JP2019157680A - 蒸気タービン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気室内における流体損失を低減可能であり、蒸気タービンの効率を向上可能な蒸気タービン装置を提供する。【解決手段】蒸気タービン装置は、蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気を復水器に導くための排気流路を内部に画定する排気室を含むものであって、排気流路の外周側に形成される外周壁部を含む外部ケーシングと、外周壁部よりも径方向の内側に設けられる内周壁部を含む内部ケーシングと、内周壁部の流れ方向の下流側の端部に設けられ、流れ方向の下流側に向かうにつれて蒸気タービンの軸心との距離が大きくなる筒状のフローガイドと、最終段動翼の上流側における第１内部空間と、排気流路におけるフローガイドの外周面に面する第２内部空間と、を繋ぐ少なくとも一つのバイパス流路であって、フローガイドの外周面の面内方向に沿って延在する少なくとも一つのバイパス流路と、を備える。【選択図】 図２

Description

本開示は、蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気を復水器に導くための排気流路を内部に画定する排気室を含む蒸気タービン装置に関する。

通常、蒸気タービン内（内部ケーシング内）で仕事をして最終段動翼を通過した蒸気（排気）は、排気室内の排気流路を通った後に、復水器により復水される。排気流路を流れる蒸気は、排気室内のディフューザ流路を通過する際に、流れが減速されることで圧力が回復する。タービン出口から復水器までの圧力回復量が大きいほど、タービン出口圧力が下がり、タービン入口出口の圧力比が大きくなる為、タービン効率が上昇する。ここで、排気室内での圧力回復量は、排気室内を流れる蒸気の流れの性状や、排気室の内部構造物の形状などの影響を受ける。このため、タービン効率を向上させるための構成が幾つか提案されている。

例えば、特許文献１には、排気室のディフューザ流路を形成するフローガイドに偏向部材を設けて、ディフューザ流路内においてチップフローに旋回を付与し、チップフローと蒸気主流とが混合する際の損失を低減させる蒸気タービンが記載されている。

また、特許文献２には、排気室から下方に向けて蒸気が排出される蒸気タービンの排気装置であって、排気室における外周側のフローガイドと内周側のベアリングコーンとにより形成される蒸気の流路が、上側部位に比べて下側部位の方が長く形成された蒸気タービンの排気装置が記載されている。

特開２０１１−２２０１２５号公報 特開平１１−２００８１４号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の蒸気タービンや蒸気タービンの排気装置では、排気室のフローガイドよりも外周側を流れる蒸気の流れが乱れることにより、蒸気タービンの効率が低下する虞がある。フローガイドよりも外周側を流れる蒸気の流れが乱れると、例えば、フローガイドよりも外周側に位置する内部空間に、フローガイドよりも外周側を流れる蒸気により形成される循環流とは、逆方向に循環する逆循環流が形成され、排気流路のフローガイドよりも外周側における流体損失が増加する。また、逆循環流が形成されることにより循環流の渦中心が外周側に寄るため、循環流および逆循環流は、フローガイドの流れ方向の下流側の端部近傍を流れる蒸気に対して、フローガイドの内周面から剥離するような流れを誘起させる。排気流路を流れる蒸気が、ディフューザ流路の外周側を覆うフローガイドから剥離すると、排気室内における圧力回復性能が著しく低下する現象が生じることがある。このように排気室内を流れる蒸気の流れに乱れが生じると、排気室内での流体損失が大きくなり蒸気タービンの効率が低下する虞がある。

上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、排気室内における流体損失を低減可能であり、蒸気タービンの効率を向上可能な蒸気タービン装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかる蒸気タービン装置は、
蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気を復水器に導くための排気流路を内部に画定する排気室を含む蒸気タービン装置であって、
前記排気流路の外周側に形成される外周壁部を含む外部ケーシングと、
前記外周壁部よりも径方向の内側に設けられる内周壁部を含む内部ケーシングと、
前記内周壁部の流れ方向の下流側の端部に設けられ、前記流れ方向の下流側に向かうにつれて前記蒸気タービンの軸心との距離が大きくなる筒状のフローガイドと、
前記最終段動翼の上流側における第１内部空間と、前記排気流路における前記フローガイドよりも径方向の外側に位置する第２内部空間と、を繋ぐ少なくとも一つのバイパス流路であって、前記フローガイドの外周面の面内方向に沿って延在する少なくとも一つのバイパス流路と、を備える。

上記（１）の構成によれば、蒸気タービン装置は、排気流路の外周側に形成される外周壁部を含む外部ケーシングと、外周壁部よりも径方向の内側に設けられる内周壁部を含む内部ケーシングと、内周壁部の流れ方向の下流側の端部に設けられ、流れ方向の下流側に向かうにつれて蒸気タービンの軸心との距離が大きくなる筒状のフローガイドと、最終段動翼の上流側における第１内部空間と排気流路におけるフローガイドよりも径方向の外側に位置する第２内部空間とを繋ぐ少なくとも一つのバイパス流路と、を備えている。このような蒸気タービン装置は、バイパス流路により第１内部空間における蒸気の一部を第２内部空間に流すことができる。この際に、バイパス流路は、フローガイドの外周面の面内方向に沿って延在しているので、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気は、フローガイドの外周面の面内方向に沿うような流れを形成する。このため、フローガイドの外周面に面する第２内部空間は、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気により整流されるので、フローガイドよりも外周側を流れる蒸気により形成される循環流が安定的に形成されるとともに、該循環流とは逆方向に循環する逆循環流が形成されるのを抑制することができる。また、フローガイドよりも外周側に形成される循環流や逆循環流によって、フローガイドの流れ方向の下流側の端部近傍を流れる蒸気の流れが乱されることを抑制できるので、蒸気のフローガイド側での剥離を抑制でき、かつ、排気室内の実効的な排気面積が小さくなるのを抑制できるので、排気室内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。したがって、排気室内における流体損失を低減可能であり、蒸気タービンの効率を向上可能である。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バイパス流路は、前記内周壁部を貫通する貫通孔により形成される。

上記（２）の構成によれば、内周壁部を貫通する貫通孔により形成されるバイパス流路により、第１内部空間における蒸気の一部を第２内部空間に流すことができるので、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気は、フローガイドの外周面に衝突するため、フローガイドの外周面の面内方向に沿うような流れが確実に形成される。このため、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気により、フローガイドよりも径方向の外側に位置する第２内部空間を確実に整流することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バイパス流路の少なくとも一部は、前記フローガイドの内部に形成される。

上記（３）の構成によれば、バイパス流路の少なくとも一部は、内周壁部の流れ方向の下流側の端部に設けられるフローガイドの内部に形成されるので、バイパス流路が内周壁部を貫通する貫通孔により形成される場合に比べて、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気の、フローガイドの外周面への衝突を少なくすることができるので、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気による整流効果を高めることができる。また、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気の、フローガイドの外周面への衝突を少なくすることができるので、エロ―ジョンによるフローガイドの浸食を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記バイパス流路の前記第２内部空間に連通する出口側開口は、前記フローガイドの前記流れ方向の下流側の端面に形成される。

上記（４）の構成によれば、バイパス流路の第２内部空間に連通する出口側開口は、フローガイドの流れ方向の下流側の端面に形成されるので、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気が、フローガイドの外周面に衝突しない構造になっている。このため、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気がフローガイドの外周面に衝突する構造に比べて、バイパス流路を通り第２内部空間に流れ込む蒸気による整流効果を高めることができ、かつ、エロ―ジョンによるフローガイドの浸食を効果的に抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記バイパス流路の前記第２内部空間に連通する出口側開口は、前記蒸気タービンの軸線方向視において、前記出口側開口における軸線が、前記径方向に対して周方向における前記流れ方向の下流側に傾斜して設けられる。

上記（５）の構成によれば、バイパス流路の出口側開口から第２内部空間に流れる蒸気は、出口側開口の軸線に沿って流れる。ここで、出口側開口の軸線は、径方向に対して周方向における流れ方向の下流側に傾斜して設けられているので、バイパス流路の出口側開口から第２内部空間に流れる蒸気は、フローガイドの内周面に面する蒸気の流れ方向と同方向に流れる。このため、バイパス流路の出口側開口から第２内部空間に流れる蒸気とフローガイドの内周面に面する蒸気とが混合する際に発生するエネルギー損失を抑制することができるので、排気室内における流体損失を効果的に低減可能である。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記少なくとも一つのバイパス流路は、周方向に互いに間隔をおいて配設される複数のバイパス流路を含み、
前記排気室を、周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記複数のバイパス流路は、前記復水器側にのみ形成される。

上記（６）の構成によれば、排気室における復水器側は、反復水器側に比べて静圧が低いので、蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気の流れが軸方向に沿うような傾向がある。このため、排気室における復水器側を流れる蒸気は、反復水器側を流れる蒸気に比べて、フローガイドの内周面からの剥離が発生しやすいという傾向がある。そこで、複数のバイパス流路を蒸気の剥離が発生しやすい復水器側に形成することで、復水器側を流れる蒸気のフローガイドの内周面からの剥離を抑制することができる。また、複数のバイパス流路を反復水器側に形成しないことで、反復水器側を流れる蒸気が、バイパス流路から流れる蒸気と混合する際に発生するエネルギー損失を防止することができる。したがって、上記（６）の構成によれば、排気室内における流体損失を効果的に低減可能である。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記少なくとも一つのバイパス流路は、周方向に互いに間隔をおいて配設される複数のバイパス流路を含み、
前記排気室を、前記周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記復水器側に形成される複数のバイパス流路は、前記反復水器側に形成される複数のバイパス流路よりもバイパス流路間の間隔が狭く形成されている。

上述したように、排気室における復水器側を流れる蒸気は、反復水器側を流れる蒸気に比べて、フローガイドの内周面からの剥離が発生しやすいという傾向がある。上記（７）の構成によれば、蒸気の剥離が発生しやすい復水器側に形成される複数のバイパス流路の間隔を、反復水器側に形成される複数のバイパス流路の間隔よりも狭くすることで、復水器側を流れる蒸気のフローガイドの内周面からの剥離を効果的に抑制することができる。また、蒸気の剥離が発生し難い反復水器側に形成される複数のバイパス流路の間隔を、復水器側に形成される複数のバイパス流路の間隔よりも広くすることで、反復水器側を流れる蒸気がバイパス流路から流れる蒸気と混合する際に発生するエネルギー損失を抑制しつつ、反復水器側を流れる蒸気のフローガイドの内周面からの剥離を効果的に抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の構成において、
前記筒状のフローガイドは、
第１凹状面を有するアーチ状の第１フローガイドと、
前記第１凹状面に対向する第２凹状面を有するアーチ状の第２フローガイドと、を含み、
前記第１フローガイドおよび前記第２フローガイドの少なくとも一方は、前記内周壁部に前記蒸気タービンの軸線に対する角度を調整可能に支持される。

ここで、蒸気タービンは環境変化により効率が低下する虞がある。より具体的には、復水器内の圧力は、季節の変化による気温の変化などの環境の変化により変動するものであり、該復水器内の圧力の変化は、排気室内の蒸気の流れを変化させる。特に気温が高い場合には、復水器内の圧力が高くなる（低真空度になる）ので、排気室内を流れる蒸気の流れに乱れが生じる。このように排気室内を流れる蒸気の流れに乱れが生じると、排気室内での流体損失が大きくなり蒸気タービンの効率が低下する虞がある。上記（８）の構成によれば、筒状のフローガイドは、アーチ状の第１フローガイドと、アーチ状の第２フローガイドと、を含んでいる。そして、第１フローガイドおよび第２フローガイドの少なくとも一方は、内周壁部に蒸気タービンの軸線に対する角度を調整可能に支持されている。このため、上述したような環境変化に応じて、第１フローガイドおよび第２フローガイドの角度を調整することで、蒸気タービンの効率を向上させることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記第１フローガイドは、前記内周壁部の前記下流側の端部にボルト締結により締結される第１締結部を含み、
前記第２フローガイドは、前記内周壁部の前記下流側の端部にボルト締結により締結される第２締結部を含み、
前記蒸気タービン装置は、前記内周壁部の前記下流側の端部と前記第１締結部との間に挟持される第１弾性部材と、前記内周壁部の前記下流側の端部と前記第２締結部との間に挟持される第２弾性部材と、をさらに備える。

上記（９）の構成によれば、第１フローガイドおよび第２フローガイドは、第１弾性部材や第２弾性部材の弾性力により付勢されるので緩みを防止することができる。特に、第１締結部や第２締結部が、第１フローガイドや第２フローガイドの蒸気をガイドするためのガイド面に対して折れ曲がっており、且つ、ボルト締結されるボルトが、第１締結部や第２締結部の軸線に対して径方向に偏心した位置を挿通するような場合には、ボルト締結の締結力を調整することで、第１フローガイドや第２フローガイドの角度を容易に調整することができる。よって、第１フローガイドおよび第２フローガイドの角度の調整を短時間で行うことができるので、蒸気タービンの稼働までにかかる時間を短縮することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の構成において、
前記筒状のフローガイドは、
第１凹状面を有するアーチ状の第１フローガイドと、
前記第１凹状面に対向する第２凹状面を有するアーチ状の第２フローガイドと、を含み、
前記内周壁部は、前記下流側の端部に被嵌合部を有し、
前記第１フローガイドは、前記被嵌合部に嵌合可能な第１嵌合部を有し、
前記第２フローガイドは、前記被嵌合部に嵌合可能な第２嵌合部を有する。

上記（１０）の構成によれば、筒状のフローガイドは、アーチ状の第１フローガイドと、アーチ状の第２フローガイドと、を含んでいる。そして、第１フローガイドや第２フローガイドは、内周壁部の被嵌合部に嵌合可能な第１嵌合部や第２嵌合部を有しているので、筒状に形成されたフローガイドに比べて、内周壁部への取り付け、取り外しが容易であり、交換を短時間で行うことができるので、蒸気タービンの稼働までにかかる時間を短縮することができる。また、上述したように、蒸気タービンは環境変化により効率が低下する虞があるが、環境に応じたフローガイドに交換することで、蒸気タービンの効率を向上させることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記第１フローガイドは、前記被嵌合部に前記第１嵌合部を嵌合させた状態でボルト締結により締結可能に構成され、
前記第２フローガイドは、前記被嵌合部に前記第２嵌合部を嵌合させた状態でボルト締結により締結可能に構成されている。

上記（１１）の構成によれば、第１フローガイドや第２フローガイドは、被嵌合部に第１嵌合部や第２嵌合部を嵌合させるので、内周壁部から外れ難い構造になっており、被嵌合部に第１嵌合部や第２嵌合部を嵌合させない構造に比べて、ボルト締結に必要なボルトの本数を減らすことができる。そして、第１フローガイドや第２フローガイドは、ボルト締結に必要なボルトの本数を減らすことで、内周壁部への取り付け、取り外しが容易であり、交換をより短時間で行うことができるので、蒸気タービンの稼働までにかかる時間をさらに短縮することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１１）の構成において、
前記外部ケーシングは、開口部を有する第１外部ケーシングと、前記第１外部ケーシングの前記開口部を閉止可能な第２外部ケーシングであって、ヒンジを介して前記第１外部ケーシングに対して回動可能に接続される第２外部ケーシングと、を含む。

仮に、第２外部ケーシングと第１外部ケーシングとが完全に分離されるような構造になっている場合には、第２外部ケーシングを第１外部ケーシングに取り付ける際に位置決め作業が必要になり、該位置決め作業に時間がかかるという問題がある。上記（１２）の構成によれば、第２外部ケーシングは、第１外部ケーシングの開口部を閉止可能であり、且つ、ヒンジを介して第１外部ケーシングに対して回動可能に接続されているので、第２外部ケーシングを第１外部ケーシングに対して回転開放させることができる。また、第２外部ケーシングは、ヒンジを介して第１外部ケーシングに接続されているので、第１外部ケーシングの開口部を閉止する際の位置決め作業を省略又は簡略化させることができる。このため、第２外部ケーシングの開閉にかかる時間を短縮することができるので、ディフューザ（フローガイドやベアリングコーン）の交換などのメンテナンス性を向上させることができる。また、上述したように、蒸気タービンは環境変化により効率が低下する虞があるが、環境に応じたディフューザに交換することを迅速に行うことができるので、蒸気タービンの効率を向上させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、排気室内における流体損失を低減可能であり、蒸気タービンの効率を向上可能な蒸気タービン装置が提供される。

本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン装置を備える蒸気タービンの軸方向に沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 図２に示すＡ−Ａ線矢視相当の概略断面図である。 比較例にかかる蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態におけるバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 本発明の他の一実施形態におけるバイパス流路であって、周方向において蒸気タービンの軸線に対して傾斜して設けられるバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略部分拡大図である。 本発明の他の一実施形態におけるバイパス流路であって、復水器側にのみ設けられたバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 本発明の他の一実施形態におけるバイパス流路であって、復水器側が反復水器側よりも周方向における互いの間隔が短いバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 本発明の一実施形態における第１フローガイドおよび第２フローガイドを説明するための図であって、蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 図１０に示す第１フローガイドおよび第２フローガイドの斜視図である。 比較例にかかるフローガイドを説明するための図であって、蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 本発明の他の一実施形態における第１フローガイドおよび第２フローガイドを説明するための図であって、蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 図１３に示す第１フローガイドおよび第２フローガイドの斜視図である。 本発明の一実施形態における外部ケーシング、および外部ケーシングを吊り下げるクレーンを説明するための図であって、第２外部ケーシングが第１外部ケーシングを閉止した状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 図１５に示す第２外部ケーシングを第１外部ケーシングに対して１８０度開いた状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 本発明の他の一実施形態における外部ケーシング、および外部ケーシングを吊り下げるクレーンを説明するための図であって、第２外部ケーシングが第１外部ケーシングを閉止した状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 図１７に示す図中左右両側に位置する二つの第２外部ケーシングを第１外部ケーシングに対して９０度開いた状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。 比較例にかかる外部ケーシング、および外部ケーシングを吊り下げるクレーンを説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」および「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同様の符号を付し説明を省略することがある。

まず、幾つかの実施形態にかかる蒸気タービン装置を備える蒸気タービンの全体構造について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン装置を備える蒸気タービンの軸方向に沿った概略断面図である。図１に示されるように、蒸気タービン１は、長尺棒状のロータ１１と、ロータ１１を回転可能に支持するベアリング１２と、ロータ１１に設けられた複数段の動翼１３と、ロータ１１及び動翼１３を収容する内部ケーシング４と、動翼１３に対向するように内部ケーシング４に設けられた複数段の静翼１４と、内部ケーシング４の径方向の外側に設けられる外部ケーシング３と、を備えている。このような蒸気タービン１においては、蒸気入口１５から内部ケーシング４の内部に導入された蒸気が、静翼１４を通過する際に膨張して増速されて、動翼１３に対して仕事をしてロータ１１を回転させるようになっている。なお、図１に示されるように、蒸気タービン１の軸心ＬＡは、ロータ１１の中心軸ＬＣ上に存在してもよい。

また、蒸気タービン１は、排気室２０を備えている。排気室２０は、図１に示されるように、動翼１３および静翼１４の下流側に位置している。内部ケーシング４内において動翼１３および静翼１４を通過した蒸気（蒸気流れＦＳ）は、蒸気の流れ方向の最も下流側に位置する動翼である最終段動翼１３Ａよりも、流れ方向の下流側に位置する排気室入口２２から排気室２０に流入し、排気室２０の内部に形成された排気流路２１を通った後に、排気室２０の下方に設けられた排気室出口２３から蒸気タービン１の外部に排出される。なお、図１に示される実施形態では、排気室出口２３は、ロータ１１の中心軸ＬＣを挟んで蒸気入口１５とは反対側に位置しているが、他の実施形態では、排気室出口２３は、ロータ１１の中心軸ＬＣに対して蒸気入口１５と同じ側に位置していてもよいし、ロータ１１の中心軸ＬＣに対して水平方向に離れた位置に設けられていてもよい。

図１に示される実施形態では、排気室２０の下方には復水器１６が設けられている。復水器１６は、排気室２０の排気室出口２３から蒸気が流入する復水器入口１６１が形成された胴１６２と、該胴１６２の内部に配置される不図示の複数の伝熱管と、を備えている。複数の伝熱管の内部には海水などで冷却された冷却水が流れている。この場合には、排気室２０の排気室出口２３から復水器入口１６１を介して胴１６２の内部に流入した蒸気は、複数の伝熱管により凝縮されることで復水する。

また、蒸気タービン１は、図１に示されるように、ベアリング１２の外周側を覆うように設けられるベアリングコーン８と、排気室２０内においてベアリングコーン８の径方向外側に設けられるフローガイド５と、を備えている。ベアリングコーン８やフローガイド５は、流れ方向の下流側（軸方向外側）に向かうにつれて蒸気タービン１の軸心ＬＡとの距離が大きくなる筒状に形成されている。排気室２０の内部には、ベアリングコーン８とフローガイド５とにより環状のディフューザ流路２４が形成されている。ディフューザ流路２４は、最終段動翼１３Ａよりも流れ方向の上流側の第１内部空間２５に連通するとともに、流れ方向の下流側に向かうにつれて断面積が徐々に拡大する形状を有している。そして、蒸気タービン１の最終段動翼１３Ａを通過した高速の蒸気流れＦＳがディフューザ流路２４に流入すると、蒸気流れＦＳが減速されて蒸気が有する運動エネルギーが圧力へと変換（静圧回復）されるようになっている。なお、図１に示されるように、ベアリングコーン８およびフローガイド５の中心軸は、ロータ１１の中心軸ＬＣと同じ直線上に存在してもよい。

次に、図１〜図９を参照して、幾つかの実施形態にかかる蒸気タービン装置２の構成について、具体的に説明する。ここで、図２は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。図３は、図２に示すＡ−Ａ線矢視相当の概略断面図である。なお、図３においては、バイパス流路９を省略するとともに復水器側を一緒に示している。

幾つかの実施形態にかかる蒸気タービン装置２は、図１に示されるように、蒸気タービン１の最終段動翼１３Ａを通過した蒸気を復水器１６に導くための排気流路２１を内部に画定する排気室２０を含んでいる。そして、蒸気タービン装置２は、図２に示されるように、排気流路２１の外周側に形成される外周壁部３１を含む上述した外部ケーシング３と、外周壁部３１よりも径方向の内側に設けられる内周壁部４１を含む上述した内部ケーシング４と、内周壁部４１の流れ方向の下流側（軸方向の外側）の端部４３に設けられ、流れ方向の下流側（図２中右側、軸方向の外側）に向かうにつれて蒸気タービン１の軸心ＬＡとの距離が大きくなる筒状のフローガイド５と、最終段動翼１３Ａの上流側における第１内部空間２５と排気流路２１におけるフローガイド５よりも径方向の外側に位置する第２内部空間２６とを繋ぐ少なくとも一つのバイパス流路９と、を備えている。

そして、少なくとも一つのバイパス流路９は、フローガイド５の外周面５２の面内方向に沿って延在している。ここで、バイパス流路９がフローガイド５の外周面５２の面内方向に沿って延在するとは、バイパス流路９を流れる蒸気が出口側開口９２からフローガイド５の外周面５２の面内方向に沿って流出するようになっていればよく、出口側開口９２やバイパス流路９の出口側開口９２に連なる部分の軸線が、フローガイド５の外周面５２の面内方向に沿っていればよい。また、図２に示される実施形態では、フローガイド５は、軸方向に沿った断面において円弧状に形成されているが、軸方向に沿った断面において一本の直線状（図１０参照）や多直線状に形成されていてもよい。

外部ケーシング３は、図２に示されるように、軸方向に沿って延在する外周壁部３１と、径方向に沿って延在する第１壁部３２であって、第１壁部３２の径方向の外側の端部（図中上端部）が外周壁部３１の軸方向の外側の端部（図中右端部）に接続される第１壁部３２と、を含んでいる。第１壁部３２は、図２に示されるように、径方向の内側の端部（図中下端部）がベアリングコーン８の流れ方向の下流側の端部に接続されている。また、ベアリングコーン８は、図２に示されるように、軸方向に沿った断面において多直線状に形成されているが、軸方向に沿った断面において円弧状に形成されていてもよい。なお、他の幾つかの実施形態では、ベアリングコーン８の流れ方向の下流側の端部が外周壁部３１の軸方向の外側の端部に接続されていてもよい。また、他の幾つかの実施形態では、ベアリングコーン８は、外部ケーシング３の内部に収容されていてもよい。

図３に示されるように、排気室２０を周方向において、排気室出口２３や復水器１６が設けられる側を復水器側と、排気室出口２３や復水器１６が設けられる側とは反対側を反復水器側と、に区分する。図３に示されるように、復水器側と反復水器側とを区分する際の境界は、水平線ＬＨである。ここで、水平線ＬＨは、ロータ１１の中心軸ＬＣを通る軸線に直交して水平方向（図３中左右方向）に沿って延在する直線である。図３に示されるように、外周壁部３１は、水平線ＬＨが延在する方向に沿った断面内において、復水器側が半環状に形成されるとともに、反復水器側が鉛直方向に沿って延在している。

また、図２に示される実施形態では、内部ケーシング４は、軸方向に沿って延在する内周壁部４１と、内周壁部４１の外周側に接続されるとともに径方向に沿って延在する第２壁部４２と、を含んでいる。内部ケーシング４は、第２壁部４２を介して外部ケーシング３に支持されている。

バイパス流路９は、図２に示されるように、第１内部空間２５に連通する入口側開口９１と、第２内部空間２６に連通する出口側開口９２と、を含んでいる。

上述した第１内部空間２５は、図２に示されるように、最終段動翼１３Ａの上流側に形成される空間である。より具体的には、第１内部空間２５は、内周壁部４１よりも径方向の内側、且つ、最終段動翼１３Ａよりも軸方向の内側に位置する空間である。第１内部空間２５は、好ましくは、最終段動翼１３Ａよりも軸方向の内側、且つ、最終段静翼１４Ａよりも軸方向の外側に位置する空間である。この場合には、最終段動翼１３Ａよりも手前側の動翼１３に対して仕事をした蒸気を利用するので、蒸気タービン１の効率の低下を抑制することができる。なお、最終段動翼１３Ａよりも軸方向の内側とは、最終段動翼１３Ａの径方向の外側に位置する空間を含むものである。同様に最終段静翼１４Ａよりも軸方向の外側とは、最終段静翼１４Ａの径方向の内側に位置する空間を含むものである。

上述した第２内部空間２６は、図２に示されるように、排気流路２１におけるフローガイド５よりも径方向の外側に位置する空間である。より具体的には、第１内部空間２５は、フローガイド５の軸方向の外側端よりも軸方向の内側、且つ、第２壁部４２の端面４２１よりも軸方向の外側に位置する空間である。

バイパス流路９は、図２に示されるように、内周壁部４１を貫通する貫通孔４４により形成されている。そして、バイパス流路９の入口側開口９１は、図２に示されるように、内周壁部４１の流れ方向の下流側の端部４３の内周面４３１における、最終段動翼１３Ａの端面に対向する位置に形成されている。また、バイパス流路９の出口側開口９２は、図２に示されるように、端部４３の下流側の端面４３２におけるフローガイド５よりも径方向の外側の位置に形成されている。また、図２に示されるように、貫通孔４４は、途中で軸線が折れ曲がるように形成されているが、出口側開口９２における軸線は、フローガイド５の外周面５２の面内方向に沿っている。なお、他の実施形態では、貫通孔４４は、軸線が直線状や円弧状になるような形状に形成されていてもよい。

図４は、比較例にかかる蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。図４においては、図２に示される実施形態と同一の符号を有する部材については、その説明を省略する。図４に示される比較例の蒸気タービン装置２Ａは、上述した外部ケーシング３と、上述した内部ケーシング４と、上述したフローガイド５と、を備えているが、上述したバイパス流路９を備えない構成になっている。本発明の発明者らは、鋭意検討の結果、以下のことを見出した。すなわち、比較例の蒸気タービン装置２Ａにおいては、図４に示されるように、フローガイド５よりも径方向の外側を流れる蒸気により形成される循環流Ｃとは、逆方向に循環する逆循環流ＲＣが形成され、排気流路２１のフローガイド５よりも径方向の外側における流体損失が増加する。また、図４に示されるように、逆循環流ＲＣが形成されることにより循環流Ｃの渦中心が排気室２０内の径方向の外側に寄るため、循環流Ｃおよび逆循環流ＲＣは、フローガイド５の流れ方向の下流側の端部近傍を流れる蒸気に対して、フローガイド５の内周面５１から剥離するような流れを誘起させる。排気流路２１を流れる蒸気が、ディフューザ流路２４の外周側を覆うフローガイド５から剥離すると、排気室２０内における圧力回復性能が著しく低下する現象が生じることがある。該現象は特許文献１や２に記載された構成においても生じることがある。

そこで、本発明の発明者らは、上述したバイパス流路９を流れる蒸気によるフローガイド５よりも径方向の外側を流れる蒸気を整流することで、排気流路２１を流れる蒸気のフローガイド５側での剥離を抑制することに思い至った。

上述したように、幾つかの実施形態にかかる蒸気タービン装置２は、図２に示されるように、上述した排気流路２１を内部に画定する排気室２０を含むものあって、上述した外周壁部３１を含む上述した外部ケーシング３と、上述した内周壁部４１を含む上述した内部ケーシング４と、上述したフローガイド５と、上述した少なくとも一つのバイパス流路９と、を備えている。

上記の構成によれば、蒸気タービン装置２は、排気流路２１の外周側に形成される外周壁部３１を含む外部ケーシング３と、外周壁部３１よりも径方向の内側に設けられる内周壁部４１を含む内部ケーシング４と、内周壁部４１の流れ方向の下流側の端部４３に設けられ、流れ方向の下流側に向かうにつれて蒸気タービン１の軸心との距離が大きくなる筒状のフローガイド５と、最終段動翼１３Ａの上流側における第１内部空間２５と排気流路２１におけるフローガイド５よりも径方向の外側に位置する第２内部空間２６とを繋ぐ少なくとも一つのバイパス流路９と、を備えている。

このような蒸気タービン装置２は、バイパス流路９により第１内部空間２５における蒸気の一部を第２内部空間２６に流すことができる。この際に、バイパス流路９は、フローガイド５の外周面５２の面内方向に沿って延在しているので、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気は、フローガイド５の外周面５２の面内方向に沿うような流れを形成する。このため、フローガイド５の外周面５２に面する第２内部空間２６は、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気により整流されるので、フローガイド５よりも外周側を流れる蒸気により形成される循環流Ｃが安定的に形成されるとともに、該循環流Ｃとは逆方向に循環する逆循環流ＲＣ（図４参照）が形成されるのを抑制することができる。また、フローガイド５よりも外周側に形成される循環流Ｃや逆循環流ＲＣによって、フローガイド５の流れ方向の下流側の端部４３近傍を流れる蒸気の流れが乱されることを抑制できるので、蒸気のフローガイド５側での剥離を抑制でき、かつ、排気室２０内の実効的な排気面積が小さくなるのを抑制できるので、排気室２０内での蒸気の圧力回復量を向上させることができる。したがって、排気室２０内における流体損失を低減可能であり、蒸気タービン１の効率を向上可能である。

幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述したバイパス流路９は、内周壁部４１を貫通する貫通孔４４により形成されている。

上記の構成によれば、内周壁部４１を貫通する貫通孔４４により形成されるバイパス流路９により、第１内部空間２５における蒸気の一部を第２内部空間２６に流すことができるので、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気は、フローガイド５の外周面５２に衝突するため、フローガイド５の外周面５２の面内方向に沿うような流れが確実に形成される。このため、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気により、フローガイド５よりも径方向の外側に位置する第２内部空間２６を確実に整流することができる。

図５は、本発明の他の一実施形態にかかる蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。幾つかの実施形態では、図５に示されるように、上述したバイパス流路９の少なくとも一部は、フローガイド５の内部に形成される。バイパス流路９は、図５に示されるように、内周壁部４１の下流側の端部４３を貫通する第１貫通孔４５と、フローガイド５の内部に形成された第２貫通孔５４と、により形成されている。第２貫通孔５４は、図５に示されるように、軸線がフローガイド５の外周面５２の面内方向に沿うような形状に形成されている。

そして、バイパス流路９の入口側開口９１は、図５に示されるように、第１貫通孔４５の入口側開口であり、内周壁部４１の流れ方向の下流側の端部４３の内周面４３１における、最終段動翼１３Ａの端面に対向する位置に形成されている。また、バイパス流路９の出口側開口９２は、図５に示されるように、フローガイド５の流れ方向の下流側の端面５３に形成されている。なお、他の幾つかの実施形態では、バイパス流路９の出口側開口９２は、フローガイド５の外周面５２に形成されていてもよい。

また、図５に示されるように、第１貫通孔４５の出口側開口は、端部４３の下流側の端面４３２に形成されており、フローガイド５の軸方向の内側の端面に形成された第２貫通孔５４の入口側開口に連通するようになっている。

上記の構成によれば、バイパス流路９の少なくとも一部は、内周壁部４１の流れ方向の下流側の端部４３に設けられるフローガイド５の内部に形成されるので、バイパス流路９が内周壁部４１を貫通する貫通孔４４により形成される場合に比べて、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気の、フローガイド５の外周面５２への衝突を少なくすることができるので、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気による整流効果を高めることができる。また、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気の、フローガイド５の外周面５２への衝突を少なくすることができるので、エロ―ジョンによるフローガイド５の浸食を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図５に示されるように、上述したバイパス流路９の第２内部空間２６に連通する出口側開口９２は、フローガイド５の流れ方向の下流側の端面５３に形成される。

上記の構成によれば、バイパス流路９の第２内部空間２６に連通する出口側開口９２は、フローガイド５の流れ方向の下流側の端面５３に形成されるので、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気が、フローガイド５の外周面５２に衝突しない構造になっている。このため、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気がフローガイド５の外周面５２に衝突するような構造に比べて、バイパス流路９を通り第２内部空間２６に流れ込む蒸気による整流効果を高めることができ、かつ、エロ―ジョンによるフローガイド５の浸食を効果的に抑制することができる。

図６は、本発明の一実施形態におけるバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。幾つかの実施形態では、図６に示されるように、上述したバイパス流路９は、周方向に互いに均等に間隔をおいて配設される。そして、バイパス流路９は、出口側開口９２における軸線が、径方向に沿って設けられる。この場合には、復水器側および反復水器側を流れる蒸気のフローガイド５の内周面５１からの剥離を抑制することができる。

図７は、本発明の他の一実施形態におけるバイパス流路であって、周方向において蒸気タービンの軸線に対して傾斜して設けられるバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略部分拡大図である。幾つかの実施形態では、図７に示されるように、上述したバイパス流路９の第２内部空間２６に連通する出口側開口９２は、蒸気タービン１の軸線方向視（軸方向視）において、出口側開口９２における軸線が、径方向に対して周方向における流れ方向の下流側に傾斜して設けられる。図７に示される実施形態では、反時計周りにロータ１１が回転し、排気室２０内には、反時計周り方向に傾斜する蒸気の流れが形成されるようになっている。そして、出口側開口９２における軸線ＬＥは、図７に示されるように、径方向に対して反時計周り方向に角度θだけ傾斜して設けられている。

上記の構成によれば、バイパス流路９の出口側開口９２から第２内部空間２６に流れる蒸気は、出口側開口９２の軸線に沿って流れる。ここで、出口側開口９２の軸線ＬＥは、径方向に対して周方向における流れ方向の下流側に傾斜して設けられているので、バイパス流路９の出口側開口９２から第２内部空間２６に流れる蒸気は、フローガイド５の内周面５１に面する蒸気の流れ方向と同方向に流れる。このため、バイパス流路９の出口側開口９２から第２内部空間２６に流れる蒸気とフローガイド５の内周面５１に面する蒸気とが混合する際に発生するエネルギー損失を抑制することができるので、排気室２０内における流体損失を効果的に低減可能である。

図８は、本発明の他の一実施形態におけるバイパス流路であって、復水器側にのみ設けられたバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。幾つかの実施形態では、図８に示されるように、上述したバイパス流路９は、周方向に互いに間隔をおいて配設される。そして、図８に示されるように、上述した排気室２０を、周方向において、復水器１６が設けられる復水器側と、復水器１６が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、上述したバイパス流路９は、復水器側にのみ形成される。

上記の構成によれば、排気室２０における復水器側は、反復水器側に比べて静圧が低いので、蒸気タービン１の最終段動翼１３Ａを通過した蒸気の流れが軸方向に沿うような傾向がある。このため、排気室２０における復水器側を流れる蒸気は、反復水器側を流れる蒸気に比べて、フローガイド５の内周面５１からの剥離が発生しやすいという傾向がある。そこで、複数のバイパス流路９を蒸気の剥離が発生しやすい復水器側に形成することで、復水器側を流れる蒸気のフローガイド５の内周面５１からの剥離を抑制することができる。また、複数のバイパス流路９を反復水器側に形成しないことで、反復水器側を流れる蒸気が、バイパス流路９から流れる蒸気と混合する際に発生するエネルギー損失を防止することができる。したがって、上記の構成によれば、排気室２０内における流体損失を効果的に低減可能である。

図９は、本発明の他の一実施形態におけるバイパス流路であって、復水器側が反復水器側よりも周方向における互いの間隔が短いバイパス流路を説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。幾つかの実施形態では、図９に示されるように、上述したバイパス流路９は、周方向に互いに間隔をおいて配設される。そして、図９に示されるように、上述した排気室２０を、周方向において、復水器１６が設けられる復水器側と、復水器１６が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、復水器側に形成される上述した複数のバイパス流路９は、反復水器側に形成される複数のバイパス流路９よりもバイパス流路９間の間隔が狭く形成されている。

また、図９に示される実施形態では、水平線ＬＨに直交する直線を鉛直線ＬＰとした際に、復水器側に形成される複数のバイパス流路９のうち、鉛直線ＬＰを軸線とするバイパス流路９と該バイパス流路９に隣接するバイパス流路９との間の間隔Ｄ１は、反復水器側に形成される複数のバイパス流路９のうち、鉛直線ＬＰを軸線とするバイパス流路９と該バイパス流路９に隣接するバイパス流路９との間の間隔Ｄ２よりも狭く形成されている。また、復水器側の鉛直線ＬＰを基点として、周方向に反復水器側の鉛直線ＬＰに向かうにつれて徐々にバイパス流路９間の間隔が広くなるように形成されている。

上述したように、排気室２０における復水器側を流れる蒸気は、反復水器側を流れる蒸気に比べて、フローガイド５の内周面５１からの剥離が発生しやすいという傾向がある。上記の構成によれば、蒸気の剥離が発生しやすい復水器側に形成される複数のバイパス流路９の間隔を、反復水器側に形成される複数のバイパス流路９の間隔よりも狭くすることで、復水器側を流れる蒸気のフローガイド５の内周面５１からの剥離を効果的に抑制することができる。また、蒸気の剥離が発生し難い反復水器側に形成される複数のバイパス流路９の間隔を、復水器側に形成される複数のバイパス流路９の間隔よりも広くすることで、反復水器側を流れる蒸気がバイパス流路９から流れる蒸気と混合する際に発生するエネルギー損失を抑制しつつ、反復水器側を流れる蒸気のフローガイド５の内周面５１からの剥離を効果的に抑制することができる。

特に、復水器側の鉛直線ＬＰを基点として、周方向に反復水器側の鉛直線ＬＰに向かうにつれて徐々にバイパス流路９間の間隔が広くなるように形成することで、反復水器側を流れる蒸気がバイパス流路９から流れる蒸気と混合する際に発生するエネルギー損失を抑制しつつ、復水器側を流れる蒸気のフローガイド５の内周面５１からの剥離を効果的に抑制することができる。

次に、図１０〜図１２を参照して、幾つかの実施形態におけるフローガイド５の構成について、具体的に説明する。ここで、図１０は、本発明の一実施形態における第１フローガイドおよび第２フローガイドを説明するための図であって、蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。図１１は、図１０に示す第１フローガイドおよび第２フローガイドの斜視図である。なお、以下に説明するフローガイド５に関する発明は、上述した幾つかの実施形態における発明と組み合わせてもよいが、単独でも実施可能である。

幾つかの実施形態では、図１０、１１に示されるように、上述した筒状のフローガイド５は、第１凹状面６１を有するアーチ状の第１フローガイド６と、第１凹状面６１に対向する第２凹状面７１を有するアーチ状の第２フローガイド７と、を含んでいる。また、第１フローガイド６および第２フローガイド７の少なくとも一方は、内周壁部４１に蒸気タービン１の軸線に対する角度を調整可能に支持される。

第１フローガイド６は、図１０、１１に示されるように、第１凹状面６１を有する第１ガイド部６２と、第１ガイド部６２の上流側の端部に第１ガイド部６２に対して傾斜して接続される第１締結部６３と、を含んでいる。第２フローガイド７は、図１０、１１に示されるように、第２凹状面７１を有する第２ガイド部７２と、第２ガイド部７２の上流側の端部に第２ガイド部７２に対して傾斜して接続される第２締結部７３と、を含んでいる。第２フローガイド７の第２ガイド部７２は、第１フローガイド６の第１ガイド部６２に比べて外形寸法が小さく形成されている。

第１フローガイド６は、内周壁部４１の下流側の端部４３と第１締結部６３との間に第１弾性部材１９Ａを挟持した状態で、第１締結部６３に形成されたボルト挿通孔６４を挿通するボルト１８により、内周壁部４１の下流側の端部４３に締結される。ここで、ボルト挿通孔６４は、第１締結部６３の軸線よりも径方向に偏心した位置に形成されている。このため、ボルト１８の締結力により端部４３と第１締結部６３との間の、径方向の外側における間隔と径方向の内側における間隔との差を調整することで、第１ガイド部６２の蒸気タービン１の軸線に対する角度を調整可能に構成されている。

第２フローガイド７は、内周壁部４１の下流側の端部４３と第２締結部７３との間に第２弾性部材１９Ｂを挟持した状態で、第２締結部７３に形成されたボルト挿通孔７４を挿通するボルト１８により、内周壁部４１の下流側の端部４３に締結される。ここで、ボルト挿通孔７４は、第２締結部７３の軸線よりも径方向に偏心した位置に形成されている。このため、ボルト１８の締結力により端部４３と第２締結部７３との間の、径方向の外側における間隔と径方向の内側における間隔との差を調整することで、第２ガイド部７２の蒸気タービン１の軸線に対する角度を調整可能に構成されている。

第１締結部６３の両側の円弧端には、第１ガイド部６２側に向かうにつれて肉厚が薄くなるようなテーパ面６５が形成されている。また、第２締結部７３の両側の円弧端には、第２ガイド部７２側に向かうにつれて肉厚が薄くなるようなテーパ面７５が形成されている。このため、第１フローガイド６および第２フローガイド７の少なくとも一方の角度を第１ガイド部６２および第２ガイド部７２により形成される開口が小さくなるように調整した際に、第１締結部６３と第２締結部７３とが干渉することを防止することができる。

また、第１ガイド部６２の内周面６６の外形寸法は、第２ガイド部７２の外周面７６の外形寸法と同じか少し大きく形成されているので、第１ガイド部６２の内周面６６が第２ガイド部７２の外周面７６に対向するようにして、第２ガイド部７２の両側の円弧端を第１ガイド部６２の両側の円弧端の内側に収納させることができる。この場合には、第１ガイド部６２や第２ガイド部７２の調整可能な角度の範囲を広くすることができる。また、第１ガイド部６２の内周面６６と第２ガイド部７２の外周面７６との間に形成される隙間を小さくすることで、フローガイド５による蒸気の圧力損失を低減させることができる。

ここで、蒸気タービン１は環境変化により効率が低下する虞がある。より具体的には、復水器１６内の圧力は、季節の変化による気温の変化などの環境の変化により変動するものであり、該復水器１６内の圧力の変化は、排気室２０内の蒸気の流れを変化させる。特に気温が高い場合には、復水器１６内の圧力が高くなる（低真空度になる）ので、排気室２０内を流れる蒸気の流れに乱れが生じる。このように排気室２０内を流れる蒸気の流れに乱れが生じると、排気室２０内での流体損失が大きくなり蒸気タービン１の効率が低下する虞がある。

図１２は、比較例にかかるフローガイドを説明するための図であって、蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。図１２においては、図１０、１１に示される実施形態と同一の符号を有する部材については、その説明を省略する。図１２に示される比較例におけるフローガイド５は、単一の筒状の部材により形成されている。フローガイド５は、締結部５５が端部４３に当接した状態で、締結部５５に形成されたボルト挿通孔を挿通するボルト１８により、内周壁部４１の下流側の端部４３に締結される。この場合には、特許文献１や２に記載された構成と同様に、蒸気タービン１の環境変化による効率の低下を抑制することができない。

これに対して、上記の構成によれば、筒状のフローガイド５は、アーチ状の第１フローガイド６と、アーチ状の第２フローガイド７と、を含んでいる。そして、第１フローガイド６および第２フローガイド７の少なくとも一方は、内周壁部４１に蒸気タービン１の軸線に対する角度を調整可能に支持されている。このため、上述したような環境変化に応じて、第１フローガイド６および第２フローガイド７の角度を調整することで、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、上述した第１フローガイド６は、内周壁部４１の下流側の端部４３にボルト締結により締結される第１締結部６３を含んでおり、上述した第２フローガイド７は、内周壁部４１の下流側の端部４３にボルト締結により締結される第２締結部７３を含んでいる。そして、上述した蒸気タービン装置２は、上述した内周壁部４１の下流側の端部４３と上述した第１締結部６３との間に挟持される第１弾性部材１９Ａと、上述した内周壁部４１の下流側の端部４３と上述した第２締結部７３との間に挟持される第２弾性部材１９Ｂと、をさらに備えている。

上記の構成によれば、第１フローガイド６および第２フローガイド７は、第１弾性部材１９Ａや第２弾性部材１９Ｂの弾性力により付勢されるので緩みを防止することができる。特に、第１締結部６３や第２締結部７３が、第１フローガイド６や第２フローガイド７の蒸気をガイドするためのガイド面（第１凹状面６１、第２凹状面７１）に対して折れ曲がっており、且つ、ボルト締結されるボルト１８が、第１締結部６３や第２締結部７３の軸線に対して径方向に偏心した位置を挿通するような場合には、ボルト締結の締結力を調整することで、第１フローガイド６や第２フローガイド７の角度を容易に調整することができる。よって、第１フローガイド６および第２フローガイド７の角度の調整を短時間で行うことができるので、蒸気タービン１の稼働までにかかる時間を短縮することができる。

次に、図１３、１４を参照して、他の幾つかの実施形態におけるフローガイド５の構成について、具体的に説明する。ここで、図１３は、本発明の他の一実施形態における第１フローガイドおよび第２フローガイドを説明するための図であって、蒸気タービン装置の軸方向に沿った部分拡大断面図である。図１４は、図１３に示す第１フローガイドおよび第２フローガイドの斜視図である。なお、以下に説明するフローガイド５に関する発明は、上述した幾つかの実施形態における発明と組み合わせてもよいが、単独でも実施可能である。

幾つかの実施形態では、図１３、１４に示されるように、上述した筒状のフローガイド５は、第１凹状面６１を有するアーチ状の第１フローガイド６と、第１凹状面６１に対向する第２凹状面７１を有するアーチ状の第２フローガイド７と、を含んでいる。そして、内周壁部４１は、下流側の端部４３に凸部４６（被嵌合部）を有している。また、第１フローガイド６は、凸部４６に嵌合可能な第１嵌合凹部６７（第１嵌合部）を有し、第２フローガイド７は、凸部４６に嵌合可能な第２嵌合凹部７７（第２嵌合部）を有している。

第１フローガイド６は、図１３、１４に示されるように、第１凹状面６１を有する第１ガイド部６２と、第１ガイド部６２の上流側の端部に第１ガイド部６２に対して傾斜して接続される第１嵌合凹部６７と、を含んでいる。第２フローガイド７は、図１３、１４に示されるように、第２凹状面７１を有する第２ガイド部７２と、第２ガイド部７２の上流側の端部に第２ガイド部７２に対して傾斜して接続される第２嵌合凹部７７と、を含んでいる。第２フローガイド７の第２ガイド部７２は、第１フローガイド６の第１ガイド部６２と外形寸法が同じ大きさに形成されている。

図１３に示される実施形態では、凸部４６は、内周壁部４１の下流側の端部４３の外周面より径方向の外側に環状に突出する形状を有している。第１嵌合凹部６７は、軸方向に沿った断面形状がコの字状に形成された円弧状の溝が形成されている。また、第２嵌合凹部７７は、軸方向に沿った断面形状がコの字状に形成された円弧状の溝が形成されている。

第１フローガイド６は、凸部４６に第１嵌合凹部６７の溝部を嵌合させた状態で、第１嵌合凹部６７に形成されたボルト挿通孔６９を挿通するボルト１８により、内周壁部４１の下流側の端部４３に締結される。また、第２フローガイド７は、凸部４６に第２嵌合凹部７７の溝部を嵌合させた状態で、第２嵌合凹部７７に形成されたボルト挿通孔７９を挿通するボルト１８により、内周壁部４１の下流側の端部４３に締結される。

なお、他の幾つかの実施形態では、端部４３は、被嵌合部として環状の凸部４６ではなく、円弧状の凸部４６や環状又は円弧状の凹部を有していてもよい。第１フローガイド６の第１嵌合部や第２フローガイド７の第２嵌合部は被嵌合部に嵌合可能に構成されていればよく、例えば径方向の外側または内側に突出する円弧状の凸部を有していてもよい。

上記の構成によれば、筒状のフローガイド５は、アーチ状の第１フローガイド６と、アーチ状の第２フローガイド７と、を含んでいる。そして、第１フローガイド６や第２フローガイド７は、内周壁部４１の凸部４６（被嵌合部）に嵌合可能な第１嵌合凹部６７（第１嵌合部）や第２嵌合凹部７７（第２嵌合部）を有しているので、筒状に形成されたフローガイド５に比べて、内周壁部４１への取り付け、取り外しが容易であり、交換を短時間で行うことができるので、蒸気タービン１の稼働までにかかる時間を短縮することができる。また、上述したように、蒸気タービン１は環境変化により効率が低下する虞があるが、環境に応じたフローガイド５に交換することで、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、図１３に示されるように、上述した第１フローガイド６は、凸部４６（被嵌合部）に第１嵌合凹部６７（第１嵌合部）を嵌合させた状態でボルト締結により締結可能に構成されている。また、上述した第２フローガイド７は、凸部４６（被嵌合部）に第２嵌合凹部７７（第２嵌合部）を嵌合させた状態でボルト締結により締結可能に構成されている。

上記の構成によれば、第１フローガイド６や第２フローガイド７は、凸部４６（被嵌合部）に第１嵌合凹部６７（第１嵌合部）や第２嵌合凹部７７（第２嵌合部）を嵌合させるので、内周壁部４１から外れ難い構造になっており、被嵌合部に第１嵌合部や第２嵌合部を嵌合させない構造に比べて、ボルト締結に必要なボルト１８の本数を減らすことができる。そして、第１フローガイド６や第２フローガイド７は、ボルト締結に必要なボルト１８の本数を減らすことで、内周壁部４１への取り付け、取り外しが容易であり、交換をより短時間で行うことができるので、蒸気タービン１の稼働までにかかる時間をさらに短縮することができる。

次に、図１５〜図１９を参照して、幾つかの実施形態における外部ケーシング３の構成について、具体的に説明する。ここで、図１５は、本発明の一実施形態における外部ケーシング、および外部ケーシングを吊り下げるクレーンを説明するための図であって、第２外部ケーシングが第１外部ケーシングを閉止した状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。図１６は、図１５に示す第２外部ケーシングを第１外部ケーシングに対して１８０度開いた状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。図１７は、本発明の他の一実施形態における外部ケーシング、および外部ケーシングを吊り下げるクレーンを説明するための図であって、第２外部ケーシングが第１外部ケーシングを閉止した状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。図１８は、図１７に示す図中左右両側に位置する二つの第２外部ケーシングを第１外部ケーシングに対して９０度開いた状態を、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。なお、以下に説明する外部ケーシング３に関する発明は、上述した幾つかの実施形態における発明と組み合わせてもよいが、単独でも実施可能である。

図１５〜１８に示されるように、幾つかの実施形態では、上述した外部ケーシング３は、開口部３３を有する第１外部ケーシング３０Ａと、第１外部ケーシング３０Ａの開口部３３を閉止可能な第２外部ケーシング３０Ｂであって、ヒンジ３５を介して第１外部ケーシング３０Ａに対して回動可能に接続される第２外部ケーシング３０Ｂと、を含んでいる。

図１５、１６に示される実施形態では、第１外部ケーシング３０Ａが接地面１１０上に横置きに、すなわち水平方向に沿って延在するように配置されている。図１５に示されるように、第１外部ケーシング３０Ａには、第２外部ケーシング３０Ｂにより閉止された際に第２外部ケーシング３０Ｂに形成された円弧状の第２切欠き３４Ｂに対向してロータ１１が挿通される貫通孔３４が形成される円弧状の第１切欠き３４Ａを有している。ヒンジ３５は図１５、１６に示されるように、反復水器側の端部において第１外部ケーシング３０Ａと第２外部ケーシング３０Ｂとを接続している。第２外部ケーシング３０Ｂは、ヒンジ３５が設けられた端部とは水平方向において反対側の端部寄りの位置にフック取付け部３６が設けられており、該フック取付け部３６にクレーン１００が取り付けられることにより、ヒンジ３５を支点として第１外部ケーシング３０Ａに対して回動するようになっている。

図１７、１８に示される実施形態では、上述した外部ケーシング３は、一つの第１外部ケーシング３０Ａと、二つの第２外部ケーシング３０Ｂと、を含んでいる。そして、第１外部ケーシング３０Ａが接地面１１０上に縦置きに、すなわち鉛直方向に沿って延在するように配置されている。図１７に示されるように、二つの第２外部ケーシング３０Ｂは、第１外部ケーシング３０Ａを閉止した際に各々に形成された円弧状の第２切欠き３４Ｂが対向してロータ１１が挿通される貫通孔３４が形成されるようになっている。ヒンジ３５は図１７、１８に示されるように、第１外部ケーシング３０Ａの外周の上端部と第２外部ケーシング３０Ｂに外周の下端部とを接続している。第２外部ケーシング３０Ｂは、上端部寄りの位置にフック取付け部３６が設けられており、該フック取付け部３６にクレーン１００が取り付けられることにより、ヒンジ３５を支点として第１外部ケーシング３０Ａに対して回動するようになっている。また、図１７、１８に示されるように、第２外部ケーシング３０Ｂを回動させた際に第２外部ケーシング３０Ｂがコンクリートなどの固い接地面１１０に接触して損傷することを防ぐために、接地面１１０上に木などの柔らかい板状部材１０５を配置してもよい。

図１９は、比較例にかかる外部ケーシング、および外部ケーシングを吊り下げるクレーンを説明するための図であって、蒸気タービンの軸方向に直交方向に沿って示す概略図である。図１９に示されるように、比較例にかかる外部ケーシング３Ａは、開口部３３を有する第１外部ケーシング３０Ａと、第１外部ケーシング３０Ａを閉止可能な第２外部ケーシング３０Ｂであって、第１外部ケーシング３０Ａに対して完全に分離することが可能な構成を有している。第２外部ケーシング３０Ｂは、クレーン１００に吊り下げられることにより、第１外部ケーシング３０Ａを閉止するような位置や、第１外部ケーシング３０Ａから離れた位置に移送される。

仮に、図１９に示されるように、第２外部ケーシング３０Ｂと第１外部ケーシング３０Ａとが完全に分離されるような構造になっている場合には、第２外部ケーシング３０Ｂを第１外部ケーシング３０Ａに取り付ける際に位置決め作業が必要になり、該位置決め作業に時間がかかるという問題がある。上記の構成によれば、ヒンジ３５により第２外部ケーシング３０Ｂは、第１外部ケーシング３０Ａの開口部３３を閉止可能であり、且つ、ヒンジ３５を介して第１外部ケーシング３０Ａに対して回動可能に接続されているので、第２外部ケーシング３０Ｂを第１外部ケーシング３０Ａに対して回転開放させることができる。また、第２外部ケーシング３０Ｂは、ヒンジ３５を介して第１外部ケーシング３０Ａに接続されているので、第１外部ケーシング３０Ａの開口部３３を閉止する際の位置決め作業を省略又は簡略化させることができる。このため、第２外部ケーシング３０Ｂの開閉にかかる時間を短縮することができるので、ディフューザ（フローガイド５やベアリングコーン８）の交換などのメンテナンス性を向上させることができる。また、上述したように、蒸気タービン１は環境変化により効率が低下する虞があるが、環境に応じたディフューザに交換することを迅速に行うことができるので、蒸気タービン１の効率を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 蒸気タービン
１１ ロータ
１２ ベアリング
１３ 動翼
１３Ａ 最終段動翼
１４ 静翼
１４Ａ 最終段静翼
１５ 蒸気入口
１６ 復水器
１８ ボルト
１９Ａ 第１弾性部材
１９Ｂ 第２弾性部材
２ 蒸気タービン装置
２Ａ 比較例の蒸気タービン装置
２０ 排気室
２１ 排気流路
２２ 排気室入口
２３ 排気室出口
２４ ディフューザ流路
２５ 第１内部空間
２６ 第２内部空間
３ 外部ケーシング
３Ａ 比較例の外部ケーシング
３０Ａ 第１外部ケーシング
３０Ｂ 第２外部ケーシング
３１ 外周壁部
３２ 第１壁部
３３ 開口部
３５ ヒンジ
４ 内部ケーシング
４１ 内周壁部
４２ 第２壁部
４３ 端部
４４ 貫通孔
４５ 第１貫通孔
４６ 凸部
５ フローガイド
５１ 内周面
５２ 外周面
５３ 端面
５４ 第２貫通孔
５５ 締結部
６ 第１フローガイド
６１ 第１凹状面
６２ 第１ガイド部
６３ 第１締結部
６７ 第１嵌合凹部
７ 第２フローガイド
７１ 第２凹状面
７２ 第２ガイド部
７３ 第２締結部
７７ 第２嵌合凹部
８ ベアリングコーン
９ バイパス流路
９１ 入口側開口
９２ 出口側開口
１００ クレーン
１０５ 板状部材
１１０ 接地面
Ｃ 循環流
ＦＳ 蒸気流れ
ＬＡ 軸心
ＬＣ 中心軸
ＬＥ 軸線
ＬＨ 水平線
ＬＰ 鉛直線
ＲＣ 逆循環流

Claims (12)

1. 蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気を復水器に導くための排気流路を内部に画定する排気室を含む蒸気タービン装置であって、
   前記排気流路の外周側に形成される外周壁部を含む外部ケーシングと、
   前記外周壁部よりも径方向の内側に設けられる内周壁部を含む内部ケーシングと、
   前記内周壁部の流れ方向の下流側の端部に設けられ、前記流れ方向の下流側に向かうにつれて前記蒸気タービンの軸心との距離が大きくなる筒状のフローガイドと、
   前記最終段動翼の上流側における第１内部空間と、前記排気流路における前記フローガイドよりも径方向の外側に位置する第２内部空間と、を繋ぐ少なくとも一つのバイパス流路であって、前記フローガイドの外周面の面内方向に沿って延在する少なくとも一つのバイパス流路と、を備える蒸気タービン装置。
2. 前記バイパス流路は、前記内周壁部を貫通する貫通孔により形成される
   請求項１に記載の蒸気タービン装置。
3. 前記バイパス流路の少なくとも一部は、前記フローガイドの内部に形成される
   請求項１に記載の蒸気タービン装置。
4. 前記バイパス流路の前記第２内部空間に連通する出口側開口は、前記フローガイドの前記流れ方向の下流側の端面に形成される
   請求項３に記載の蒸気タービン装置。
5. 前記バイパス流路の前記第２内部空間に連通する出口側開口は、前記蒸気タービンの軸線方向視において、前記出口側開口における軸線が、前記径方向に対して周方向における前記流れ方向の下流側に傾斜して設けられる
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の蒸気タービン装置。
6. 前記少なくとも一つのバイパス流路は、周方向に互いに間隔をおいて配設される複数のバイパス流路を含み、
   前記排気室を、周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記複数のバイパス流路は、前記復水器側にのみ形成される
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の蒸気タービン装置。
7. 前記少なくとも一つのバイパス流路は、周方向に互いに間隔をおいて配設される複数のバイパス流路を含み、
   前記排気室を、前記周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記復水器側に形成される複数のバイパス流路は、前記反復水器側に形成される複数のバイパス流路よりもバイパス流路間の間隔が狭く形成されている
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の蒸気タービン装置。
8. 前記筒状のフローガイドは、
   第１凹状面を有するアーチ状の第１フローガイドと、
   前記第１凹状面に対向する第２凹状面を有するアーチ状の第２フローガイドと、を含み、
   前記第１フローガイドおよび前記第２フローガイドの少なくとも一方は、前記内周壁部に前記蒸気タービンの軸線に対する角度を調整可能に支持される
   請求項１乃至７の何れか１項に記載の蒸気タービン装置。
9. 前記第１フローガイドは、前記内周壁部の前記下流側の端部にボルト締結により締結される第１締結部を含み、
   前記第２フローガイドは、前記内周壁部の前記下流側の端部にボルト締結により締結される第２締結部を含み、
   前記蒸気タービン装置は、前記内周壁部の前記下流側の端部と前記第１締結部との間に挟持される第１弾性部材と、前記内周壁部の前記下流側の端部と前記第２締結部との間に挟持される第２弾性部材と、をさらに備える
   請求項８に記載の蒸気タービン装置。
10. 前記筒状のフローガイドは、
    第１凹状面を有するアーチ状の第１フローガイドと、
    前記第１凹状面に対向する第２凹状面を有するアーチ状の第２フローガイドと、を含み、
    前記内周壁部は、前記下流側の端部に被嵌合部を有し、
    前記第１フローガイドは、前記被嵌合部に嵌合可能な第１嵌合部を有し、
    前記第２フローガイドは、前記被嵌合部に嵌合可能な第２嵌合部を有する
    請求項１乃至７の何れか１項に記載の蒸気タービン装置。
11. 前記第１フローガイドは、前記被嵌合部に前記第１嵌合部を嵌合させた状態でボルト締結により締結可能に構成され、
    前記第２フローガイドは、前記被嵌合部に前記第２嵌合部を嵌合させた状態でボルト締結により締結可能に構成されている
    請求項１０に記載の蒸気タービン装置。
12. 前記外部ケーシングは、開口部を有する第１外部ケーシングと、前記第１外部ケーシングの前記開口部を閉止可能な第２外部ケーシングであって、ヒンジを介して前記第１外部ケーシングに対して回動可能に接続される第２外部ケーシングと、を含む
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載の蒸気タービン装置。

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