JP2022033468A - 蒸気タービン排気室及び蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】ベアリングコーンとフローガイドとの間のディフューザ流路における圧力損失の増大を抑制可能な蒸気タービン排気室を提供する。【解決手段】蒸気タービン２の最終段の動翼６を通過した蒸気を蒸気タービン２の外部に導くための蒸気タービン排気室８であって、ケーシング１０と、ベアリングコーン１２と、フローガイド１４と、を備え、ケーシング１０の内面１６は、フローガイド１４の外周側にロータ４の軸方向に沿って延在する内周面１８と、内周面１８とベアリングコーン１２とを接続する側壁面２０と、を含み、側壁面２０には、ロータ４の回転軸線を含む水平面よりも上方において、径方向における外側に向けて突出する第１突出部２６が周方向に沿って形成され、第１突出部２６は、周方向における少なくとも一部の範囲において、フローガイド１４の内周面１８の下流端２８ａよりもロータ４の径方向における外側に位置する。【選択図】図１

Description

本開示は、蒸気タービン排気室及び蒸気タービンに関する。

蒸気タービン排気室の排気流路において、ベアリングコーンとフローガイドとの間に形成されるディフューザ流路でベアリングコーンに沿って蒸気流れが逆流すると、ディフューザ流路の有効流路面積（ディフューザ流路においてロータ側へ逆流せず出口方向へ流れる蒸気の流路面積）が減少するとともに圧力損失が増大し、蒸気タービン排気室の性能が低下する。

特許文献１には、蒸気タービン排気室の壁面から径方向の内側に突出する構造物（案内板）を設けて、蒸気流れのベアリングコーンに沿った逆流を抑制することが記載されている。

米国特許第６４１９４４８号明細書

本願発明者の鋭意検討の結果、ベアリングコーンとフローガイドとの間のディフューザ流路におけるベアリングコーンに沿った蒸気流れの逆流は、蒸気タービン排気室の上部より流下する縦渦が発生要因となっている見込みが得られた。このため、排気室性能向上のためにはこの縦渦のディフューザ流路への侵入を抑制することが肝要と考えられる。

特許文献１に記載される逆流抑制のための構造物では、上記縦渦のディフューザ流路への侵入を効果的に抑制することはできず、ディフューザ流路における圧力損失の増大を抑制する効果が限定的であった。

上述の事情に鑑みて、本開示は、ベアリングコーンとフローガイドとの間のディフューザ流路における圧力損失の増大を抑制可能な蒸気タービン排気室及び蒸気タービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービン排気室は、
蒸気タービンの最終段の動翼を通過した蒸気を前記蒸気タービンの外部に導くための蒸気タービン排気室であって、
ケーシングと、
前記ケーシング内において前記蒸気タービンのロータの周方向に沿って設けられたベアリングコーンと、
前記ケーシング内において前記ベアリングコーンの外周側に前記周方向に沿って設けられ、前記ベアリングコーンとの間にディフューザ流路を形成するフローガイドと、
を備え、
前記ケーシングの内面は、前記フローガイドの外周側に前記ロータの軸方向に沿って延在する内周面と、前記内周面と前記ベアリングコーンとを接続する側壁面と、を含み、
前記側壁面には、前記ロータの回転軸線を含む水平面よりも上方において、前記径方向における外側に向けて突出する第１突出部が前記周方向に沿って形成され、
前記第１突出部は、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記フローガイドの内周面の下流端よりも前記ロータの径方向における外側に位置する。

本開示によれば、ベアリングコーンとフローガイドとの間のディフューザ流路における圧力損失の増大を抑制可能な蒸気タービン排気室及び蒸気タービンが提供される。

一実施形態に係る蒸気タービン２の軸方向に沿った断面を模式的に示す概略図である。 突出部２６の作用効果等を説明するための図である。 周方向の位置θと突出部２６の長さＬとの関係の一例（突出部２６の長さＬの周方向分布の一例）を示す図である。 周方向の位置θの定義を説明するための図である。 距離Ｒ、距離ｒ及び流路幅Ｗを説明するための図である。 周方向の位置θと、突出部２６の基端２６ａと回転軸線Ｃとの距離ｒとの関係の一例（距離ｒの周方向分布の一例）を示す図である。 複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）の配置の一例を模式的に示す図である。 複数の突出部２６（２ＥＢ～２６Ｆ）の配置の一例を模式的に示す図である。 他の実施形態に係る排気室８蒸気タービン２の軸方向に沿った断面を模式的に示す概略図である。 図９に示す構成の作用効果を説明するための図である。 他の実施形態に係る蒸気タービン２の軸方向に沿った断面を模式的に示す概略図である。 突出部２６の形状の他の一例を示す図である。 突出部２６の形状の他の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本開示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、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る蒸気タービン２の軸方向に沿った断面を模式的に示す概略図である。図示する蒸気タービン２は、軸流タービンである。蒸気タービン２は、ロータ４（タービンロータ）と、ロータ４の最終段の動翼６（タービン動翼）を通過した蒸気を蒸気タービン２の外部に導くための排気室８（蒸気タービン排気室）とを備える。

最終段の動翼６を通過した蒸気は、排気室入口７から排気室８に流入し、排気室８の内部を通り、排気室８の下方側に設けられた排気室出口９から蒸気タービン２の外部に排出される。排気室８の下方には、復水器２７が設けられており、蒸気タービン２で動翼６に対して仕事をし終えた蒸気は、排気室８から排気室出口９を介して復水器２７に流入するようになっている。

以下、ロータ４の軸方向を単に「軸方向」といい、ロータ４の周方向を単に「周方向」といい、ロータ４の径方向を単に「径方向」ということとする。また、蒸気の流れ方向における上流及び下流をそれぞれ単に「上流」及び「下流」ということとする。

排気室８は、ケーシング１０、ベアリングコーン１２及びフローガイド１４を含む。

ケーシング１０は、ロータ４の一部を収容するように構成されており、ケーシング１０の内面１６は、内周面１８、側壁面２０及び突出部２６（構造体）を含む。

内周面１８は、ロータ４の回転軸線Ｃを含む水平面よりも上方において（すなわち排気室８の上半部８ｕにおいて）、フローガイド１４の外周側に軸方向及び周方向に沿って延在している。また、内周面１８は、回転軸線Ｃを含む水平面よりも上方において、軸方向に直交する断面形状が略半円形に構成されている。

側壁面２０は、内周面１８とベアリングコーン１２の下流端１２ａとを接続するように径方向に沿って延在する側壁面２０とを含む。図示する例示的形態では、側壁面２０は、軸方向と直交する平面に沿って形成されている。

ベアリングコーン１２は、ロータ４を回転可能に支持する軸受１３を包囲している。ベアリングコーン１２は、ケーシング１０内において周方向に沿って環状に形成されている。ベアリングコーン１２の内径及び外径の各々は、軸方向における下流側に向かうにつれて拡大する。

フローガイド１４は、ケーシング１０内においてベアリングコーン１２の外周側に周方向に沿って形成されている。フローガイド１４は、ベアリングコーン１２との間に環状のディフューザ流路２２を形成する。フローガイド１４の内径及び外径の各々は、軸方向における下流側に向かうにつれて拡大する。図示する形態では、軸方向の蒸気流れにおけるフローガイド１４の下流端２８ａには、下流端２８ａから径方向における外側に向かって延在する整流板１５が接続しており、整流板１５は、軸方向に直交する平面に沿って形成されている。

また、排気室８の内部において、フローガイド１４を挟んでディフューザ流路２２の反対側には、外周側空間２４が形成されている。外周側空間２４は、フローガイド１４の外周側に位置している。

ディフューザ流路２２は、軸方向における下流側に向かうにつれて流路断面積が徐々に拡大する形状を有し、最終段の動翼６を通過した高速の蒸気流れがディフューザ流路２２に流入すると、蒸気流れが減速されて、その運動エネルギーが圧力へと変換（静圧回復）されるようになっている。

突出部２６は、回転軸線Ｃを含む水平面よりも上方において（すなわち排気室８の上半部８ｕにおいて）、側壁面２０から径方向における外側に向けて突出するように設けられている。突出部２６は、側壁面２０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように突出している。突出部２６は、回転軸線Ｃを含む水平面よりも下方には設けられていない。突出部２６は、周方向に沿って形成されており、周方向における少なくとも一部の範囲において、フローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側に位置する。幾つかの実施形態では、突出部２６の全体が、フローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側に位置してもよい。

上記構成によれば、図２に示すように、排気室８の上部（内周面１８近傍）から流下する縦渦Ｆｖが突出部２６によって受け止められるため、当該縦渦がフローガイド１４とベアリングコーン１２との間のディフューザ流路２２に侵入することを抑制することができる。このため、ディフューザ流路２２の有効流路面積（ディフューザ流路２２の流路面積のうち蒸気が径方向の外側に向けて流れる流路面積）の縮小による排気室性能の低下を抑制することができる。

また、周方向における少なくとも一部の範囲において、突出部２６がフローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側に位置するため、突出部２６自体によるディフューザ流路２２の蒸気流れの阻害を抑制することができ、ディフューザ流路２２における圧力損失の増大を抑制することができる。

図３は、周方向の位置θと突出部２６の長さＬとの関係の一例（突出部２６の長さＬの周方向分布の一例）を示す図である。なお、突出部２６の長さＬとは、図２に示すように、突出部２６の基端２６ａから先端２６ｂまでの長さを意味する。また、本明細書では、図４に示すように、周方向の位置θについて、回転軸線Ｃと直交する水平線Ｈの示す方向を０度及び１８０度、回転軸線Ｃの鉛直上方の位置を９０度と定義する。排気室８の各構成は、回転軸線Ｃを含む鉛直面を中心として対称形状を有しており、回転軸線Ｃと直交する水平線の示す２方向のうち何れを０度としてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、突出部２６の長さＬは、周方向の位置によって異なっていてもよい。図３に示す例では、突出部２６の長さＬは、周方向における少なくとも一部の範囲において、周方向に沿って上方に向かうにつれて減少する。図３に示す例では、周方向における０度から１８０度までの範囲において、周方向に沿って９０度の位置に近づくにつれて突出部２６の長さＬが滑らかに減少する。

ケーシング１０の内周面１８は、ロータ４の回転軸線Ｃを含む水平面よりも上方において、軸方向に直交する断面形状が略半円形に構成されているが、厳密には、内周面１８と回転軸線Ｃとの距離Ｒ（図５参照）は、周方向において９０度位置に近づくにつれて小さくなる。また、内周面１８と下流端２８ａの距離は、周方向において９０度位置に近づくにつれて小さくなる。このため、仮に、突出部２６の長さＬを周方向に一様にすると、排気室８の上部（周方向における９０度位置近傍）において内周面１８と突出部２６の先端１６ｂとの間の流路幅Ｗ（図５参照）が周方向の他の位置と比較して小さくなり、突出部２６を設けたことによる上述の効果が限定的になる場合がある。

そこで、上記のように、突出部２６の長さＬを、周方向における少なくとも一部の範囲において、周方向に沿って上方に向かうにつれて減少させることにより、内周面１８と突出部２６の先端２６ｂとの間の流路幅Ｗが周方向に不均一になることを抑制し、突出部２６と側壁面２０との間に上述の縦渦を効果的に誘引することができる。これにより、ディフューザ流路２２の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、突出部２６の基端２６ａと回転軸線Ｃとの距離ｒは、周方向の位置θによって異なっていてもよい。図６に示す例では、突出部２６の基端２６ａと回転軸線Ｃとの距離ｒは、周方向における少なくとも一部の範囲において、周方向に沿って上方に向かうにつれて減少する。図６に示す例では、周方向における０度から１８０度までの範囲において、周方向に沿って９０度の位置に近づくにつれて距離ｒが滑らかに減少する。

これにより、内周面１８と突出部２６の先端２６ｂとの間の流路幅Ｗが周方向に不均一になることを抑制し、突出部２６と側壁面２０との間に上述の縦渦を効果的に誘引することができる。これにより、ディフューザ流路２２の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、ケーシング１０の側壁面２０には、複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）が設けられていてもよい。

図７に示す例では、側壁面２０には、ロータ４の回転軸線Ｃを含む水平面（０度位置と１８０度位置と含む水平面）よりも上方に、複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）が設けられている。複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）は、周方向に間隔を空けて配置された４つの突出部２６Ａ～２６Ｄからなる。複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）は、周方向において、０度から１８０度までの範囲のうちの縦渦が支配的な一部の範囲（部分的な範囲）にのみ設けられている。複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）のうち突出部２６Ｂ，２６Ｃは、突出部２６Ａ，２６Ｄよりも高い位置に配置されている。突出部２６Ｂは突出部２６Ａと９０度位置との間に配置されており、突出部２６Ｃは突出部２６Ｄと９０度位置との間に配置されている。

複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）の各々は、周方向に沿って形成され、図１に例示したように、径方向における外側に向けて突出している。複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）の各々は、側壁面２０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように突出している。また、複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）の各々は、周方向における少なくとも一部の範囲において、図１に例示したように、フローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側に位置する。幾つかの実施形態では、複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）の全体が、フローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側に位置してもよい。

図７に例示したように、０度から１８０度までの範囲のうちの縦渦が支配的な一部の範囲にのみ突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）を設けることにより、０度から１８０度までの範囲全体に亘って突出部２６を設ける場合と比較して、突出部２６により付加される圧力損失の増大を抑制しつつ、ディフューザ流路２２への縦渦の侵入を抑制して排気室性能を向上することができる。また、０度から１８０度までの範囲全体に亘って突出部２６を設ける場合と比較して、複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）に分割されているため、各突出部２６を側壁面２０に溶接等により容易に固定することができる。

図７に示す例では、複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）のうち少なくとも一部は、周方向において、３０度から１５０度までの範囲内に設けられている。また、４つの突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）のうち、２つの突出部２６（２６Ｂ，２６Ｃ）が、３０度から１５０度までの範囲内に設けられている。このように、突出部２６の少なくとも一部を３０度から１５０度までの範囲内に設けることにより、ディフューザ流路２２への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。

幾つかの実施形態では、図７に示す複数の突出部２６（２６Ａ～２６Ｄ）の基端２６ａから先端２６ｂまでの長さＬ（図２参照）を互いに異ならせてもよい。例えば突出部２６Ａ，２６Ｄよりも高い位置に配置された突出部２６Ｂ，２６Ｃの長さＬを、突出部２６Ａ，２６Ｄの長さＬよりも長くしてもよい。

排気室８の上部（上述の９０度位置近傍）では水平位置（上述の０度及び１８０度近傍）よりも縦渦の影響が大きいため、上記のように相対的に高い位置に配置された突出部２６Ｂ，２６Ｃの長さＬを、相対的に低い位置に配置された突出部２６Ａ，２６Ｄの長さＬよりも長くすることにより、ディフューザ流路２２への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図８に示すように、ケーシング１０の側壁面２０には、複数の突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）が設けられていてもよい。

図８に示す例では、側壁面２０には、ロータ４の回転軸線Ｃを含む水平面（０度位置と１８０度位置と含む水平面）よりも上方に、複数の突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）が設けられている。複数の突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）は、周方向に間隔を空けて配置された２つの突出部２６Ｅ，２６Ｆからなる。図示する例では、複数の突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）は、突出部２６Ｅと、回転軸線Ｃを含む鉛直面を挟んで突出部２６Ｅと反対側に設けられた突出部２６Ｆと、からなる。突出部２６Ｅは、周方向において０度から略９０度までの範囲に亘って形成されており、突出部２６Ｆは、周方向において、略９０度から１８０度までの範囲に亘って形成されている。

複数の突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）の各々は、周方向に沿って形成され、図１に例示したように、径方向における外側に向けて突出している。複数の突出部２６（２６Ｅ，Ｆ）の各々は、側壁面２０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように突出している。また、複数の突出部２６（２６Ｅ，Ｆ）の各々は、周方向における少なくとも一部の範囲において、図１に例示したように、フローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側の位置に位置する。幾つかの実施形態では、複数の突出部２６（２６Ｅ，Ｆ）の全体がフローガイド１４の内周面２８の下流端２８ａよりも径方向における外側の位置に位置してもよい。

図８に示す例では、突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）の各々の上端２６ｕには、径方向における内側に向かって凹んだ凹部３０が形成されている。突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）の各々の凹部３０は、突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）における周方向の端部に形成されており、突出部２６Ｅの凹部３０と突出部２６Ｆの凹部３０とは互いに対向する位置に形成されている。

突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）の各々の上端２６ｕでは、内周面１８と突出部２６の先端２６ｂとの間の流路幅Ｗ（図５参照）が狭くなりやすいため、上記のように凹部３０を設けることにより流路幅Ｗを確保して突出部２６と側壁面２０との間に縦渦を誘引することができる。これにより、ディフューザ流路２２への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。また、複数の突出部２６（２６Ｅ，２６Ｆ）に分割されているため、各突出部２６を側壁面２０に溶接等により容易に固定することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、ベアリングコーン１２の外周面３３に、径方向における内側に向かって凹んだキャビティ３２が形成されていてもよい。図９に示す形態では、キャビティ３２は、ベアリングコーン１２の下流端１２ａの位置に周方向における全範囲に亘って形成されており、環状に形成されている。ただし、他の実施形態では、キャビティ３２は、周方向の一部の範囲のみに設けられていてもよく、例えば回転軸線Ｃを含む水平面よりも上方（ベアリングコーン１２の上半部）にのみ設けられていてもよい。

図９に示す構成によれば、図１０に示すように、側壁面２０に衝突した蒸気流れの一部Ｆｓがキャビティ３２に導かれるため、ベアリングコーン１２に沿った蒸気流れの逆流を抑制することができ、低マッハ作動時における２次元的なはく離要因の流動を抑制することができ、低マッハ側の性能を向上することができる。また、突出部２６で縦渦Ｆｖを受け止めることにより高マッハ作動時における３次元的なはく離も抑制することができるため、運用条件に対して性能に関する高いロバスト性を実現することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１１に示すように、キャビティ３２の開口端３２ａの軸方向の幅ｄ１は、キャビティ３２の底面３２ｂの軸方向の幅ｄ２よりも小さくなっていてもよい。キャビティ３２は、周方向における全範囲に亘って形成されており、環状に形成されている。

また、図１１に示す形態では、キャビティ３２は、軸方向に沿った断面において、キャビティ３２の開口端３２ａから径方向における内側に延在する径方向キャビティ部３４と、径方向キャビティ部３４の内周端３４ａに接続する傾斜キャビティ部３６とを含む。傾斜キャビティ部３６は、径方向キャビティ部３４の内周端３４ａから動翼６側に向かうにつれて径方向における内側に向かうように、軸方向に対して傾斜した傾斜方向に延在している。また、キャビティ３２の底面３２ｂにおける動翼６に最も近い位置Ｐ１は、底面３２ｂにおける動翼６から最も遠い位置Ｐ２よりも径方向における内側に位置する。

図１１に示す構成によれば、キャビティ３２の開口端３２ａの軸方向の幅ｄ１が、キャビティ３２の底面３２ｂの軸方向の幅ｄ２よりも小さくなっているため、キャビティ３２へ流入した蒸気がキャビティ３２から再流出することを抑制でき、はく離抑制の効果を高めることができる。

また、キャビティ３２の底面３２ｂにおける動翼６に最も近い位置Ｐ１が、底面３２ｂにおける動翼６から最も遠い位置Ｐ２よりも径方向における内側に位置するため、キャビティ３２へ流入した蒸気が動翼６側に再流出することを抑制でき、はく離抑制の効果を高めることができる。

本開示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。

幾つかの実施形態では、例えば図１２に示すように、突出部２６の先端部２６ｃは、側壁面２０側に曲がっていてもよい。図１２に示す構成では、突出部２６は、軸方向において側壁面２０から離れるにつれて径方向における外側に向かう傾斜部４０と、傾斜部４０の先端から軸方向に沿って側壁面２０側に延在する先端部２６ｃとを含む。

かかる構成によれば、図１２に示すように、突出部２６と側壁面２０との間に侵入した縦渦Ｆｖが主流側（ディフューザ流路２２側）へ流出することを抑制することができる。突出部２６の先端部２６ｃは、図１２に示すように側壁面２０側に屈曲してもよいし、側壁面２０側に滑らかに湾曲していてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図１３に示すように、突出部２６の先端部２６ｃは、フローガイド１４側に曲がっていてもよい。図１３に示す構成では、突出部２６は、軸方向において側壁面２０から離れるにつれて径方向における外側に向かう傾斜部４０と、傾斜部４０の先端側から径方向に沿って内周面１８側に延在する径方向部４２と、径方向部４２の先端側から軸方向におけるフローガイド１４側に湾曲して延在する先端部２６ｃとを含む。

かかる構成によれば、突出部２６の先端部２６ｃが軸方向におけるフローガイド１４側に曲がっているため、ディフューザ流路２２より流出した蒸気流れＦｇが突出部２６に衝突して、側壁面２０から離れる方向に案内されるため、蒸気流れＦｇがディフューザ流路２２へ再び流入することを抑制することができる。したがって、ディフューザ流路２２における圧力損失の増大を抑制することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示に係る蒸気タービン排気室（例えば上述の排気室８）は、
蒸気タービン（例えば上述の蒸気タービン２）の最終段の動翼（例えば上述の動翼６）を通過した蒸気を前記蒸気タービンの外部に導くための蒸気タービン排気室であって、
ケーシング（例えば上述のケーシング１０）と、
前記ケーシング内において前記蒸気タービンのロータ（例えば上述のロータ４）の周方向に沿って設けられたベアリングコーン（例えば上述のベアリングコーン１２）と、
前記ケーシング内において前記ベアリングコーンの外周側に前記周方向に沿って設けられ、前記ベアリングコーンとの間にディフューザ流路（例えば上述のディフューザ流路２２）を形成するフローガイド（例えば上述のフローガイド１４）と、
を備え、
前記ケーシングの内面は、前記フローガイドの外周側に前記ロータの軸方向に沿って延在する内周面（例えば上述の内周面１８）と、前記内周面と前記ベアリングコーンとを接続する側壁面（例えば上述の側壁面２０）と、を含み、
前記側壁面には、前記ロータの回転軸線を含む水平面よりも上方において、前記ロータの径方向における外側に向けて突出する第１突出部（例えば上述の突出部２６）が前記周方向に沿って形成され、
前記第１突出部は、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記フローガイドの内周面（例えば上述の内周面２８）の下流端（例えば上述の下流端２８ａ）よりも前記径方向における外側に位置する。

上記（１）に記載の蒸気タービン排気室によれば、蒸気タービン排気室の上部（内周面近傍）から流下する縦渦が第１突出部によって受け止められるため、当該縦渦がフローガイドとベアリングコーンとの間のディフューザ流路に侵入することを抑制することができる。このため、ディフューザ流路の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下を抑制することができる。

また、周方向における少なくとも一部の範囲において、第１突出部がフローガイドの内周面の下流端よりも径方向における外側に位置するため、第１突出部自体によるディフューザ流路の蒸気流れの阻害を抑制することができ、ディフューザ流路における圧力損失の増大を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の先端部（例えば上述の先端部２６ｃ）は、前記軸方向における前記側壁面側に曲がっている。

上記（２）に記載の蒸気タービン排気室によれば、第１突出部と側壁面との間に侵入した縦渦が主流側へ流出することを抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の先端部（例えば上述の先端部２６ｃ）は、前記軸方向における前記フローガイド側に曲がっている。

上記（３）に記載の蒸気タービン排気室によれば、第１突出部の先端部が軸方向におけるフローガイド側に曲がっているため、ディフューザ流路より流出した蒸気流れが突出部に衝突して、側壁面から離れる方向に案内されるため、蒸気流れがディフューザ流路へ再び流入することを抑制することができる。したがって、ディフューザ流路における圧力損失の増大を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の基端（例えば上述の基端２６ａ）から先端（例えば上述の先端２６ｂ）までの長さ（例えば上述の長さＬ）は、前記周方向の位置によって異なる。

上記（４）に記載の蒸気タービン排気室によれば、第１突出部の長さを周方向の位置に応じて適切に設定することにより、内周面と第１突出部の先端との間の流路幅が周方向に不均一になることを抑制し、第１突出部と側壁面との間に上述の縦渦を効果的に誘引することができる。これにより、ディフューザ流路の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下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（４）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の前記長さは、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記周方向に沿って上方に向かうにつれて減少する。

上記（５）に記載の蒸気タービン排気室によれば、内周面と第１突出部の先端との間の流路幅が周方向に不均一になることを抑制し、第１突出部と側壁面との間に上述の縦渦を効果的に誘引することができる。これにより、ディフューザ流路の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下を効果的に抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の基端と前記回転軸線との距離（例えば上述の距離ｒ）は、前記周方向の位置によって異なる。

上記（６）に記載の蒸気タービン排気室によれば、第１突出部の基端と前記回転軸線との距離を周方向の位置に応じて適切に設定することにより、内周面と第１突出部の先端との間の流路幅が周方向に不均一になることを抑制し、突出部と側壁面との間に上述の縦渦を効果的に誘引することができる。これにより、ディフューザ流路の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下を効果的に抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の基端と前記回転軸線との距離は、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記周方向に沿って上方に向かうにつれて減少する。

上記（７）に記載の蒸気タービン排気室によれば、内周面と第１突出部の先端との間の流路幅が周方向に不均一になることを抑制し、突出部と側壁面との間に上述の縦渦を効果的に誘引することができる。これにより、ディフューザ流路の有効流路面積の縮小による排気室性能の低下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）乃至（７）の何れかに記載の蒸気タービン排気室において、
前記周方向の位置について、前記回転軸線と直交する水平線の示す方向のうちの一方を０度、前記回転軸線の鉛直上方の位置を９０度と定義すると、
前記第１突出部は、前記周方向において、０度から１８０度までの範囲のうちの一部の範囲にのみ設けられる。

上記（８）に記載の蒸気タービン排気室によれば、０度から１８０度までの範囲のうちの縦渦が支配的な一部の範囲に第１突出部を設けることにより、０度から１８０度までの範囲全体に亘って突出部を設ける場合と比較して、第１突出部により付加される圧力損失の増大を抑制しつつ、ディフューザ流路への縦渦の侵入を抑制して排気室性能を向上することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の少なくとも一部は、前記周方向において、３０度から１５０度までの範囲内に設けられる。

上記（９）に記載の蒸気タービン排気室によれば、ディフューザ流路への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかに記載の蒸気タービン排気室において、
前記側壁面には、前記ロータの回転軸線を含む水平面よりも上方において、前記フローガイドの内周面の下流端よりも前記ロータの径方向における外側の位置に、前記径方向における外側に向けて突出する複数の突出部（例えば上述の突出部２６Ａ～２６Ｄ、又は、上述の突出部２６Ｅ及び２６Ｆ）が設けられ、
前記複数の突出部は、前記周方向に間隔を空けて配置され、
前記複数の突出部は、前記第１突出部を含む。

上記（１０）に記載の蒸気タービン排気室によれば、複数の突出部が周方向に間隔を空けて配置されているため、各突出部が周方向に連続して形成されている場合と比較して、各突出部を側壁面に溶接等により容易に固定することができる。また、縦渦が支配的な位置に各突出部を設けることにより、各突出部により付加される圧力損失の増大を抑制しつつ、ディフューザ流路への縦渦の侵入を抑制して排気室性能を向上することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記複数の突出部は、前記第１突出部（例えば上述の突出部２６Ａ又は２６Ｄ）よりも高い位置に配置された第２突出部（例えば上述の突出部２６Ｂ又は２６Ｃ）を含み、
前記第２突出部の基端から先端までの長さ（例えば上述の長さＬ）は、前記第１突出部の基端から先端までの長さ（例えば上述の長さＬ）よりも長い。

上記（１１）に記載の蒸気タービン排気室によれば、上記のように相対的に高い位置に配置された突出部の長さを、相対的に低い位置に配置された突出部の長さよりも長くすることにより、ディフューザ流路への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記第１突出部の上端に凹部（例えば上述の凹部３０）が形成される。

上記（１２）に記載の蒸気タービン排気室によれば、第１突出部の上端では、内周面と第１突出部の先端との間の流路幅が狭くなりやすいため、上記のように凹部を設けることにより流路幅を確保して第１突出部と側壁面との間に縦渦を誘引することができる。これにより、ディフューザ流路への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記複数の突出部は、前記回転軸線を含む鉛直面を挟んで前記第１突出部（例えば上述の突出部２６Ｅ）と反対側に設けられた第２突出部（例えば上述の突出部２６Ｆ）を含み、
前記第２突出部の上端に凹部（例えば上述の凹部３０）が形成される。

上記（１３）に記載の蒸気タービン排気室によれば、第１突出部と第２突出部の各々の上端では、内周面と各突出部の先端との間の流路幅が狭くなりやすいため、上記のように凹部を設けることにより流路幅を確保して突出部と側壁面との間に縦渦を誘引することができる。これにより、ディフューザ流路への縦渦の侵入を効果的に抑制して排気室性能を向上することができる。また、第１突出部と第２突出部とが回転軸線を含む鉛直面を挟んで反対側に設けられているため、各突出部を側壁面に溶接等により容易に固定することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかに記載の蒸気タービン排気室において、
前記ベアリングコーンの外周面（例えば上述の外周面３３）にキャビティ（例えば上述のキャビティ３２）が形成される。

上記（１４）に記載の蒸気タービン排気室によれば、側壁面に衝突した蒸気流れの一部がキャビティに導かれるため、ベアリングコーンに沿った蒸気流れの逆流を抑制することができ、低マッハ作動時における２次元的なはく離要因の流動を抑制することができ、低マッハ側の性能を向上することができる。また、突出部を設けたことによる高マッハ作動時における３次元的なはく離も抑制することができるため、運用条件に対して性能に関する高いロバスト性を実現することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記キャビティの開口端（例えば上述の開口端３２ａ）の前記軸方向の幅（例えば上述の幅ｄ１）は、前記キャビティの底面（例えば上述の底面３２ｂ）の前記軸方向の幅（例えば上述の幅ｄ２）よりも小さい。

上記（１５）に記載の蒸気タービン排気室によれば、キャビティの開口端の軸方向の幅が、キャビティの底面の軸方向の幅よりも小さくなっているため、キャビティへ流入した蒸気がキャビティから再流出することを抑制でき、はく離抑制の効果を高めることができる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１４）又は（１５）に記載の蒸気タービン排気室において、
前記キャビティの底面における前記動翼に最も近い位置（例えば上述の位置Ｐ１）は、前記底面における前記動翼から最も遠い位置（例えば上述の位置Ｐ２）よりも前記径方向における内側に位置する。

上記（１６）に記載の蒸気タービン排気室によれば、キャビティの底面における動翼に最も近い位置が、底面における動翼から最も遠い位置よりも径方向における内側に位置するため、キャビティへ流入した蒸気が動翼側に再流出することを抑制でき、はく離抑制の効果を高めることができる。

（１７）本開示の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンは、
上記（１）乃至（１６）の何れかに記載の蒸気タービン排気室と、
前記ロータと、を備える。

上記（１７）に記載の蒸気タービンによれば、上記（１）乃至（１６）の何れかに記載の蒸気タービン排気室を備えるため、ディフューザ流路の有効流路面積の縮小による圧力損失の増大を抑制し、排気室性能の低下を抑制することができる。

２ 蒸気タービン
４ ロータ
６ 動翼
７ 排気室入口
８ 排気室（蒸気タービン排気室）
９ 排気室出口
１０ ケーシング
１２ ベアリングコーン
１２ａ 下流端
１３ 軸受
１４ フローガイド
１５ 整流板
１６ 内面
１８ 内周面
２０ 側壁面
２２ ディフューザ流路
２４ 外周側空間
２６（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ，２６Ｆ） 突出部（第１突出部、第２突出部）
２６ａ 基端
２６ｂ 先端
２６ｕ 上端
２７ 復水器
２８ 内周面
２８ａ 下流端
３０ 凹部
３２ キャビティ
３２ａ 開口端
３２ｂ 底面
３３ 外周面
３４ 径方向キャビティ部
３４ａ 内周端
３６ 傾斜キャビティ部
４０ 傾斜部
４２ 径方向部

Claims (17)

1. 蒸気タービンの最終段の動翼を通過した蒸気を前記蒸気タービンの外部に導くための蒸気タービン排気室であって、
   ケーシングと、
   前記ケーシング内において前記蒸気タービンのロータの周方向に沿って設けられたベアリングコーンと、
   前記ケーシング内において前記ベアリングコーンの外周側に前記周方向に沿って設けられ、前記ベアリングコーンとの間にディフューザ流路を形成するフローガイドと、
   を備え、
   前記ケーシングの内面は、前記フローガイドの外周側に前記ロータの軸方向に沿って延在する内周面と、前記内周面と前記ベアリングコーンとを接続する側壁面と、を含み、
   前記側壁面には、前記ロータの回転軸線を含む水平面よりも上方において、前記ロータの径方向における外側に向けて突出する第１突出部が前記周方向に沿って形成され、
   前記第１突出部は、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記フローガイドの内周面の下流端よりも前記径方向における外側に位置する、蒸気タービン排気室。
2. 前記第１突出部の先端部は、前記軸方向における前記側壁面側に曲がっている、請求項１に記載の蒸気タービン排気室。
3. 前記第１突出部の先端部は、前記軸方向における前記フローガイド側に曲がっている、請求項１に記載の蒸気タービン排気室。
4. 前記第１突出部の基端から先端までの長さは、前記周方向の位置によって異なる、請求項１乃至３の何れか１項に記載の蒸気タービン排気室。
5. 前記第１突出部の前記長さは、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記周方向に沿って上方に向かうにつれて減少する、請求項４に記載の蒸気タービン排気室。
6. 前記第１突出部の基端と前記回転軸線との距離は、前記周方向の位置によって異なる、請求項１乃至５の何れか１項に記載の蒸気タービン排気室。
7. 前記第１突出部の基端と前記回転軸線との距離は、前記周方向における少なくとも一部の範囲において、前記周方向に沿って上方に向かうにつれて減少する、請求項６に記載の蒸気タービン排気室。
8. 前記周方向の位置について、前記回転軸線と直交する水平線の示す方向のうちの一方を０度、前記回転軸線の鉛直上方の位置を９０度と定義すると、
   前記第１突出部は、前記周方向において、０度から１８０度までの範囲のうちの一部の範囲にのみ設けられた、請求項１乃至７の何れか１項に記載の蒸気タービン排気室。
9. 前記第１突出部の少なくとも一部は、前記周方向において、３０度から１５０度までの範囲内に設けられた、請求項８に記載の蒸気タービン排気室。
10. 前記側壁面には、前記ロータの回転軸線を含む水平面よりも上方において、前記フローガイドの内周面の下流端よりも前記ロータの径方向における外側の位置に、前記径方向における外側に向けて突出する複数の突出部が設けられ、
    前記複数の突出部は、前記周方向に間隔を空けて配置され、
    前記複数の突出部は、前記第１突出部を含む、請求項１乃至９の何れか１項に記載の蒸気タービン排気室。
11. 前記複数の突出部は、前記第１突出部よりも高い位置に配置された第２突出部を含み、
    前記第２突出部の基端から先端までの長さは、前記第１突出部の基端から先端までの長さよりも長い、請求項１０に記載の蒸気タービン排気室。
12. 前記第１突出部の上端に凹部が形成された、請求項１０に記載の蒸気タービン排気室。
13. 前記複数の突出部は、前記回転軸線を含む鉛直面を挟んで前記第１突出部と反対側に設けられた第２突出部を含み、
    前記第２突出部の上端に凹部が形成された、請求項１２に記載の蒸気タービン排気室。
14. 前記ベアリングコーンの外周面にキャビティが形成された、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の蒸気タービン排気室。
15. 前記キャビティの開口端の前記軸方向の幅は、前記キャビティの底面の前記軸方向の幅よりも小さい、請求項１４に記載の蒸気タービン排気室。
16. 前記キャビティの底面における前記動翼に最も近い位置は、前記底面における前記動翼から最も遠い位置よりも前記径方向における内側に位置する、請求項１４又は１５に記載の蒸気タービン排気室。
17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の蒸気タービン排気室と、
    前記ロータと、を備えた、蒸気タービン。
    

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