蒸汽轮机的制作方法

本发明涉及蒸汽轮机。

本申请基于2017年8月15日提出申请的日本特愿2017-156732号主张优先权，并在此援用其内容。

背景技术：

蒸汽轮机具备将从涡轮转子的最终动叶片列流出的蒸汽向外部引导的排汽壳体。该排汽壳体具有扩散器及外侧壳体。扩散器相对于轴线呈环状，并形成随着朝向轴线下游侧而逐渐地朝向径向外侧的扩散器空间。扩散器具有划定扩散器空间的径向外侧的边缘的外侧扩散器(或者蒸汽引导件、导流件)及划定扩散器空间的径向内侧的边缘的内侧扩散器(或者圆锥滚子轴承外圈(bearingcone))。从涡轮转子的最终动叶片列流出的蒸汽流入扩散器空间内。外侧壳体与扩散器连通，在扩散器的外周沿相对于轴线的周向扩展而形成将从扩散器空间流入的蒸汽向外部引导的排汽空间。

作为具备这种结构的蒸汽轮机的具体例，已知有在下述专利文献1中记载的蒸汽轮机。在专利文献1中，由配置于径向内侧的锥体及配置于锥体的外周侧的引导件形成扩散器。在扩散器的下游侧设置有外部壳体。从扩散器排出的蒸汽通过与外部壳体碰撞从而以朝向与蒸汽的主流相反的方向的方式而转向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-220125号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在此，上述的引导件沿相对于排出的蒸汽的流动方向交叉的方向延伸。因此，在引导件的外周侧(背侧)的区域形成循环流。由于形成循环流，因此对排汽有效的流路面积减少，扩散器内部的蒸汽的压力恢复量也减少。即，在专利文献1中记载的蒸汽轮机中存在排汽损失增大的可能性。

本发明为了解决上述课题而做出，目的在于提供一种能够降低排汽损失的蒸汽轮机。

用于解决课题的技术方案

根据本发明的第一方式，蒸汽轮机具备：转子，通过被供给的蒸汽而绕轴线旋转，并从该轴线方向一侧对所述蒸汽进行排汽；内机室，从外周侧包围该转子；外机室，包围所述转子及所述内机室，并且在该外机室与该内机室之间划分出供所述蒸汽排汽的排汽室；及导流件，呈包围轴线的筒状，设置于所述排汽室内的所述内机室的所述轴线方向一侧的端部而对从所述转子排出的蒸汽进行引导，所述导流件具有：内周面，随着从所述内机室向所述轴线方向一侧离开而扩径；外周面，随着从所述内机室向所述轴线方向一侧离开而扩径；及折返面，与该外周面连接，使沿该外周面流动的流体朝向所述轴线方向另一侧转向。

根据该结构，沿外周面流动的流体通过折返面被转向，从而从轴线方向一侧朝向另一侧流动。由此，能够减小折返面附近的循环流区域的大小。

根据本发明的第二方式，所述折返面也可以随着从所述轴线的径向内侧朝向外侧而从所述轴线方向一侧向另一侧延伸。

根据该结构，沿外周面流动的流体通过折返面被转向，从而从轴线方向一侧朝向另一侧流动。由此，能够减小折返面附近的循环流区域的大小。

根据本发明的第三方式，在蒸汽轮机也可以设置有实心部，该实心部填充所述折返面与所述内周面之间的区域。

根据该结构，由于能够包括实心部在内一体地成型导流件，因此能够容易且廉价地制造导流件。

根据本发明的第四方式，在包含所述轴线的剖视图中，所述内周面也可以具有比所述折返面小的曲率半径，并且该折返面的外周侧的端缘与所述内周面的外周侧的端缘交叉。

根据该结构，能够使沿内周面流动的流体的流动方向与沿折返面流动的流体的流动方向大致相同。由此，能够降低沿内周面流动的流体与沿折返面流动的流体的混合损失。

根据本发明的第五方式，蒸汽轮机也可以具有设置于所述折返面上并沿所述轴线的径向延伸的多个第一整流翅片。

在此，从扩散器排出的流体的流动方向包含伴随转子的旋转的轴线的周向成分。根据上述的结构，通过将第一整流翅片设置于折返面上，能够使从扩散器排出的流体的周向成分与沿折返面流动的循环流的周向成分大致相同。因此，能够减小从扩散器排出的流体与循环流的干涉，降低混合损失。

根据本发明的第六方式，蒸汽轮机也可以具有设置于所述内周面上并沿所述轴线的径向延伸的多个第二整流翅片。

根据该结构，通过设置第二整流翅片，能够使沿着内周面的流动与沿折返面流动的循环流更接近。因此，能够进一步减小从扩散器排出的流体与循环流的干涉，降低混合损失。

发明效果

通过本发明，能够提供能够降低排汽损失的蒸汽轮机。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的蒸汽轮机的剖视图。

图2是本发明的第一实施方式的蒸汽轮机的主要部分放大图。

图3是示出本发明的第一实施方式的变形例的蒸汽轮机的主要部分放大图。

图4是本发明的第二实施方式的蒸汽轮机的主要部分放大图。

图5是本发明的第三实施方式的蒸汽轮机的主要部分放大图。

图6是本发明的第四实施方式的蒸汽轮机的主要部分放大图。

图7是图6的a-a线的剖视图。

具体实施方式

[第一实施方式]

参照附图对本发明的蒸汽轮机的第一实施方式进行说明。第一实施方式的蒸汽轮机st是二分流排汽型的蒸汽轮机。即，如图1所示，该蒸汽轮机st具备第一蒸汽轮机部10a及第二蒸汽轮机部10b。第一蒸汽轮机部10a及第二蒸汽轮机部10b均具备以轴线ar为中心旋转的涡轮转子11(转子11)、覆盖涡轮转子11的壳体20、固定于壳体20的多个静叶片列17及蒸汽流入管19。以下，将以该轴线ar为中心的周向仅设为周向dc，将相对于轴线ar垂直的方向设为径向dr。而且，在该径向dr上，将轴线ar的一侧设为径向内侧dri，将其相反侧设为径向外侧dro。

第一蒸汽轮机部10a和第二蒸汽轮机部10b共用蒸汽流入管19。在第一蒸汽轮机部10a，除了该蒸汽流入管19以外的部件以该蒸汽流入管19为基准配置于轴线方向da的一侧。在第二蒸汽轮机部10b，除了该蒸汽流入管19以外的部件以该蒸汽流入管19为基准配置于轴线方向da的另一侧。在各蒸汽轮机部10a、10b，在前述的轴线方向da上，将蒸汽流入管19的一侧设为轴线上流侧dau，将其相反侧设为轴线下游侧dad。

第一蒸汽轮机部10a的结构与第二蒸汽轮机部10b的结构基本相同。因此，以下主要对第一蒸汽轮机部10a进行说明。

涡轮转子11具有以轴线ar为中心沿在轴线方向da延伸的转子轴12及安装于该转子轴12的多个动叶片列13。涡轮转子11以能够以轴线ar为中心而旋转的方式由轴承18支承。多个动叶片列13在轴线方向da上排列。各动叶片列13均由在周向dc上排列的多个动叶片构成。第一蒸汽轮机部10a的涡轮转子11与第二蒸汽轮机部10b的涡轮转子11位于同一轴线ar上而相互连结，从而以轴线ar为中心一体旋转。

壳体20具有内侧壳体21(内机室21)及排汽壳体25。内侧壳体21以轴线ar为中心形成大致圆锥状的空间。涡轮转子11的多个动叶片列13配置于该圆锥状的空间内。多个静叶片列17在轴线方向da上排列，并配置于该圆锥状的空间内。多个静叶片列17分别配置于多个动叶片列13中的任一个动叶片列13的轴线上流侧dau。多个静叶片列17固定于内侧壳体21。

排汽壳体25具有扩散器26及外侧壳体30(外机室30)。扩散器26相对于轴线ar呈环状，并形成随着朝向轴线下游侧dad而逐渐朝向径向外侧的扩散器空间26s。从涡轮转子11的最终动叶片列13a流出的蒸汽流入扩散器空间26s内。最终动叶片列13a是指多个动叶片列13中配置于最靠轴线下游侧dad的动叶片列13。扩散器26具有划定扩散器空间26s的径向外侧dro的边缘的外侧扩散器27(导流件27)及划定扩散器空间26s的径向内侧dri的边缘的内侧扩散器29(圆锥滚子轴承外圈29)。外侧扩散器27的与轴线ar的垂直的截面呈环状，随着朝向轴线下游侧dad而逐渐朝向径向外侧dro扩展。内侧扩散器29的与轴线ar的垂直的截面也呈环状，随着朝向轴线下游侧dad而逐渐朝向径向外侧dro扩展。内侧扩散器29与外侧壳体30连接。

外侧壳体30具有排汽口31。该排汽口31从内部朝向径向外侧dro且朝向铅垂下方开口。在该排汽口31中连接有使蒸汽返回到水的冷凝器(未图示)。即，本实施方式的蒸汽轮机st是下方排汽型的冷凝蒸汽轮机。该外侧壳体30形成与扩散器26连通的排汽空间30s(排汽室30s)。该排汽空间30s在扩散器26的外周沿相对于轴线ar的周向dc扩展，将从扩散器空间26s流入的蒸汽向排汽口31引导。

接下来，参照图2对本实施方式的外侧扩散器27的详细的结构进行说明。如该图所示，外侧扩散器27的朝着径向外侧dro的面设为外周面27a。另外，外侧扩散器27的朝着径向内侧dri的面设为内周面27b。外周面27a与内周面27b之间的尺寸(即，外侧扩散器27的厚度)在外侧扩散器27的延伸区域的整体上是恒定的。

在外侧扩散器27的外周面27a上设置有折返部r。该折返部r从外侧扩散器27的外周面27a的靠近轴线方向da上的一侧的部分突出，以与外侧扩散器27延伸的方向交叉的方式延伸。更具体而言，折返部r从外侧扩散器27的外周面27a朝向另一侧从轴线方向da上的一侧朝向径向外侧dro延伸。即，折返部r的两面分别朝向轴线方向da上的两侧。在折返部r的两面中，在轴线方向da上的另一侧的面是折返面ra。折返面ra朝向轴线方向da上的一侧以弯曲形状凹陷。详细内容将在后面描述，折返面ra对于使沿着外侧扩散器27的外周面27a流动的流体(蒸汽)朝向轴线方向da上的另一侧转向是有效的。

接下来，再次参照图2对扩散器空间26s的蒸汽的行迹进行说明。从涡轮转子11的最终动叶片列13a流出的蒸汽流入扩散器空间26s。流入扩散器空间26s的蒸汽通过扩散器26的作用而实现压力恢复，并且通过与排汽壳体25的内表面碰撞来改变流动的朝向。更具体而言，通过了扩散器空间26s的蒸汽从径向内侧dri朝向径向外侧dro流过后，从轴线方向da一侧(轴线下游侧dad)朝向另一侧(轴线上流侧dau)流动。

如由图2中的实线箭头所示，从轴线方向da一侧朝向另一侧流动的蒸汽的一部分在排汽空间30s形成循环流f。循环流f在比折返部r的折返面ra靠轴线方向da另一侧的区域形成。循环流f在从外侧扩散器27的外周面27a朝向折返面ra的方向上旋转。流入排汽空间30s的蒸汽中的除循环流f以外的成分从排汽口31向外部排出。

在此，在本实施方式中，通过在外侧扩散器27设置折返部r(折返面ra)，能够将形成循环流f的区域仅限制在比折返面ra靠轴线方向da另一侧。更具体而言，沿着外周面27a流动的蒸汽通过折返面ra而转向，由此从轴线方向da一侧朝向另一侧流动。由此，能够减小折返面ra的附近的循环流f的大小。

另一方面，在外侧扩散器27未设置折返部r的情况下，循环流f比设置该折返部r的位置朝向轴线方向da一侧发展(图2中的虚线箭头f′)。在这样的循环流f′发展的情况下，排汽面积受到限制，朝向排汽口31的蒸汽的流动被限制。由此，蒸汽轮机st的排汽损失增大。然而，在本实施方式中，通过设置折返部r(折返面ra)，能够限制循环流f的发展，能够降低蒸汽轮机st的排汽损失。

以上，参照图1、图2对本发明的第一实施方式进行了描述。上述的结构是一例，可以对其实施各种变更、改良。例如，如图3所示，也可以采用如下结构：折返部r设置于外侧扩散器27的轴线方向da上的一个端部以便与外侧扩散器27连续。在采用了该结构的情况下，仅通过对形成外侧扩散器27的板材实施弯曲加工而形成折返部r，就能够得到外侧扩散器27。即，可以简化制造工序，可以降低成本并且缩短交货期。此外，该加工也可以容易地应用于现有的蒸汽轮机st。

[第二实施方式]

接下来，参照图4对本发明的第二实施方式进行说明。对与第一实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。如该图所示，在本实施方式中，在折返部r与外侧扩散器27之间的区域(折返面ra与内周面27b之间的区域)设置有填充该区域的实心部p。即，折返部r相对于外侧扩散器27呈一体的块状。实心部p的轴线方向da另一侧的面设为折返面ra。实心部p的外周侧的端面呈平面状。

根据这样的结构，与上述第一实施方式同样地，通过设置折返面ra能够将形成循环流f的区域仅限制在比折返面ra靠轴线方向da另一侧。更具体而言，沿着外周面27a流动的蒸汽通过折返面ra而转向，由此从轴线方向da一侧朝向另一侧流动。即，能够使通过折返面ra而转向的蒸汽的流动方向与从扩散器空间26s排出后与排汽壳体25碰撞的蒸汽的流动方向大致相同。由此，能够减小折返面ra的附近的循环流f的大小。另外，通过设置实心部p，能够将折返部r与外侧扩散器27由一个部件一体地形成。由此，能够简化制造工序。

以上，参照图4对本发明的第二实施方式进行了说明。但上述的结构为一例，可以对其实施各种变更、改良。

[第三实施方式]

接下来，参照图5对本发明的第三实施方式进行说明。对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。如该图所示，内周面27b在包含轴线ar的剖视图中具有比折返面ra小的曲率半径。换言之，内周面27b朝向轴线方向da一侧鼓出。内周面27b从外侧扩散器27的端部以大致圆弧状延伸。内周面27b的外周侧的端缘与折返面ra的外周侧的端缘交叉。即，在外周侧的端缘，内周面27b和折返面ra大致朝向同一方向延伸。

根据该结构，能够使沿着内周面27b流动的蒸汽的流动方向与沿着折返面ra流动的蒸汽的流动方向在外周侧的端缘大致相同。由此，能够减少沿着内周面27b流动的流体与沿着折返面ra流动的流体的混合损失。因此，能够减少循环流f与沿着折返面ra流动的蒸汽的流向的干涉，能够进一步降低蒸汽轮机st的排汽损失。

以上，参照图5对本发明的第三实施方式进行了说明。上述的结构是一例，可以对其实施各种变更、改良。

[第四实施方式]

接下来，参照图6、图7对本发明的第四实施方式进行说明。对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。如该图所示，在本实施方式中，在上述的第三实施方式中说明的折返面ra上及内周面27b上分别设置有整流用的翅片。

在折返面ra上，在周向dc上空开间隔地设置有沿径向dr延伸的多个第一整流翅片f1。第一整流翅片f1在折返面ra上相对于该折返面ra垂直地竖立设置。第一整流翅片f1随着从径向内侧dri朝向外侧，立起尺寸(第一整流翅片f1的从折返面ra起的立起尺寸)逐渐地变大。第一整流翅片f1从外侧扩散器27的轴线方向da的一侧的端部延伸到折返部r的外周侧的端部。

在内周面27b上的轴线方向da一侧的区域，在周向dc上空开间隔地设置有沿径向dr延伸的多个第二整流翅片f2。第二整流翅片f2在内周面27b上相对于该内周面27b垂直地竖立设置。第二整流翅片f2随着从径向内侧dri朝向径向外侧dro，立起尺寸逐渐地变大。第二整流翅片f2仅设置于内周面27b的包含外周侧的端部的一部分的区域。更具体而言，第二整流翅片f2仅设置于内周面27b中朝向径向外侧dro的区域。进一步地，在本实施方式中，在内周面27b上设置第二整流翅片f2的位置与折返面ra上的第一整流翅片f1的位置不同。

如图7所示，从轴线方向da观察，第一整流翅片f1和第二整流翅片f2在周向dc上交替排列。各第一整流翅片f1、各第二整流翅片f2相对于径向dr具有倾斜角度。进一步地，越是设置于在铅垂方向上远离的位置的第一整流翅片f1(或者，第二整流翅片f2)，则相对于径向dr的倾斜角度越大。

在此，在从扩散器空间26s排出的蒸汽的流动方向，包含伴随涡轮转子11的旋转的周向成分。根据上述的结构，通过在折返面ra上设置第一整流翅片f1，能够使从扩散器空间26s排出的蒸汽的周向成分与沿着折返面ra流动的循环流的周向成分大致相同。因此，能够减小从扩散器空间26s排出的蒸汽与循环流的干涉，并降低混合损失。由此，能够进一步地降低蒸汽轮机st的排汽损失。

并且，根据上述的结构，通过在外侧扩散器27的两面(折返面ra、内周面27b)分别设置第一整流翅片f1、第二整流翅片f2，能够使沿着内周面27b的流向和沿着折返面ra流动的循环流更接近。因此，能够进一步地减小从扩散器空间26s排出的蒸汽与循环流的干涉。

以上，参照图6对本发明的第四实施方式进行了说明。上述的结构是一例，可以对其实施各种变更、改良。例如，在周向dc上，第一整流翅片f1和第二整流翅片f2也可以设置于同一位置。进一步地，第一整流翅片f1和第二整流翅片f2的延伸的方向也可以相互交叉。

产业上的可利用性

根据上述的蒸汽轮机能够降低排汽损失。

标号说明

10a第一蒸汽轮机部

10b第二蒸汽轮机部

11涡轮转子

12转子轴

13动叶片列

13a最终动叶片列

17静叶片列

18轴承

19蒸汽流入管

20壳体

21内侧壳体

25排汽壳体

26扩散器

26s扩散器空间

27外侧扩散器(导流件)

27a外周面

27b内周面

29内侧扩散器

30外侧壳体

30s排汽空间

31排汽口

f1第一整流翅片

f2第二整流翅片

r折返部

ra折返面

st蒸汽轮机

ar轴线