気側Ｄｐｕの領域内のように蒸気の逆流が実質的に生じない。
　以上のように、比較例では、排気主流路Ｓ内の流路断面積のうち、一部を蒸気の排気に有効利用できなくなるため、蒸気の圧力損失が大きい。
　蒸気タービンに流入する蒸気流量が少ない低負荷運転の場合や、復水器Ｃｏ内が低真空度の場合には、タービンロータの最終段動翼列１３ａから流出した蒸気の流れ方向における方向成分は、軸線下流側Ｄａｄに向かう方向成分よりも、軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃ成分、つまり旋回成分の方が相対的に大きくなる。よって、この場合、タービンロータの最終段動翼列１３ａから流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内で径方向外側Ｄｒｏに偏流する傾向が強まる。このため、ディフューザ空間２６ｓ内に流入した蒸気のうちで、外側ディフューザ２７側の蒸気の流量が内側ディフューザ２９ｘ側の蒸気の流量よりも多くなる。すなわち、低負荷運転の場合や、復水器Ｃｏ内が低真空度の場合には、外側ディフューザ２７の内周面に沿った蒸気の流れが多くなる。このため、比較例では、低負荷運転の場合や、復水器Ｃｏ内が低真空度の場合、排気室２５ｘ内で蒸気が逆流する量がより多くなり、蒸気の圧力損失が大きくなる。
　次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５の効果について、図４を参照して説明する。
　本実施形態における排気室２５内の蒸気の流れを解析した結果、この排気室２５内では蒸気が以下のように流れることが判明した。
　本実施形態でも、比較例と同様に、タービンロータの最終段動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
　非排気側排気空間３０ｓｕ内では、比較例と同様、外側ディフューザ２７の内周面に沿って非排気側排気空間３０ｓｕに流入した蒸気が、外側ディフューザ２７の内周面の径方向外側Ｄｒｏの端における接線が延びる方向、つまり接線方向に流れる。この蒸気が、ケーシング外周板３６に衝突すると、一部がケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れ、他の一部がケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れる。
　ケーシング外周板３６に沿って軸線上流側Ｄａｕに流れた蒸気は、流れの向きが次第に周方向Ｄｃになり、このケーシング外周板３６に沿って排気側Ｄｐｅに流れる。そして、この蒸気は、排気口３１から排気される。一方、ケーシング外周板３６に沿って軸線下流側Ｄａｄに流れた蒸気は、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる。
　ところで、排気補助空間４０ｓ内の圧力は、排気側主流路Ｓｅ内の圧力より高い。このため、排気補助空間４０ｓ内の流体は、補助排気枠４０の排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流れる。また、非排気側主流路Ｓｕ内の圧力は、排気補助空間４０ｓ内の圧力より高い。このため、非排気側主流路Ｓｕ内の一部の蒸気は、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。
　よって、本実施形態では、前述したように、非排気側主流路Ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気が発生しても、つまり、逆流する蒸気が発生しても、この蒸気は、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。そして、この蒸気は、前述したように、補助排気枠４０の排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流れ、排気口３１から排気される。
　本実施形態では、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕが、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏ向かって開口している。このため、本実施形態では、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気が、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に流入し易い。また、本実施形態では、補助排気枠４０における枠下側側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁が、排気ケーシング３０におけるケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。しかも、本実施形態では、枠下流側端板４２で排気補助空間４０ｓに面する内面と、ケーシング下流側端板３２で排気空間３０ｓに面する内面とが、枠下流側端板４２とケーシング下流側端板３２とが接続されている部分で滑らかに連続している。このため、本実施形態では、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気が、排気補助空間４０ｓ内に入る過程での抵抗を最小限に抑えることができる。本実施形態では、以上の観点から、非排気側主流路Ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気を、補助排気枠４０の非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に容易に流入させることができる。
　なお、本実施形態では、排気側主流路Ｓｅ内では、比較例と同様、蒸気の逆流が実質的に生じない。
　以上のように、本実施形態では、排気主流路Ｓ内で逆流する蒸気の一部を排気補助空間４０ｓ内に流入させることができる。このため、本実施形態では、排気主流路Ｓ内で蒸気が逆流する循環領域Ｚが比較例よりも縮小し、この循環領域Ｚを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。よって、本実施形態では、比較例よりも、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路Ｓ内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
　「第二実施形態」
　本発明に係る蒸気タービンの第二実施形態について、図６～図８を参照して説明する。
　本実施形態における蒸気タービンは、第一実施形態における蒸気タービンに対して、排気室の構成のみが異なっている。そこで、以下では、本実施形態における排気室について主として説明する。
　図６及び図７に示すように、本実施形態における排気室２５ａも、第一実施形態における排気室２５と同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０ａと、を有する。本実施形態におけるディフューザ２６は、第一実施形態におけるディフューザ２６と基本的に同一である。また、本実施形態における排気ケーシング３０は、第一実施形態における排気ケーシング３０と基本的に同一である。但し、本実施形態における補助排気枠４０ａは、第一実施形態における補助排気枠４０と異なる。
　本実施形態における補助排気枠４０ａも、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉの一部の領域を含み、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する。
　補助排気枠４０ａは、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通させる開口４１を有する。本実施形態における開口４１も、軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁で確定される。この開口４１中で、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かっている部分が非排気側開口部４１ｕであり、排気補助空間４０ｓ内から鉛直下方に向かっている部分が排気側開口部４１ｅである。
　本実施形態における補助排気枠４０ａは、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、枠下流側端板４２と、枠上流側端板４３ａと、枠内周板４４と、を有する。
　枠下流側端板４２は、排気補助空間４０ｓにおける軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この枠下流側端板４２は、第一実施形態における枠下流側端板４２と同じで、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。
　枠上流側端板４３ａは、排気補助空間４０ｓにおける軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この枠上流側端板４３ａは、第一実施形態における枠上流側端板４３と同様、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。但し、この枠上流側端板４３ａは、第一実施形態における枠上流側端板４３と異なり、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに広がっている。よって、枠上流側端板４３ａで排気補助空間４０ｓに面する内面は、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに向かう面である、この枠上流側端板４３ａの径方向外側Ｄｒｏの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁、つまり、内側ディフューザ２９中で開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁を確定する部分に接続されている。
　枠内周板４４は、排気補助空間４０ｓにおける径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。この枠内周板４４は、枠上流側端板４３ａの径方向内側Ｄｒｉの縁と枠下流側端板４２の径方向内側Ｄｒｉの縁とを接続する。枠上流側端板４３ａは、前述したように、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに広がっている。このため、この枠上流側端板４３ａの径方向内側Ｄｒｉの縁は、この枠上流側端板４３ａの径方向外側Ｄｒｏの縁より軸線上流側Ｄａｕに位置している。
　以上のように、本実施形態における枠上流側端板４３ａの径方向内側Ｄｒｉの縁は、この枠上流側端板４３ａの径方向外側Ｄｒｏの縁より軸線上流側Ｄａｕに位置している。このため、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置とが同じで、且つ、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置とが同じでも、本実施形態における排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。
　次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ａの効果について、図８を参照して説明する。
　本実施形態でも、比較例及び第一実施形態と同様に、タービンロータの最終段動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
　非排気側排気空間３０ｓｕ内では、比較例及び第一実施形態と同様、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気、つまり、逆流する蒸気が発生する。本実施形態においても、第一実施形態と同様、この蒸気は、補助排気枠４０ａの非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。このため、本実施形態でも、排気主流路Ｓ内で蒸気が逆流する循環領域Ｚが比較例よりも縮小し、この循環領域Ｚを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。よって、本実施形態では、比較例よりも、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路Ｓ内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
　また、本実施形態では、前述したように、排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。従って、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気の流量が増加しても、これに対応することができる。つまり、本実施形態では、逆流する蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間４０ｓ内に導入することができる。
　ところで、第一実施形態では、図４に示すように、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における方向成分は、軸線方向Ｄａ成分よりも径方向外側Ｄｒｏの方向成分の方が大きい。また、排気側排気主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れ方向における軸線方向Ｄａ成分は、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における軸線方向Ｄａ成分よりも大きい。このため、第一実施形態では、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れと、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気とが、大きな角度で混ざり合う。よって、第一実施形態では、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れの乱れが大きくなり、蒸気の圧力損失が多少増加する。
　本実施形態の枠上流側端板４３ａは、前述したように、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに広がっている。言い換えると、本実施形態の枠上流側端板４３ａは、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに広がっている。従って、本実施形態では、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分が、第一実施形態における同蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分より小さくなる。このため、本実施形態では、第一実施形態よりも、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れの乱れを抑えることができ、蒸気の圧力損失の増加を抑制することができる。
　「第三実施形態」
　本発明に係る蒸気タービンの第三実施形態について、図９～図１１を参照して説明する。
　本実施形態における蒸気タービンは、第一実施形態及び第二実施形態における蒸気タービンに対して、排気室の構成のみが異なっている。そこで、以下では、本実施形態における排気室について主として説明する。
　図９及び図１０に示すように、本実施形態における排気室２５ｂも、第一実施形態及び第二実施形態における排気室２５，２５ａと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態におけるディフューザ２６は、第一実施形態及び第二実施形態におけるディフューザ２６と基本的に同一である。また、本実施形態における排気ケーシング３０は、第一実施形態及び第二実施形態における排気ケーシング３０と基本的に同一である。但し、本実施形態における補助排気枠４０ｂは、第一実施形態及び第二実施形態における補助排気枠４０，４０ａと異なる。
　本実施形態における補助排気枠４０ｂも、第一実施形態及び第二実施形態における補助排気枠４０，４０ａと同様、ディフューザ２６よりも径方向内側Ｄｒｉの一部の領域を含み、軸線Ａｒを中心として環状を成す排気補助空間４０ｓを形成する。
　この補助排気枠４０ｂも、第一実施形態における補助排気枠４０と同様、排気補助空間４０ｓ内から径方向外側Ｄｒｏに向かって開口し、排気空間３０ｓと排気補助空間４０ｓとを連通させる開口４１を有する。本実施形態における開口４１も、軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁で確定される。この開口４１中で、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かっている部分が非排気側開口部４１ｕであり、排気補助空間４０ｓ内から鉛直下方に向かっている部分が排気側開口部４１ｅである。
　本実施形態における補助排気枠４０ｂは、第一実施形態及び第二実施形態における補助排気枠４０と同様、枠下流側端板４２と、枠上流側端板４３ｂと、枠内周板４４と、を有する。
　枠下流側端板４２は、排気補助空間４０ｓにおける軸線下流側Ｄａｄの縁を画定する。この枠下流側端板４２は、第一実施形態及び第二実施形態における枠下流側端板４２と同じで、径方向Ｄｒの成分を含む方向及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。この枠下流側端板４２の径方向外側Ｄｒｏの縁は、ケーシング下流側端板３２の径方向内側Ｄｒｉの縁と接続されている。
　枠上流側端板４３ｂは、排気補助空間４０ｓにおける軸線上流側Ｄａｕの縁を画定する。この枠上流側端板４３ｂは、第一実施形態における枠上流側端板４３と同じで、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がっている環状の板である。但し、この枠上流側端板４３ｂの径方向外側Ｄｒｏの縁は、第一実施形態及び第二実施形態における枠上流側端板４３，４３ａと異なり、開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で内側ディフューザ２９に接続されている。
　以上のように、本実施形態における枠上流側端板４３ｂの径方向外側Ｄｒｏの縁は、開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で内側ディフューザ２９に接続されている。このため、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁の位置とが同じで、且つ、軸線方向Ｄａで、本実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置と第一実施形態における開口４１の軸線下流側Ｄａｄの縁の位置とが同じでも、本実施形態における排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態や第二実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。
　次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｂの効果について、図１１を参照して説明する。
　本実施形態でも、比較例、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、タービンロータの最終段動翼列１３ａから軸線下流側Ｄａｄへ流出した蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内に流入する。この蒸気は、ディフューザ空間２６ｓ内を軸線下流側Ｄａｄに向かいつつ径方向外側Ｄｒｏに向かって流れて、排気空間３０ｓ内に流入する。
　非排気側排気空間３０ｓｕ内では、比較例及び第一実施形態と同様、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気、つまり、逆流する蒸気が発生する。本実施形態においても、第一実施形態及び第二実施形態と同様、この蒸気は、補助排気枠４０ｂの非排気側開口部４１ｕを経て、排気補助空間４０ｓ内に入る。このため、本実施形態でも、排気主流路Ｓ内で蒸気が逆流する循環領域Ｚが比較例よりも縮小し、この循環領域Ｚを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。よって、本実施形態でも、比較例よりも、蒸気の圧力損失が小さくなり、排気主流路Ｓ内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。
　また、本実施形態では、前述したように、排気補助空間４０ｓの容積を第一実施形態や第二実施形態における排気補助空間４０ｓの容積よりも大きくすることができる。従って、非排気側排気空間３０ｓｕ内で、ケーシング下流側端板３２に沿って、径方向内側Ｄｒｉに流れる蒸気の流量が増加しても、これに対応することができる。つまり、本実施形態では、逆流する蒸気の流量が増加しても、この蒸気を排気補助空間４０ｓ内に導入することができる。
　本実施形態の枠上流側端板４３ｂの径方向外側Ｄｒｏの縁は、前述したように、開口４１ｕ，４１ｅの軸線上流側Ｄａｕの縁よりも軸線上流側Ｄａｕの位置で内側ディフューザ２９に接続されている。このため、本実施形態では、軸線Ａｒを基準にして排気側Ｄｐｅにおける排気補助空間４０ｓ内の蒸気の一部は、内側ディフューザ２９の内周面に沿って流れる。この内側ディフューザ２９の内周面は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに広がっているため、排気補助空間４０ｓ内の蒸気の一部は、径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて軸線下流側Ｄａｄに向かって流れる。従って、本実施形態では、排気補助空間４０ｓ内から排気側開口部４１ｅを経て、排気側主流路Ｓｅ内に流入する蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分が、第一実施形態における同蒸気の流れ方向における径方向外側Ｄｒｏの方向成分より小さくなる。このため、本実施形態では、第二実施形態と同様、第一実施形態よりも、排気側主流路Ｓｅ内を流れる蒸気の流れの乱れを抑えることができ、蒸気の圧力損失を小さくすることができる。
　「第四実施形態」
　本発明に係る蒸気タービンの第四実施形態について、図１２及び図１３を参照して説明する。
　本実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。
　図１２に示すように、本実施形態における排気室２５ｃも、第三実施形態における排気室２５ｂと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態における排気室２５ｃは、さらに、第三実施形態における補助排気枠４０ｂである第一補助排気枠４０ｂの外に、第二補助排気枠５０ｃを備える。
　第二補助排気枠５０ｃは、排気空間３０ｓ中で少なくとも非排気側Ｄｐｕの部分と連通し、前述の排気補助空間４０ｓである第一排気補助空間４０ｓとは異なる第二排気補助空間５０ｓを形成する。この第二排気補助空間５０ｓは、少なくとも軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング下流側端板３２よりも軸線下流側Ｄａｄで、ケーシング外周板３６に沿って周方向Ｄｃに広がっている空間である。
　第二補助排気枠５０ｃは、第二枠外周板５２と、第二枠内周板５３と、第二枠下流側端板５４と、を有する。第二枠外周板５２は、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。第二枠内周板５３は、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６及び第二枠外周板５２よりも、径方向内側Ｄｒｉの位置で、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。第二枠下流側端板５４は、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がる板である。この第二下流側端板の径方向外側Ｄｒｏの縁は、第二枠外周板５２の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。また、この第二下流側端板の径方向内側Ｄｒｉの縁は、第二枠内周板５３の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。
　第二枠外周板５２の軸線上流側Ｄａｕの縁は、排気空間３０ｓと第二排気補助空間５０ｓとを連通させる開口である第二開口５１の径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。また、第二枠内周板５３の軸線上流側Ｄａｕの縁は、第二開口５１の径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。
　次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｃの効果について、図１３を参照して説明する。
　本実施形態における排気室２５ｃは、第三実施形態における排気室２５ｂと同じ第一補助排気枠４０ｂを有するので、第三実施形態と同様、非排気側排気主流路Ｓｕ内における循環領域Ｚｃを比較例よりも縮小させることができ、この循環領域Ｚｃを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。
　本実施形態では、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域が、第二排気補助空間５０ｓと連通している。このため、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内の蒸気の一部は、第二排気補助空間５０ｓ内に流入する。この結果、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃは、この第二排気補助空間５０ｓの存在によりさらに小さくなる。第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の一部は、この第二排気補助空間５０ｓ内を循環した後、直ちに、排気周流路内に戻る。また、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の残りの一部は、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る。
　以上のように、本実施形態では、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃを、第三実施形態よりも縮小させることができる。
　「第五実施形態」
　本発明に係る蒸気タービンの第五実施形態について、図１４及び図１５を参照して説明する。
　本実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。
　図１４に示すように、本実施形態における排気室２５ｄも、第三実施形態及び第四実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、第一補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態における排気室２５ｄは、第四実施形態における排気室２５ｃと同様、さらに、第二補助排気枠５０ｄを備える。
　第二補助排気枠５０ｄは、第四実施形態における第二補助排気枠５０ｃと同様、排気空間３０ｓ中で少なくとも非排気側Ｄｐｕの部分と連通し、第一排気補助空間４０ｓとは異なる第二排気補助空間５０ｓを形成する。この第二排気補助空間５０ｓは、少なくとも軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング下流側端板３２よりも軸線下流側Ｄａｄで、ケーシング外周板３６に沿って周方向Ｄｃに広がっている空間である。
　第二補助排気枠５０ｄは、第四実施形態における第二補助排気枠５０ｃと同様、第二枠外周板５２と、第二枠内周板５３ｄと、第二枠下流側端板５４と、を有する。
　第二枠外周板５２は、第四実施形態における第二枠外周板５２と同様、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。
　第二枠内周板５３ｄは、第四実施形態における第二枠内周板５３と同様、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６及び第二枠外周板５２よりも、径方向内側Ｄｒｉの位置で、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁から軸線下流側Ｄａｄに延び、且つ周方向Ｄｃに広がっている。但し、この第二枠内周板５３ｄは、第四実施形態の第二枠内周板５３と異なり、ケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの縁から軸線下流側Ｄａｄに向かうに連れて次第に径方向内側Ｄｒｉに延びている。言い換えると、この第二枠内周板５３ｄは、軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延びている。
　第二枠下流側端板５４は、第四実施形態における第二枠下流側端板５４と同様、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに広がる板である。この第二下流側端板の径方向外側Ｄｒｏの縁は、第二枠外周板５２の軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。また、この第二下流側端板の径方向内側Ｄｒｉの縁は、第二枠内周板５３ｄの軸線下流側Ｄａｄの縁に接続されている。
　第二枠外周板５２の軸線上流側Ｄａｕの縁は、排気空間３０ｓと第二排気補助空間５０ｓとを連通させる開口である第二開口５１の径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。また、第二枠内周板５３の軸線上流側Ｄａｕの縁は、第二開口５１の径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。
　次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｄの効果について、図１５を参照して説明する。
　本実施形態における排気室２５ｄは、第三実施形態及び第四実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃと同じ第一補助排気枠４０ｂを有するので、第三実施形態及び第四実施形態と同様、非排気側排気主流路Ｓｕ内における循環領域Ｚｃを比較例よりも縮小させることができ、この循環領域Ｚｃを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。
　本実施形態では、第四実施形態と同様、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域が、第二排気補助空間５０ｓと連通している。このため、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内の蒸気の一部が、第二排気補助空間５０ｓ内に流入する。この結果、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃは、この第二排気補助空間５０ｓの存在によりさらに小さくなる。第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の一部は、この第二排気補助空間５０ｓ内を循環した後、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る。また、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気の残りの一部は、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る。
　第五実施形態における第二補助排気枠５０ｄの第二枠内周板５３ｄは、軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延びている。このため、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気は、第四実施形態よりも、第二排気補助空間５０ｓ内で循環し易くなり、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気のうち、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る量が少なくなり、逆に、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る量が多くなる。すなわち、本実施形態における第二補助排気枠５０ｄは、第二排気補助空間５０ｓ内に流入した蒸気を、積極的に周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻す構造になっている。従って、本実施形態では、排気主流路Ｓ内の循環領域Ｚｃを第四実施形態よりもさらに小さくすることができる。
　「第六実施形態」
　本発明に係る蒸気タービンの第六実施形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。
　本実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。
　図１６に示すように、本実施形態における排気室２５ｅも、第三～第五実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと同様、ディフューザ２６と、排気ケーシング３０と、第一補助排気枠４０ｂと、を有する。本実施形態における排気室２５ｅは、さらに、第四実施形態及び第五実施形態における排気室２５ｃ，２５ｄと同様、第二補助排気枠５０ｅを備える。
　第二補助排気枠５０ｅは、排気空間３０ｓ中で少なくとも非排気側Ｄｐｕの部分と連通し、第一排気補助空間４０ｓとは異なる第二排気補助空間５０ｓｅを形成する。この第二排気補助空間５０ｓｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング下流側端板３２よりも軸線上流側Ｄａｕで、ケーシング外周板３６に沿って周方向Ｄｃに広がっている空間である。よって、本実施形態における第二排気補助空間５０ｓｅは、第四実施形態及び第五実施形態における第二排気補助空間５０ｓと異なり、排気ケーシング３０内に形成されている。
　第二補助排気枠５０ｅは、第二枠外周板５２ｅと、第二枠内周板５３ｅと、第二枠下流側端板５４ｅと、を有する。第二枠外周板５２ｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域におけるケーシング外周板３６の軸線下流側Ｄａｄの部分で形成されている。第二枠下流側端板５４ｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域におけるケーシング下流側端板３２の径方向外側Ｄｒｏの部分で形成されている。第二枠内周板５３ｅは、軸線Ａｒを基準にして少なくとも非排気側Ｄｐｕの領域で、ケーシング外周板３６よりも、径方向内側Ｄｒｉの位置で、ケーシング下流側端板３２から軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延び、且つ周方向Ｄｃに広がる板である。
　第二枠外周板５２ｅの軸線上流側Ｄａｕの縁は、排気空間３０ｓと第二排気補助空間５０ｓとを連通させる開口である第二開口５１ｅの径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。また、第二枠内周板５３ｅの軸線上流側Ｄａｕの縁は、第二開口５１ｅの径方向内側Ｄｒｉの縁を確定する。
　次に、以上で説明した本実施形態における排気室２５ｅの効果について、図１７を参照して説明する。
　本実施形態における排気室２５ｅは、第三～第五実施形態における排気室２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと同じ第一補助排気枠４０ｂを有するので、第三～第五実施形態と同様、非排気側排気主流路Ｓｕ内における循環領域Ｚｅを比較例よりも縮小させることができ、この循環領域Ｚｅを排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内に限定させることができる。
　本実施形態では、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域が、第二排気補助空間５０ｓｅと連通している。このため、排気主流路Ｓ内の径方向外側Ｄｒｏの領域内の蒸気の一部は、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入する。第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気の一部は、この第二排気補助空間５０ｓｅ内を循環した後、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る。また、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気の残りの一部は、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓｅの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る。
　第六実施形態における第二枠内周板５３ｅは、第五実施形態における第二枠内周板５３ｄと同様、軸線上流側Ｄａｕに向かうに連れて次第に径方向外側Ｄｒｏに延びている。このため、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気は、第四実施形態よりも、第二排気補助空間５０ｓｅ内で循環し易くなる。このため、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気のうち、直ちに、排気主流路Ｓ内に戻る量が少なくなり、逆に、周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓｅの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻る量が多くなる。すなわち、本実施形態における第二補助排気枠５０ｅも、第五実施形態と同様、第二排気補助空間５０ｓｅ内に流入した蒸気を、積極的に周方向Ｄｃに広がる第二排気補助空間５０ｓの周方向Ｄｃの端から排気主流路Ｓ内に戻す構造になっている。このため、本実施形態における第二排気補助空間５０ｓｅは、前述したように、排気ケーシング３０内に形成されているものの、排気ケーシング３０内における循環領域Ｚｅを第三実施形態よりも小さくすることができる。
　「各種変形例」
　第四～第六実施形態における第二枠下流側端板５４，５４ｅは、径方向Ｄｒに延びている。しかしながら、この第二枠下流側端板５４，５４ｅは、径方向外側Ｄｒｏの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに延びるようにしてもよい。また、この第二枠下流側端板５４，５４ｅは、径方向内側Ｄｒｉの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに延びるようにしてもよい。
　以上の各実施形態におけるケーシング下流側端板３２は、径方向Ｄｒに延びている。しかしながら、このケーシング下流側端板３２は、径方向外側Ｄｒｏの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線上流側Ｄａｕに延びるようにしてもよい。また、このケーシング下流側端板３２は、径方向内側Ｄｒｉの部分で、径方向外側Ｄｒｏに延びるに連れて次第に軸線下流側Ｄａｄに延びるようにしてもよい。
　第四～第六実施形態における蒸気タービンは、第三実施形態における蒸気タービンの変形例である。しかしながら、第四～第六実施形態における第二補助排気枠５０ｃ，５０ｄ，５０ｅの構成を、第一実施形態又は第二実施形態における蒸気タービンに適用してもよい。
　第四～第六実施形態における第二排気補助空間５０ｓ，５０ｓｅは、軸線Ａｒを基準にして非排気側Ｄｐｕの領域で、周方向Ｄｃに広がっている空間である。しかしながら、これら第二排気補助空間５０ｓ，５０ｓｅは、軸線Ａｒを中心として環状の空間であってもよい。
　以上の各実施形態における補助排気枠（第一補助排気枠）が有する開口４１は、いずれも軸線Ａｒを中心として環状である。この開口４１の軸線上流側Ｄａｕの縁は、内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁全周である。よって、この内側ディフューザ２９の軸線下流側Ｄａｄの縁全周は、軸線方向Ｄａでケーシング下流側端板３２から離れている。図１８に示すように、補助排気枠（第一補助排気枠）４０ｆは、排気補助空間４０ｓ内から鉛直上方に向かって開口している非排気側開口４１ｕｆと、排気側開口４１ｅｆとを有してもよい。この場合、内側ディフューザ２９ｆの軸線下流側Ｄａｄの縁の一部が、非排気側開口４１ｕｆの軸線上流側Ｄａｕの縁を確定し、他の一部が排気側開口４１ｅｆの軸線上流側Ｄａｕの縁を確定し、残りの部分は、ケーシング下流側端板３２又は枠下流側端板４２に接続される。すなわち、この場合の各開口４１ｕｆ，４１ｅｆは、内側ディフューザ２９ｆの一部が切り欠かれて形成されている。なお、図１８は、第一実施形態の変形例を示しているが、第二～第六実施形態における開口４１も、以上と同様に形成してもよい。
　以上のように、非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとで独立した開口を形成することでも排気室内の非排気側Ｄｐｕの部分での効率低下を低減できる。しかしながら、以上の各実施形態のように、環状開口の場合、蒸気は、排気補助空間４０ｓと排気空間３０ｓとが一体化した空間を非排気側Ｄｐｕから排気側Ｄｐｅへ流れるため、開口での分岐や合流での損失は考慮する必要がない。一方、非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとで独立した開口を形成すると、各開口の入り口付近や出口付近で流れを乱し、圧力損失を招く懸念がある。このため、非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとで独立した開口を形成すると、各開口の周方向の開口長さ等を慎重に検討する必要がある。
　以上の各実施形態における蒸気タービンは、いずれも下方排気型である。しかしながら、蒸気タービンは、側方排気型であってもよい。この場合、軸線Ａｒに直交する直交方向で、軸線Ａｒに対して互いに相反する側をなす非排気側Ｄｐｕと排気側Ｄｐｅとのうち、例えば、非排気側Ｄｐｕが軸線Ａｒを基準にして左側になり、排気側Ｄｐｅが軸線Ａｒを基準にして右側になる。
　以上の各実施形態における排気ケーシング３０は、いずれもケーシング上流側端板３４を有している。しかしながら、二分流排気型では、軸線Ａｒを基準して非排気側Ｄｐｕの領域で、第一蒸気タービン部１０ａの排気空間３０ｓと第二蒸気タービン部１０ｂの排気空間３０ｓとを連通させることで、上流側端板を省略することができる。
　以上の各実施形態の蒸気タービンは、いずれも二分流排気型である。しかしながら、排気を分流しない蒸気タービンに、本発明を適用してもよい。
　本発明の一態様に係る排気室では、蒸気の圧力損失を低減させて、圧力回復量を大きくすることができる。
１０ａ：第一蒸気タービン部
１０ｂ：第二蒸気タービン部
１１：タービンロータ
１２：ロータ軸
１３：動翼列
１３ａ：最終段動翼列
１７：静翼列
１８：軸受
１９：蒸気流入管
２０：ケーシング
２１：胴ケーシング
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｘ：排気室
２６：ディフューザ
２６ｓ：ディフューザ空間
２７：外側ディフューザ
２９，２９ｆ：内側ディフューザ
３０，３０ｘ：排気ケーシング
３０ｓ：排気空間
３０ｓｅ：排気側排気空間
３０ｓｕ：非排気側排気空間
３１：排気口
３２：ケーシング下流側端板
３４：ケーシング上流側端板
３６：ケーシング外周板
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ：補助排気枠（第一補助排気枠）
４０ｓ：排気補助空間（第一排気補助空間）
４１：開口
４１ｕ：非排気側開口部
４１ｕｆ：非排気側開口
４１ｅ：排気側開口部
４１ｅｆ：排気側開口
４２：枠下流側端板
４３，４３ａ，４３ｂ：枠上流側端板
４４：枠内周板
４５：上流側内周板
４６：下流側内周板
５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ：第二補助排気枠
５０ｓ，５０ｓｅ：第二排気補助空間
５１，５１ｅ：第二開口
５２，５２ｅ：第二枠外周板
５３，５３ｄ，５３ｅ：第二枠内周板
５４，５４ｅ：第二枠下流側端板
Ｃｏ：復水器
Ｓ：排気主流路
Ｓｅ：排気側主流路
Ｓｕ：非排気側主流路
Ｚ，Ｚｃ，Ｚｅ，Ｚｘ：循環領域
Ａｒ：軸線
Ｚ，Ｚｃ，Ｚｅ：循環領域
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｄｐｕ：非排気側
Ｄｐｅ：排気側

Claims (13)

  1. 　軸線を中心として回転する蒸気タービンロータの最終段動翼列から流出した蒸気を外部に導く蒸気タービンの排気室において、
    　前記最終段動翼列から流出した蒸気が流入し、前記軸線に対して環状を成し、軸線下流側に向うに連れて次第に前記軸線に対する径方向外側に広がるディフューザ空間を形成するディフューザと、
    　前記径方向外側に向かって開口する排気口を有し、前記ディフューザ空間に連通し、前記軸線に対する周方向に広がって、前記ディフューザ空間から流入した蒸気を前記排気口に導く排気空間を形成する排気ケーシングと、
    　前記ディフューザよりも前記軸線に対する径方向内側の一部の領域を含み、前記軸線を中心として環状を成す排気補助空間を形成する補助排気枠と、
    　を備え、
    　前記ディフューザは、
    　前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記径方向外側の縁を画定する外側ディフューザと、
    　前記軸線に対する垂直な断面が環状を成し、前記軸線下流側に向うに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がり、前記ディフューザ空間の前記軸線に対する径方向内側の縁を画定する内側ディフューザと、
    　を有し、
    　前記排気ケーシングは、前記軸線に直交する直交方向で、前記軸線を基準にして互いに相反する側をなす非排気側と排気側とのうち、前記排気側にのみ前記排気口を有し、
    　前記補助排気枠は、前記軸線を基準にして、少なくとも前記非排気側と前記排気側との部分で、前記排気補助空間内から前記径方向外側に向かって開口し、前記排気空間と前記排気補助空間とを連通される開口を有する、
    　蒸気タービンの排気室。
  2. 　請求項１に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線下流側の縁を画定する枠下流側端板を有し、
    　前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記軸線下流側の縁を確定するケーシング下流側端板を有し、
    　前記枠下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心として環状を成し、
    　前記ケーシング下流側端板は、前記軸線に対する径方向の成分を含む方向及び前記周方向に広がり、前記軸線を中心とした環状の前記径方向内側の縁を有し、
    　前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁が前記開口の前記軸線下流側の縁を確定し、
    　前記ケーシング下流側端板の前記径方向内側の縁と前記枠下流側端板の前記径方向外側の縁とが接続されている、
    　蒸気タービンの排気室。
  3. 　請求項２に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記枠下流側端板で前記排気補助空間に面する内面と、前記ケーシング下流側端板で前記排気空間に面する内面とは、前記枠下流側端板と前記ケーシング下流側端板とが接続されている部分で滑らかに連続している、
    　蒸気タービンの排気室。
  4. 　請求項２又は３に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記補助排気枠である第一補助排気枠の外に、前記排気空間中で少なくとも前記非排気側の部分と連通し、前記排気補助空間である第一排気補助空間とは異なる第二排気補助空間を形成する第二補助排気枠を備え、
    　前記排気ケーシングは、前記排気空間における前記径方向外側の縁を確定するケーシング外周板を有し、
    　前記第二補助排気枠は、前記軸線を基準にして前記非排気側で且つ前記ケーシング外周板よりも前記径方向内側の位置で、前記周方向に広がり且つ前記ケーシング下流側端板から前記軸線が延びる軸線方向を含む方向に延びる第二枠内周板を有し、
    　前記第二枠内周板は、前記第二排気補助空間の前記径方向内側の縁を確定し、
    　前記第二枠内周板における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁は、前記排気空間と前記第二排気補助空間とを連通させる第二開口の前記径方向内側の縁を確定する、
    　蒸気タービンの排気室。
  5. 　請求項４に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記第二枠内周板は、前記軸線上流側に向かうに連れて次第に前記径方向外側に向かって広がっている、
    　蒸気タービンの排気室。
  6. 　請求項４又は５に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板の前記径方向外側の端から前記軸線下流側に向かって延び、
    　前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線下流側に形成されている、
    　蒸気タービンの排気室。
  7. 　請求項４又は５に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記第二枠内周板は、前記ケーシング下流側端板中で前記径方向外側の端よりも前記径方向内側の位置から前記軸線上流側に向かって延び、
    　前記第二排気補助空間は、前記ケーシング下流側端板よりも前記軸線上流側に形成されている、
    　蒸気タービンの排気室。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記周方向で前記開口が存在する周方向領域内で、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁が、前記開口における前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側の縁を確定する、
    　蒸気タービンの排気室。
  9. 　請求項８に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有し、
    　前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成し、
    　前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記内側ディフューザの前記軸線下流側の縁であって前記開口の前記軸線上流側の縁を確定する部分に接続されている、
    　蒸気タービンの排気室。
  10. 　請求項９に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記枠上流側端板で前記排気補助空間に面する内面は、前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記軸線上流側に向かう面である、
    　蒸気タービンの排気室。
  11. 　請求項８に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記補助排気枠は、前記排気補助空間における前記軸線上流側の縁を画定する枠上流側端板を有し、
    　前記枠上流側端板は、前記軸線を中心として環状を成し、
    　前記枠上流側端板の前記径方向外側の縁は、前記開口の軸線上流側の縁よりも前記軸線上流側の位置で前記内側ディフューザに接続されている、
    　蒸気タービンの排気室。
  12. 　請求項１から１１のいずれか一項に記載の蒸気タービンの排気室において、
    　前記開口は、前記軸線を基準にして環状である、
    　蒸気タービンの排気室。
  13. 　請求項１から１２のいずれか一項に記載の蒸気タービンの排気室と、
    　前記蒸気タービンロータと、
    　前記蒸気タービンロータの外周側を覆う胴ケーシングと、
    　前記胴ケーシングの内周側に配置され、前記径方向外側の端が前記胴ケーシングに取り付けられている静翼列と、
    　を備え、
    　前記外側ディフューザは、前記胴ケーシングに接続されている、
    　蒸気タービン。
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