JP2016217285A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】排気室における流れの剥離を抑制してディフューザ性能を向上させるとともに、動翼の浸食を抑制できる蒸気タービンを提供する。【解決手段】実施形態の蒸気タービン１０は、最終段のタービン段落において、ダイアフラム外輪２６ａが、下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる拡開部８０と、拡開部８０の下流側の端部から水平方向に延設され、動翼２４ａの先端に半径方向外側から対向する延設部８１とを備え、静翼２８ａが、拡開部８０とダイアフラム内輪２７ａとの間に取り付けられ、隣接する静翼間に、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾けて設けられた案内翼９０を備え、タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において、案内翼９０の翼弦線Ｌ１を延長した延長線Ｌ２が、延設部８１と環状ディフューザ６０を構成するスチームガイド４０との内周側の接触点Ｐを通る。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、排気室を備える蒸気タービンに関する。

火力発電所などで用いられる蒸気タービンの熱効率の向上は、エネルギ資源の有効利用や、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量の削減につながる重要な課題となっている。蒸気タービンの熱効率の向上は、与えられたエネルギを有効に機械仕事に変換することで達成することができる。そのためには、様々な内部損失を低減することが必要である。

蒸気タービンの内部損失には、翼の形状に起因するプロファイル損失、蒸気の二次流れ損失、蒸気の漏洩損失、蒸気の湿り損失などに基づくタービン翼列損失、蒸気弁やクロスオーバー管に代表される翼列以外の通路における通路部損失、タービン排気室によるタービン排気損失などがある。

これら損失の中で、タービン排気損失は、全内部損失の１０〜２０％を占める大きな損失である。タービン排気損失は、最終段のタービン段落の出口から復水器入口までの間で発生する損失である。タービン排気損失は、リービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンナップ損失などにさらに分類される。このうち、フード損失は、排気室から復水器までの圧力損失である。このフード損失は、ディフューザを含めた排気室の形式、形状、サイズに依存する。

一般に、圧力損失は、蒸気の流速の二乗に比例して大きくなる。そのため、許容される範囲で排気室のサイズを大きくして蒸気の流速を低減することが効果的である。しかしながら、排気室のサイズを大きくする際、製造コストや建屋の配置スペースなどからの制約を受ける。フード損失を低減させるために排気室のサイズを大きくする際にも、このような制約を受ける。

フード損失は、タービンロータ軸方向の速度である軸流速度、換言すると排気室を通過する体積流量に依存する。また、フード損失は、ディフューザを含めた排気室の設計に依存する。低圧タービンの排気室は、蒸気タービン全体の中でも大きな容量を占める。そのため、フード損失を低減させるために排気室のサイズを拡大することは、蒸気タービン全体のサイズや製造コストに大きな影響を与える。そこで、限られた排気室のサイズで、圧力損失の小さい形状とすることが重要となる。

例えば、従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型（ダブルフロー型）の低圧タービンにおいて排気室内での損失（静圧損失）を低減するためには、スチームガイドとベアリングコーンで構成される環状のディフューザにおいて流れを減速させ、十分に静圧を回復させることが最も重要である。従来の低圧タービンでは、ベアリングコーンのタービン軸方向の長さを増加して、ディフューザのタービン軸方向の長さを増加させ、静圧を十分に回復させることが検討されてきた。

しかしながら、近年では、蒸気タービンのコンパクト化などの観点から、ベアリングコーンのタービン軸方向の長さを減少させつつ、静圧を十分に回復させることが検討されている。具体的には、コンパクトな排気室において、スチームガイドおよびベアリングコーンの形状を最適化することにより、性能向上が図られている。

ここで、図４および図５は、従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型（ダブルフロー型）の低圧タービン３００の最終段のタービン段落の動翼３１０およびその近傍の鉛直方向の子午断面の一部を示した図である。

図４に示すように、最終段のタービン段落の動翼３１０の下流側には、スチームガイド３２０とベアリングコーン３３０とが備えられている。スチームガイド３２０とベアリングコーン３３０との間には、環状ディフューザ３４０が形成される。この環状ディフューザ３４０は、最終段のタービン段落の動翼３１０を通過した蒸気が導かれる拡大流路を構成する。また、環状ディフューザ３４０は、排気室の一部を構成する。環状ディフューザ３４０に導かれた蒸気は、半径方向外側に向かって、放射状に流出される。

ここで、コンパクトな排気室において性能向上を図るためには、例えば、環状ディフューザ３４０の入口、すなわち最終段のタービン段落の動翼３１０の出口において、流れ３５０が最適な広がり角度に広がり、スチームガイド３２０の内面３２０ａに沿って流れ、ディフューザ効果を発揮できることが重要である。また、環状ディフューザ３４０に流入した流れ３５０がスチームガイド３２０の内面３２０ａ上で剥離しないことが重要である。そのためには、タービンロータ軸方向に対する流れ３５０の半径方向外側への広がり角度は、所定の範囲の広がり角度αであることが条件となる。

図４に示した従来の低圧タービン３００では、動翼３１０の先端であるシュラウド部３１１は、水平に構成されている。この動翼３１０を外周から包囲するダイアフラム外輪３６０の内面３６０ａも水平に構成されている。そして、シュラウド部３１１と内面３６０ａとの間に所定の間隙３６５が形成されている。例えば、ダイアフラム外輪３６０の内面３６０ａに、例えば、シールフィン３７０を備え、間隙３６５をシールしている。

スチームガイド３２０は、ダイアフラム外輪３６０の下流端から、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して所定の拡大傾斜角で傾斜している。

しかしながら、蒸気の流れは、動翼３１０を通過することで整流される。そのため、環状ディフューザ３４０の入口におけるスチームガイド３２０の内面３２０ａ側において、蒸気の流れの広がり角度は、広がり角度αを下回る。これによって、蒸気の流れは、スチームガイド３２０の内面３２０ａ上で剥離することがある。

一方、図５に示した従来の低圧タービン３００では、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪３６０は、静翼３８０と動翼３１０との間で、半径方向外側に内径が広がる段部３６１を備えている。この段部３６１を備えることで、動翼３１０の先端側の上流側には、タービンロータ軸方向に対して垂直な壁面３６１ａが形成される。

この場合、間隙３６５に流れる漏洩蒸気３５１は、動翼３１０の上流側において、半径方向外側に導かれ、間隙３６５に流入する。そのため、図４に示した従来の低圧タービン３００に比べて、間隙３６５に流れる漏洩蒸気３５１の流量は減少する。

一方、最終段のタービン段落付近では、蒸気は、湿り蒸気となり、水滴を含んでいる。この水滴は、遠心力によって、静翼３８０が備えられたダイアフラム外輪３６０の内面３６０ｂに付着し、液膜を形成する。この液膜は、内面３６０ｂに沿って流れ、段部３６１を形成する壁面３６１ａとの境界で吹き千切れて、動翼３１０に衝突する。

特開２０１０−２１６３２１号公報

上記したように、従来の蒸気タービンにおいては、環状ディフューザ３４０内の外周側において、蒸気の流れが剥離し、十分な静圧の回復が得られないことがある。また、液滴の衝突によって動翼３１０が浸食され、動翼３１０の寿命が低下することがある。

本発明が解決しようとする課題は、排気室における流れの剥離を抑制してディフューザ性能を向上させるとともに、液滴による動翼の浸食を抑制できる蒸気タービンを提供することである。

実施形態の蒸気タービンは、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、タービンロータの周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、前記ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪と、前記ダイアフラム外輪の内側に設けられたダイアフラム内輪と、前記ダイアフラム外輪と前記ダイアフラム内輪との間に周方向に複数の静翼を取り付けて構成され、前記動翼翼列とタービンロータ軸方向に交互に配置された静翼翼列と、前記静翼翼列と当該静翼翼列の直下流の前記動翼翼列とによって構成される複数のタービン段落と、最終段の前記タービン段落を通過した蒸気を排出する環状ディフューザとを備える。

そして、蒸気タービンにおける最終段の前記タービン段落において、前記ダイアフラム外輪が、下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる拡開部と、前記拡開部の下流側の端部から水平方向に延設され、前記動翼の先端に半径方向外側から対向する延設部とを備え、前記静翼が、前記ダイアフラム外輪の前記拡開部と前記ダイアフラム内輪との間に取り付けられ、隣接する前記静翼間に、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾けて設けられた案内翼を備え、タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において、前記案内翼の翼弦線を延長した延長線が、前記延設部と前記環状ディフューザを構成する外壁との内周側の接触点を通る。

第１の実施の形態の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面を示す図である。 第１の実施の形態の蒸気タービンにおける最終段のタービン段落および環状ディフューザの一部の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。 第２の実施の形態の蒸気タービンにおける最終段のタービン段落および環状ディフューザの一部の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。 従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンの最終段のタービン段落の動翼およびその近傍の鉛直方向の子午断面の一部を示した図である。 従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンの最終段のタービン段落の動翼およびその近傍の鉛直方向の子午断面の一部を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の鉛直方向の子午断面を示す図である。ここでは、蒸気タービン１０として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明する。

図１に示すように、蒸気タービン１０において、外部ケーシング２０内には、内部ケーシング２１が備えられている。内部ケーシング２１内には、タービンロータ２２が貫設されている。このタービンロータ２２には、周方向に亘って半径方向外側に突出するロータディスク２３が形成されている。このロータディスク２３は、タービンロータ軸方向に複数段形成されている。

タービンロータ２２のロータディスク２３には、周方向に複数の動翼２４が植設され、動翼翼列１７０を構成している。この動翼翼列１７０は、タービンロータ軸方向に複数段備えられている。タービンロータ２２は、ロータ軸受２５によって回転可能に支持されている。

内部ケーシング２１の内側には、ダイアフラム外輪２６とダイアフラム内輪２７とが設けられている。ダイアフラム外輪２６とダイアフラム内輪２７との間には、周方向に複数の静翼２８が配設され、静翼翼列１８０を構成している。この静翼翼列１８０は、タービンロータ軸方向に動翼翼列１７０と交互になるように配置されている。静翼翼列１８０と、この静翼翼列１８０の直下流の動翼翼列１７０とで一つのタービン段落を構成する。また、ダイアフラム外輪２６は、下流側に延設され、静翼２８の直下流の動翼２４を包囲している。

蒸気タービン１０の中央には、クロスオーバー管２９からの蒸気が導入される吸気室３０を備えている。この吸気室３０から左右のタービン段落に蒸気を分配して導入する。

最終段のタービン段落の下流側には、外周側のスチームガイド４０と、その内周側のベアリングコーン５０とによって、環状ディフューザ６０が形成される。この環状ディフューザ６０は、例えば、蒸気を半径方向外側に向かって排出する。なお、ベアリングコーン５０の内部には、例えば、ロータ軸受２５などが備えられている。

環状ディフューザ６０を備えた下方排気型の排気室の下方には、例えば、復水器（図示しない）が備えられる。

なお、上記した、外部ケーシング２０、内部ケーシング２１、スチームガイド４０、ベアリングコーン５０などは、上下に２つ割り構造で構成されている。例えば、上半側および下半側のスチームガイド４０によって筒状のスチームガイド４０が構成される。同様に、上半側および下半側のベアリングコーン５０よって筒状のベアリングコーン５０が構成される。そして、筒状のスチームガイド４０と、その内側に設けられた筒状のベアリングコーン５０とによって、環状ディフューザ６０が構成される。なお、スチームガイド４０およびベアリングコーン５０における上半側および下半側の構成は同じである。

次に、最終段のタービン段落の構成について詳しく説明する。

図２は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０における最終段のタービン段落および環状ディフューザ６０の一部の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。なお、図２において、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部には、図１で示した構成部の符号に「ａ」を加えて示している。また、図２に示す構成は、タービンロータ軸方向に沿う鉛直断面に限らず、タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において同様である。

図２に示すように、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪２６ａは、拡開部８０と、延設部８１とを備える。

拡開部８０は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる。拡開部８０の内面８２は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に、例えば、直線的に拡大する。この内面８２は、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度β（度）で傾斜している。

この拡大傾斜角度βは、例えば、環状ディフューザ６０の入口のスチームガイド４０の内面４１側において、タービンロータ軸方向に対する蒸気の流れ１８５の半径方向外側への広がり角度が所定の広がり角度α（度）となるように設定される。ここで、所定の広がり角度は、例えば、スチームガイド４０の内面４１上で流れの剥離が生じない範囲の角度である。

なお、図２に示すように、最終段のタービン段落の静翼２８ａは、ダイアフラム外輪２６ａの拡開部８０とダイアフラム内輪２７ａとの間に取り付けられている。

延設部８１は、拡開部８０の下流側の端部から水平方向（タービンロータ軸方向）に延設され、動翼２４ａの先端に半径方向外側から対向する。すなわち、延設部８１は、動翼２４ａを外周から包囲している。

水平方向に延びる延設部８１の水平な内面８３と、動翼２４ａの先端のシュラウド１３０との間には、所定の間隙が形成されている。この間隙には、シール部１１０が形成されている。シール部１１０は、例えば、図２に示すように、内面８３に複数のシールフィン１１１を備えることで形成される。

延設部８１の下流端面８４には、スチームガイド４０が隣接されている。このスチームガイド４０は、環状ディフューザ６０の外壁を構成する。スチームガイド４０の上流端面４２は、例えば、図２に示すように、延設部８１の下流端面８４のうちの半径方向内側部分に接している。具体的には、図２に示す断面において、例えば、スチームガイド４０の上流端面４２の半径方向内側の端部と、延設部８１の下流端面８４の半径方向内側の端部とが接触している。

なお、それぞれの半径方向内側の端部が接触している点を接触点Ｐとする。この接触点Ｐは、スチームガイド４０の上流端面４２の半径方向内側の端部と、延設部８１の下流端面８４の半径方向内側の端部との接触部のうち、最も半径方向内側の接触部となる。

スチームガイド４０は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い、半径方向外側に拡開する拡大筒状に構成されている。スチームガイド４０の上流部は、例えば、図２に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に直線的に拡大している。スチームガイド４０の下流部は、例えば、図１に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大する。

なお、スチームガイド４０の形状は、これに限られない。スチームガイド４０は、例えば、上流端から下流端において、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大するラッパ状に構成されてもよい。

スチームガイド４０の入口における内面４１は、図２に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度θ２で傾斜している。なお、スチームガイド４０が、上流端から下流端において、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大する場合には、拡大傾斜角度θ２（度）は、図２に示した断面において、スチームガイド４０の内面４１の上流端における接線とタービンロータ軸方向とのなす角で定義される。

ここで、拡大傾斜角度θ２は、最終段のタービン段落を通過した蒸気が、スチームガイド４０の内面４１上で剥離しない程度の角度に設定される。拡大傾斜角度θ２は、例えば、拡大傾斜角度βの±２０度の範囲内の角度に設定される。

ベアリングコーン５０は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い、湾曲しながら半径方向外側に拡開する拡大筒状に構成されている。ベアリングコーン５０の上流端は、図２に示すように、回動するロータディスク２３ａに接しない程度に、ロータディスク２３ａの下流側端面のうちの半径方向外側部分に隣接している。ベアリングコーン５０の下流端は、図１に示すように、外部ケーシング２０の、タービンロータ軸方向の下流側の側壁１４０の内壁面１４１に接している。

ここで、図２に示すように、隣接する静翼２８ａ間には、案内翼９０が設けられている。案内翼９０は、例えば、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ１（度）傾けられている。具体的には、案内翼９０における、前縁９１と後縁９２とを結ぶ直線である翼弦線Ｌ１が、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ１（度）傾くように、案内翼９０が配置されている。

傾斜角度θ１は、例えば、拡大傾斜角度θ２以上であることが好ましい。傾斜角度θ１をこの範囲とすることで、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。また、拡大傾斜角度θ２は、流れがスチームガイド４０の内面４１から剥離しないように、広がり角度α以下であることが好ましい。

この案内翼９０は、流線型の翼形状を有している。案内翼９０として、例えば、翼弦線Ｌ１に対称な形状の翼などを使用することができる。なお、案内翼９０の形状は、これに限られるものではない。

案内翼９０は、例えば、翼弦線Ｌ１を延長した延長線Ｌ２が上記した接触点Ｐを通るように配置される。すなわち、案内翼９０が配置される静翼２８ａの翼高さ位置は、例えば、延長線Ｌ２が接触点Ｐを通る位置に設定される。

このように、延長線Ｌ２が接触点Ｐを通るように案内翼９０を配置することで、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。

案内翼９０の前縁９１のタービンロータ軸方向の位置は、例えば、図２に示すように、静翼２８ａの前縁１００のタービンロータ軸方向の位置と同じとしてもよい。一方、案内翼９０の後縁９２は、静翼２８ａの後縁１０１よりも下流側に突出されてもよい。

なお、案内翼９０の前縁９１の位置や案内翼９０の翼弦長（翼弦線Ｌ１の長さ）は、任意に設定することができる。例えば、翼弦長を調整して、案内翼９０の前縁９１を静翼２８ａの前縁１００よりも上流側へ突出させ、案内翼９０の後縁９２を静翼２８ａの後縁１０１よりも下流側へ突出させてもよい。また、翼弦長を調整して、案内翼９０の前縁９１を静翼２８ａの前縁１００よりも下流側に位置させ、案内翼９０の後縁９２を静翼２８ａの後縁１０１よりも上流側に位置させてもよい。

なお、案内翼９０の前縁９１や後縁９２を突出させる場合、突出部が動翼２４、２４ａに接触しない程度に突出させる。

案内翼９０は、例えば、隣接する静翼２８ａ間に亘って一枚の翼で構成さてもよい。また、案内翼９０は、隣接する静翼２８ａ間で、例えば、２分割されていてもよい。この場合、分割面が接触することで、隣接する静翼２８ａ間に亘って一つの翼を形成する。案内翼９０は、静翼２８ａに、例えば、溶接などによって接合される。

上記した案内翼９０を備えることで、案内翼９０の傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。これによって、動翼２４ａにおける整流作用を受けても、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。

また、図２に示すように、隣接する静翼２８ａ間における案内翼９０よりも内周側に案内翼９５を備えてもよい。この案内翼９５は、例えば、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ５（度）傾けられている。具体的には、案内翼９５における、前縁９６と後縁９７とを結ぶ直線である翼弦線Ｌ３が、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ５傾くように、案内翼９５が配置されている。

傾斜角度θ５は、例えば、案内翼９０の傾斜角度θ１と同じに、または異なるように設定してもよい。案内翼９０によって誘導される蒸気の流れ方向と対応させるために、傾斜角度θ５は、例えば、傾斜角度θ１±１０度の範囲で設定されることが好ましい。

案内翼９５の形状は、上記した案内翼９０の形状と同じである。なお、案内翼９５は、第２の案内翼として機能する。ここでは、案内翼９５を一つ備えた一例を示しているが、この構成に限られるものではない。例えば、隣接する静翼２８ａ間における案内翼９０よりも内周側に、複数の案内翼９５を備えてもよい。なお、案内翼９０と案内翼９５との間隔、および案内翼９５間の間隔は、任意に設定することができる。

案内翼９５を備えることで、上記した案内翼９０の効果をより向上させることができる。すなわち、案内翼９０とともに、案内翼９５によっても傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。また、案内翼９５を備えることで、静翼２８ａを通過する蒸気を全体的に傾斜方向に誘導することができる。

ここで、図２に示す断面において、動翼２４ａの先端に設けられたシュラウド１３０の一部が延長線Ｌ２よりも下流側に位置する場合、図２に示すように、シュラウド１３０の下流側の端部を先端に行くに伴って下流側に突出する傾斜面１３１で構成することが好ましい。

傾斜面１３１のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θ３は、案内翼９０によって誘導される蒸気の流れ方向と対応させるために、傾斜角度θ１±１０度であることが好ましい。

なお、シュラウド１３０の一部が延長線Ｌ２よりも下流側に位置しない場合には、案内翼９０によって誘導される蒸気の流れが、シュラウド１３０によって阻害されないため、傾斜面１３１を備えなくてもよい。また、これと同様の理由から、延長線Ｌ２よりも上流側に位置するシュラウド１３０の上流側の端部には、傾斜面は備えなくてもよい。

ここで、本実施の形態における構成は、例えば、ベアリングコーン５０のタービン軸方向の長さを減少させてコンパクト化を図るとともに、環状ディフューザ６０において静圧を十分に回復させることを実現する蒸気タービンに好適である。

具体的には、最終段のタービン段落における動翼２４ａの外径Ｄに対するベアリングコーン５０のタービンロータ軸方向の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が、例えば、２／５以下となる蒸気タービンに、本実施の形態における構成は好適である（図１参照）。

ここで、図１に示すように、長さＬは、ベアリングコーン５０の動翼２４ａ側の端部からベアリングコーン５０の下流端が接する側壁１４０の内壁面１４１までの距離である。外径Ｄは、動翼２４ａが回転する際、動翼２４ａの翼先端が描く円の直径に等しい。なお、シュラウド１３０を備える動翼２４ａにおいては、シュラウド１３０を含んだ外径である。

Ｌ／Ｄが２／５以下の蒸気タービンにおいては、排気室が十分に小型化されたものとなり、製造や設置などの費用が削減される。なお、Ｌ／Ｄは、環状ディフューザ６０における曲がり損失などを考慮すると、１／５程度まで設定することができる。

次に、蒸気タービン１０の作用について、図１および図２を参照して説明する。

図１に示すように、クロスオーバー管２９を経て蒸気タービン１０内の吸気室３０に流入した蒸気は、左右のタービン段落に分岐して流れる。そして、各タービン段落の静翼２８、動翼２４を備える蒸気流路を膨張しながら通過し、タービンロータ２２を回転させる。

図２に示すように、最終段のタービン段落において、静翼２８ａを通過する蒸気は、傾斜角度θ１を有する案内翼９０によって誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼２４ａに流入する。また、案内翼９５を備える場合には、静翼２８ａを通過する蒸気は、案内翼９５によっても誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼２４ａに流入する。

動翼２４ａに流入した蒸気は、動翼２４ａにおける整流作用を受けるが、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有する。

ここで、例えば、図２に示すように、シュラウド１３０の下流側の端部に傾斜面１３１を備えた場合、シュラウド１３０の内周側を流れる蒸気は、傾斜面１３１に導かれ、半径方向外側に広がりながら流れる。

一方、最終段のタービン段落においては、蒸気が凝縮して水滴となり、遠心力によってダイアフラム外輪２６ａの内面８２、８３に付着する。付着した水滴は液膜となり、内面８２、８３に沿って下流側へ流れる。そして、液膜は、最終段のタービン段落を通過し、環状ディフューザ６０に導かれる。なお、液膜は、シールフィン１１１を乗り越え、内面８３に沿って下流側に導かれる。

このように、液膜は、ダイアフラム外輪２６ａの内面８２、８３に沿って環状ディフューザ６０に導かれる。そのため、前述した従来の蒸気タービンのように（図５参照）、液膜が吹き千切られて液滴になり、動翼２４ａに衝突することを回避できる。これによって、液滴による動翼２４ａの浸食を防止できる。

なお、ダイアフラム外輪２６ａとシュラウド１３０との間を流れる漏洩蒸気は、シール部１１０によって抑制される。

そして、環状ディフューザ６０内に流入した蒸気は、剥離することなく、スチームガイド４０の内面４１に沿って流れる。そして、その流れは、環状ディフューザ６０によって減速される。そして、環状ディフューザ６０において、静圧が十分に回復される。

環状ディフューザ６０の出口において、図１に示すように、蒸気は、半径方向外側に流出する。半径方向外側に流出した蒸気は、流れが下方に転向される。そして、転向された蒸気は、例えば、タービンロータ２２の下方に設置された復水器（図示しない）に導かれる。

上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン１０によれば、案内翼９０を備えることで、案内翼９０の傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。これによって、動翼２４ａにおける整流作用を受けても、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。そのため、スチームガイド４０の内面４１に沿う蒸気の流れの剥離が抑制され、ディフューザ性能を向上させることができる。

また、蒸気が凝縮して形成された液膜は、ダイアフラム外輪２６ａの内面８２、８３に沿って下流側へ流れ、環状ディフューザ６０に導かれる。そのため、液膜が吹き千切れた液滴のよって生じる動翼２４ａの浸食を防止できる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態の蒸気タービン１１における最終段のタービン段落および環状ディフューザ６０の一部の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。なお、図３において、図２と同様に、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部には、図１で示した構成部の符号に「ａ」を加えて示している。また、図３において、第１の実施の形態の蒸気タービン１０と同一の構成部には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と、最終段のタービン段落における、動翼の先端の形状およびシュラウドの形状が異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。

図３に示すように、最終段のタービン段落における動翼２４ａの先端およびこの先端に設けられたシュラウド１３５が、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ４で傾斜している。傾斜角度θ４は、案内翼９０からの流れがシュラウド１３５で剥離しないように、傾斜角度θ１以下であることが好ましい。また、傾斜角度θ４は、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側の流れの剥離を抑制するために、傾斜角度θ４は、拡大傾斜角度θ２以上であることが好ましい。

シュラウド１３５の上流側の端部の内面１３６は、案内翼９０の翼弦線Ｌ１を延長した延長線Ｌ２よりも内周側に位置することが好ましい。これによって、例えば、案内翼９０の内周側を通過した蒸気を、シュラウド１３５の内周側の動翼２４ａの翼有効部に導くことができる。

また、シュラウド１３５がタービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜しているため、シュラウド１３０の下流側の端部には、第１の実施の形態のような傾斜面１３１を備える必要はない。

シール部１１０は、例えば、図３に示すように、ダイアフラム外輪２６ａにおける延設部８１の内面８３およびシュラウド１３５の外周面に複数のシールフィン１１１を備えることで形成される。

上記した構成の蒸気タービン１１において、図３に示すように、最終段のタービン段落の静翼２８ａを通過する蒸気は、傾斜角度θ１を有する案内翼９０によって誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼２４ａに流入する。また、案内翼９５を備える場合には、静翼２８ａを通過する蒸気は、案内翼９５によっても誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼２４ａに流入する。

動翼２４ａのシュラウド１３５がタービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜しているため、動翼２４ａ内に流入した蒸気も、半径方向外側に広がりながら動翼２４ａを通過する。また、動翼２４ａに流入した蒸気は、動翼２４ａにおける整流作用を受けるが、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有する。

一方、最終段のタービン段落においては、蒸気が凝縮して水滴となり、遠心力によってダイアフラム外輪２６ａの内面８２、８３に付着する。付着した水滴は液膜となり、内面８２、８３に沿って下流側へ流れる。そして、液膜は、最終段のタービン段落を通過し、環状ディフューザ６０に導かれる。なお、液膜は、内面８３に備えられたシールフィン１１１を乗り越え、内面８３に沿って下流側に導かれる。

このように、液膜は、ダイアフラム外輪２６ａの内面８２、８３に沿って環状ディフューザ６０に導かれる。そのため、前述した従来の蒸気タービンのように（図５参照）、液膜が吹き千切られて液滴になり、動翼２４ａに衝突することを回避できる。これによって、液滴による動翼２４ａの浸食を防止できる。

なお、ダイアフラム外輪２６ａとシュラウド１３０との間を流れる漏洩蒸気は、シール部１１０によって抑制される。

そして、環状ディフューザ６０内に流入した蒸気は、剥離することなく、スチームガイド４０の内面４１に沿って流れる。そして、その流れは、環状ディフューザ６０によって減速される。そして、環状ディフューザ６０において、静圧が十分に回復される。

環状ディフューザ６０の出口において、図１に示すように、蒸気は、半径方向外側に流出する。半径方向外側に流出した蒸気は、流れが下方に転向される。そして、転向された蒸気は、例えば、タービンロータ２２の下方に設置された復水器（図示しない）に導かれる。

上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン１１によれば、案内翼９０を備えることで、案内翼９０の傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。また、動翼２４ａのシュラウド１３５をタービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜させることで、動翼２４ａの先端側を流れる蒸気をシュラウド１３５の傾斜方向に誘導することができる。

このような案内翼９０およびシュラウド１３５を備えることで、動翼２４ａにおける整流作用を受けても、環状ディフューザ６０の入口におけるスチームガイド４０の内面４１側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。そのため、スチームガイド４０の内面４１に沿う蒸気の流れの剥離が抑制され、ディフューザ性能を向上させることができる。

また、蒸気が凝縮して形成された液膜は、ダイアフラム外輪２６ａの内面８２、８３に沿って下流側へ流れ、環状ディフューザ６０に導かれる。そのため、液膜が吹き千切れた液滴のよって生じる動翼２４ａの浸食を防止できる。

以上説明した実施形態によれば、排気室における流れの剥離を抑制してディフューザ性能を向上させるとともに、液滴による動翼の浸食を抑制することが可能となる。

なお、上記した実施の形態では、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪２６ａにおいて、拡開部８０と延設部８１とを備える構成を示したが、他のタービン段落におけるダイアフラム外輪２６の構成は、この構成に限られない。上記した実施の形態では、最終段のタービン段落に、案内翼９０などの構成を備える一例を示したが、他のタービン段落に案内翼９０などの構成を備えてもよい。

また、上記実施の形態では、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明したが、本実施の形態の構成は、例えば、環状の排気室を備える軸流排気型の低圧タービンにも適用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１１…蒸気タービン、２０…外部ケーシング、２１…内部ケーシング、２２…タービンロータ、２３，２３ａ…ロータディスク、２４，２４ａ…動翼、２５…ロータ軸受、２６，２６ａ…ダイアフラム外輪、２７，２７ａ…ダイアフラム内輪、２８，２８ａ…静翼、２９…クロスオーバー管、３０…吸気室、４０…スチームガイド、４１，８２，８３，１３６…内面、４２…上流端面、５０…ベアリングコーン、６０…環状ディフューザ、８０…拡開部、８１…延設部、８４…下流端面、９０，９５…案内翼、９１，９６，１００…前縁、９２，９７，１０１…後縁、１１０…シール部、１１１…シールフィン、１３０，１３５…シュラウド、１３１…傾斜面、１４０…側壁、１４１…内壁面、１７０…動翼翼列、１８０…静翼翼列。

Claims (5)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられ、タービンロータの周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、
   前記ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪と、
   前記ダイアフラム外輪の内側に設けられたダイアフラム内輪と、
   前記ダイアフラム外輪と前記ダイアフラム内輪との間に周方向に複数の静翼を取り付けて構成され、前記動翼翼列とタービンロータ軸方向に交互に配置された静翼翼列と、
   前記静翼翼列と当該静翼翼列の直下流の前記動翼翼列とによって構成される複数のタービン段落と、
   最終段の前記タービン段落を通過した蒸気を排出する環状ディフューザと
   を備え、
   最終段の前記タービン段落において、
   前記ダイアフラム外輪が、
   下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる拡開部と、
   前記拡開部の下流側の端部から水平方向に延設され、前記動翼の先端に半径方向外側から対向する延設部と
   を備え、
   前記静翼が、
   前記ダイアフラム外輪の前記拡開部と前記ダイアフラム内輪との間に取り付けられ、
   隣接する前記静翼間に、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾けて設けられた案内翼を備え、
   タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において、前記案内翼の翼弦線を延長した延長線が、前記延設部と前記環状ディフューザを構成する外壁との内周側の接触点を通ることを特徴とする蒸気タービン。
2. 前記案内翼のタービンロータ軸方向に対する角度θ１が、前記環状ディフューザの入口における前記外壁のタービンロータ軸方向に対する角度θ２以上であることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
3. タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において、最終段の前記タービン段落における前記動翼の先端に設けられたシュラウドの一部が前記延長線よりも下流側に位置する場合、
   前記シュラウドの下流側の端部が、先端に行くに伴って下流側に突出する傾斜面を有し、
   前記傾斜面のタービンロータ軸方向に対する角度θ３が、前記角度θ１±１０度であることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービン。
4. 最終段の前記タービン段落における前記動翼の先端および当該先端に設けられたシュラウドが、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に角度θ４で傾斜し、
   前記角度θ４が、前記角度θ１以下であることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービン。
5. 隣接する前記静翼間の前記案内翼よりも内周側に、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾けて設けられた第２の案内翼をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン。

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