特許 6334258 蒸気タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6334258

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】蒸気タービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 25/30 20060101AFI20180521BHJP

【ＦＩ】

   F01D25/30 B

   F01D25/30 A

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-105128(P2014-105128)

(22)【出願日】2014年5月21日

(65)【公開番号】特開2015-63988(P2015-63988A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2017年2月23日

(31)【優先権主張番号】特願2013-176728(P2013-176728)

(32)【優先日】2013年8月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野口 太郎

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 祐志

(72)【発明者】

【氏名】富永 純一

(72)【発明者】

【氏名】大橋 新一郎

【審査官】 北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０２３８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２９１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６３５１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１６９１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１７４５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０２３９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ２５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンロータと、
前記タービンロータに周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、
前記動翼翼列を備えたタービンロータが貫設された内部ケーシングと、
前記内部ケーシングを包囲する外部ケーシングと、
前記内部ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪と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、
前記静翼翼列と前記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タービン段落のうち、最終のタービン段落の下流側に設けられ、スチームガイドと、前記スチームガイドの内側のベアリングコーンとによって形成され、最終の前記タービン段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザと
を備え、
最終の前記タービン段落の前記静翼の外周が取り付けられた前記ダイアフラム外輪の内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ１が、前記スチームガイドの入口における内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ２以上であり、
最終の前記タービン段落における前記動翼の根元の最下流端から前記ベアリングコーンの下流側の端部が接する前記外部ケーシングの下流側側壁の内面までの距離Ｌと、最終の前記タービン段落における前記動翼の外径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）が０．２以上０．６以下の範囲において、次の関係式を満たすことを特徴とする蒸気タービン。
０≦拡大傾斜角度θ１（度）−拡大傾斜角度θ２（度）≦４０（Ｌ／Ｄ）−４

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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、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。

【0003】

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。

【0004】

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、タービン段落の最終段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。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。

【0005】

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。また、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。

【0006】

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の拡大することは、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。

【0007】

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）の低圧タービンでは、最終のタービン段落の動翼を通過した蒸気は、スチームガイドとベアリングコーンとで構成される環状のディフューザに導かれる。ディフューザに導かれた蒸気は、半径方向外側に向かって、放射状に流出する。放射状に流出した蒸気は、ケーシングなどによって流れが転向され、蒸気タービンの下方に設置された復水器に導かれる。

【0008】

このような低圧タービンにおいて、排気室内での圧力損失（静圧損失）を低減するためには、環状のディフューザで流れを減速させ、十分に静圧を回復させることが重要である。しかしながら、このような低圧タービンにおいて、例えば、スチームガイドの入口における内面のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度が大きい場合、蒸気は、ディフューザ内の入口に近い位置で剥離する。このような剥離は、ディフューザ内において蒸気の流れを緩やかに転向することができない場合、具体的には、ベアリングコーンのタービンロータ軸方向の距離が短い場合に顕著に発生する。

【0009】

従来においては、最終のタービン段落における動翼の先端部（シュラウド）を半径方向外側に急拡大する形状とすることで、スチームガイドにおける流れの剥離を抑制する試みがなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１０−２１６３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、従来の蒸気タービンのスチームガイドにおける流れの剥離の抑制は十分ではない。そのため、蒸気タービンにおいて、排気室内での圧力損失を確実に低減できる技術が求められている。

【0012】

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、圧力損失を低減することができる蒸気タービンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

実施形態の蒸気タービンは、タービンロータと、前記タービンロータに周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、前記動翼翼列を備えたタービンロータが貫設された内部ケーシングと、前記内部ケーシングを包囲する外部ケーシングと、前記内部ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪と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、前記静翼翼列と前記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タービン段落のうち、最終のタービン段落の下流側に設けられ、スチームガイドと、前記スチームガイドの内側のベアリングコーンとによって形成され、最終の前記タービン段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザとを備える。

【0014】

そして、蒸気タービンにおいて、最終の前記タービン段落の前記静翼の外周が取り付けられた前記ダイアフラム外輪の内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ１は、前記スチームガイドの入口における内面のタービンロータ軸方向に対する拡大傾斜角度θ２以上に設定されている。また、最終の前記タービン段落における前記動翼の根元の最下流端から前記ベアリングコーンの下流側の端部が接する前記外部ケーシングの下流側側壁の内面までの距離Ｌと、最終の前記タービン段落における前記動翼の外径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）が０．２以上０．６以下の範囲において、「０≦拡大傾斜角度θ１（度）−拡大傾斜角度θ２（度）≦４０（Ｌ／Ｄ）−４」の関係式を満たす。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】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。

【図2】実施の形態の蒸気タービンにおける最終のタービン段落および環状ディフューザの鉛直方向の子午断面を拡大した図である。

【図3】実施の形態の蒸気タービンにおける、他の構成を備える最終のタービン段落、および環状ディフューザの鉛直方向の子午断面を拡大した図である。

【図4】（Ｌ／Ｄ）と「θ１−θ２」との関係から、剥離損失、曲がり損失が発生する領域を求めた結果示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

図１は、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。

【0018】

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。

【0019】

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、動翼翼列を構成している。この動翼翼列は、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。

【0020】

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、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ軸方向に動翼翼列と交互になるように配置されている。静翼翼列と、この静翼翼列の直下流の動翼翼列とで一つのタービン段落を構成する。

【0021】

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。

【0022】

最終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とによって形成された、蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザ６０が形成されている。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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

次に、最終のタービン段落および環状ディフューザ６０の構成について詳しく説明する。

【0026】

図２は、実施の形態の蒸気タービン１０における最終のタービン段落および環状ディフューザ６０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。

【0027】

図２に示すように、最終のタービン段落の静翼２８ａは、ダイアフラム外輪２６ａとダイアフラム内輪２７ａとの間に取り付けられている。静翼２８ａの外周が取り付けられたダイアフラム外輪２６ａの内面７０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７０は、タービンロータ軸方向の下流側（図２では右方向）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θ１で傾斜している。

【0028】

静翼２８ａの下流の動翼２４ａの先端部は、例えば、シュラウド７５が備えられている。動翼２４ａの先端部にシュラウド７５を備えることで、先端の振動による流れの不安定性を抑制することができる。動翼２４ａの周囲の、ダイアフラム外輪２６ａの内面１１０は、図２に示すように、タービンロータ軸方向に、例えば、ほぼ水平となっている。

【0029】

なお、動翼２４ａの先端部、すなわちシュラウド７５は、ダイアフラム外輪２６ａの内面１１０との距離を一定に維持するため、図２に示す断面において、例えば、ほぼ水平に構成されている。動翼２４ａの先端部を、内面１１０に沿ってタービンロータ軸方向にほぼ水平とすることで、例えば、タービンロータ２２のタービンロータ軸方向への熱伸びした場合においても、動翼２４ａの先端部と内面１１０との間からの漏洩蒸気量の増加を抑制することができる。これによって、動翼２４ａから流出する蒸気の流れを安定させて、環状ディフューザ６０に導入することができる。

【0030】

ここでは、動翼２４ａの先端部にシュラウド７５を備えた一例を示したが、動翼２４ａの先端部にシュラウド７５を備えない構成であってもよい。先端部にシュラウド７５を備えない場合には、動翼２４ａの先端が、図２に示す断面において、例えば、ほぼ水平に構成されている。

【0031】

最終のタービン段落の下流側には、スチームガイド４０と、ベアリングコーン５０とによって形成された環状ディフューザ６０が形成されている。

【0032】

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、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、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９０の内壁面９１に接している。

【0033】

ここでは、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拡大する一例を示している。なお、ベアリングコーン５０は、例えば、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、直線的に拡大する部分および湾曲しながら拡大する部分を備えた構成としてもよい。また、ベアリングコーン５０は、例えば、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、直線的に拡大する部分を複数備えた構成としてもよい。

【0034】

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の上流端は、図２に示すように、ダイアフラム外輪２６ａの下流側端面のうちの半径方向内側部分に接している。スチームガイド４０の上流部は、例えば、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、下流部は、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。

【0035】

スチームガイド４０の入口における内面８０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は、図２に示した断面において、スチームガイド４０の内面８０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。

【0036】

ここで、拡大傾斜角度θ１は、拡大傾斜角度θ２以上とすることが好ましい。このように拡大傾斜角度θ１、θ２を設定することで、最終のタービン段落を流出した蒸気は、スチームガイド４０の入口における内面８０に沿って流れる。これによって、スチームガイド４０の内面８０に生じる流れの剥離を防止できる。そして、環状ディフューザ６０におけるディフューザ性能の低減を抑制できる。

【0037】

動翼２４ａの根元の最下流端１００からベアリングコーン５０の下流端が接する側壁９０の内壁面９１までの距離をＬとし、動翼２４ａの外径をＤとする。ここで、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、動翼２４ａがシュラウド７５を備える場合には、外径Ｄは、図１および図２に示すように、シュラウド７５を含んだ外径である。ディフューザ性能を確保するために、例えば、距離Ｌと外径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）に応じて、拡大傾斜角度θ１、θ２を設定することが好ましい。

【0038】

ここで、Ｌ／Ｄは、０．２以上０．６以下に設定することが好ましい。Ｌ／Ｄが０．２を下回る場合には、「拡大傾斜角度θ１−拡大傾斜角度θ２」が０度以上において、スチームガイド４０の内面８０に生じる流れの剥離による圧力損失（以下、剥離損失という。）が発生する。一方、Ｌ／Ｄが０．６を超える場合には、排気室のサイズが増大する。

【0039】

（Ｌ／Ｄ）が０．２以上０．６以下の範囲において次の関係式（１）を満たすことが好ましい。
０≦拡大傾斜角度θ１−拡大傾斜角度θ２≦４０（Ｌ／Ｄ）−４ …式（１）
なお、上記関係式の単位は、度である。

【0040】

「拡大傾斜角度θ１−拡大傾斜角度θ２」が０度を下回ると、剥離損失が発生する。一方、「拡大傾斜角度θ１−拡大傾斜角度θ２」が「４０（Ｌ／Ｄ）−４」を超えると、環状ディフューザ６０の半径方向外側への曲がりによる圧力損失（以下、曲がり損失という。）が発生する。

【0041】

上記したように、（Ｌ／Ｄ）に応じて、拡大傾斜角度θ１、θ２を上記の式（１）を満たすように設定することで、剥離損失および曲がり損失を防止することができる。これによって、環状ディフューザ６０におけるディフューザ性能の低減を抑制することができる。

【0042】

ここで、蒸気タービン１０の動作について、図１および図２を参照して説明する。

【0043】

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仕事をしながら通過し、タービンロータ２２を回転させる。最終のタービン段落を通過した蒸気は、環状ディフューザ６０内に流入する。

【0044】

ここで、ダイアフラム外輪２６ａの内面７０に沿って流れてきた蒸気は、環状ディフューザ６０の入口においても、内面７０の拡大傾斜角度θ１を有して流れている。そのため、最終のタービン段落を通過した蒸気が環状ディフューザ６０内に流入する際、蒸気は、剥離することなく、スチームガイド４０の内面８０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。

【0045】

また、環状ディフューザ６０内の曲がり流路を蒸気が流れるときも、蒸気は、曲がり損失を生じることなく流れる。そのため、環状ディフューザ６０において、静圧が十分に回復される。

【0046】

環状ディフューザ６０の出口において、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。

【0047】

なお、ここでは、タービンロータ２２の下方に復水器（図示しない）が設置された一例を示したが、復水器は、例えば、タービンロータ軸方向に垂直でかつ水平な方向の、蒸気タービン１０の側部側に備えられてもよい。換言すれば、蒸気タービン１０は、下方排気型に限らず、側方排気型であってもよい。

【0048】

上記したように、実施の形態の蒸気タービン１０によれば、距離Ｌと動翼２４ａの外径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）に応じて、拡大傾斜角度θ１、θ２を設定することで、排気室の環状ディフューザ６０における剥離損失および曲げ損失を抑制することができる。これによって、排気室における圧力損失を低減することができる。

【0049】

なお、実施の形態の蒸気タービン１０は、上記した構成に限られるものではない。図３は、実施の形態の蒸気タービン１０における、他の構成を備える最終のタービン段落、および環状ディフューザ６０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、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。

【0050】

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の周囲の、ダイアフラム外輪２６ａの内面１１０を、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、直線的に拡大するように構成してもよい。この内面１１０は、タービンロータ軸方向の下流側（図３では右方向）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θ３で傾斜している。

【0051】

この場合、動翼２４ａの先端部のシュラウド７５は、ダイアフラム外輪２６ａの内面１１０との距離を一定に維持するため、図３に示すように、例えば、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θ３で傾斜するように設けられる。このようなシュラウド７５を備える場合、動翼２４ａの外径Ｄは、図３に示すように、動翼２４ａが回転する際、シュラウド７５の半径方向の最先端７５ａが描く円の直径に等しい。なお、シュラウド７５の半径方向の最先端７５ａとは、図３に示すように、シュラウド７５の最も下流側における半径方向外側の端部である。

【0052】

ここで、拡大傾斜角度θ３は、距離Ｌと動翼２４ａの外径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）によらず、次の式（２）の関係を満たすことが好ましい。
０＜拡大傾斜角度θ３≦拡大傾斜角度θ１＋５ …式（２）
なお、上記関係式の単位は、度である。

【0053】

拡大傾斜角度θ３をこの範囲内に設定することで、ダイアフラム外輪２６ａの内面７０に沿って流れてきた蒸気は、内面１１０通過後、内面７０の拡大傾斜角度θ１を有して流れる。すなわち、ダイアフラム外輪２６ａの内面７０に沿って流れてきた蒸気は、環状ディフューザ６０の入口においても、内面７０の拡大傾斜角度θ１を有して流れる。そのため、最終のタービン段落を通過した蒸気が環状ディフューザ６０内に流入する際、蒸気は、剥離することなく、スチームガイド４０の内面８０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。これによって、図２に示した構成における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

【0054】

なお、上記した実施の形態では、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したが、本実施の形態は、例えば、単流形の低圧タービンに適用することもできる。

【0055】

（ディフューザ性能の評価）
ここでは、「距離Ｌと動翼２４ａの外径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）」と「拡大傾斜角度θ１−拡大傾斜角度θ２」との関係から、剥離損失、曲がり損失が発生する条件を検討した。

【0056】

ここで、評価する蒸気タービンのモデルとして、図２に示した構成を採用した。すなわち、動翼２４ａの周囲の、ダイアフラム外輪２６ａの内面１１０を、図２に示すように、タービンロータ軸方向に水平とした。

【0057】

図４は、（Ｌ／Ｄ）と「θ１−θ２」との関係から、剥離損失、曲がり損失が発生する領域を求めた結果示す図である。なお、図４は、数値解析によって求められた結果である。

【0058】

図４において、直線Ｌは、複数の異なる（Ｌ／Ｄ）の条件において、「θ１−θ２」を変化させたときに、曲がり損失がなくなる境界の「θ１−θ２」の角度をプロットして、近似した直線である。この直線よりも上方、すなわち「θ１−θ２」が大きい条件で曲がり損失が発生する。換言すれば、この直線上および直線よりも下方では、曲がり損失は発生しない。この直線Ｌは、「θ１−θ２＝４０（Ｌ／Ｄ）−４」の関係式で示される。

【0059】

直線Ｍは、複数の異なる（Ｌ／Ｄ）の条件において、「θ１−θ２」を変化させたときに、剥離損失がなくなる境界の「θ１−θ２」の角度をプロットして、近似した直線である。この直線よりも下方、すなわち「θ１−θ２」が小さい条件で剥離損失が発生する。換言すれば、この直線上および直線よりも上方では、剥離損失は発生しない。この直線Ｍは、「θ１−θ２＝０」で示される。

【0060】

なお、（Ｌ／Ｄ）の範囲は、前述したように０．２以上０．６以下とし、その範囲で、剥離損失、曲がり損失が発生する条件を評価した。図４において、剥離損失および曲がり損失の双方が発生しない領域は、斜線で示されている。

【0061】

図４に示すように、（Ｌ／Ｄ）が０．２以上０．６以下の範囲において、直線Ｌと直線Ｍとによって囲まれる範囲では、剥離損失および曲がり損失の双方が発生しないことがわかる。この範囲は、式（１）の関係を満たす範囲である。

【0062】

このように、直線Ｌと直線Ｍとによって囲まれる範囲では、剥離損失および曲げ損失が発生しないため、優れたディフューザ性能を有する環状ディフューザ６０を構成することができる。

【0063】

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、圧力損失を低減することが可能となる。

【0064】

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。

【符号の説明】

【0065】

１０…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、５０…ベアリングコーン、６０…環状ディフューザ、７０，８０，１１０…内面、７５…シュラウド、７５ａ…最先端、９０…側壁、９１…内壁面、１００…最下流端。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】