1、前言
随着世界脱碳潮流的加速，各国正在推行向可再生能源的转型；另一方面，由于电力供需关系，预计未来火力发电设施仍将继续存在，同时为了抑制温室气体的排放，需要进一步提高火力发电的效率。特别是由于可再生能源的供电能力的不稳定性等，燃气轮机联合循环（以下简称“GTCC”）变得越来越重要。
如图1所示，日本三菱动力株式会社（以下简称“三菱动力”）计划同时实现脱碳化和稳定供电，并以日本政府提出的2050年实现碳中和为目标，建立可持续能源系统。
三菱动力开发了1650℃级M501 JAC型燃气轮机作为最新的GTCC，并在第二T点（即三菱动力的实证试验发电设备）实施了试运行验证。此外，作为燃气轮机的底部设备，开发了侧排式高性能蒸汽轮机，同样在第二T点实施了试运行验证。
在发电厂用蒸汽轮机中，低压涡轮机末级所用的长叶片不仅决定了低压舱的数量和整个涡轮机的尺寸，而且输出占比很高，是对涡轮机的整体效率具有重大影响的最重要部分。由于低压涡轮机的性能很大程度上取决于排气性能，因此最大限度地提高排气性能会对蒸汽轮机的整体性能产生很大的影响。
因此，本文将介绍低压涡轮机的最新开发成果和验证结果，其中低压涡轮机是GTCC底部的蒸汽轮机的重要部件。
图1 可持续能源系统的渐进式路线图
2、最新侧排式高性能蒸汽轮机的概要
应用于最新蒸汽轮机的高性能反作用式叶片、末级叶片组、侧排式涡轮机、间隙预测技术、密封技术和高表面压力轴承不仅可应用于面向GTCC的蒸汽轮机、还可应用于中小型机器、大型燃煤机、核电设备、地热涡轮机以及售后服务中的内部更换。应用这些技术，向第二T点（即三菱动力的实证试验发电设备）交付的高效蒸汽轮机的外观如图2所示，所应用的最新技术的概要如图3所示，规格如表1所示。
该蒸汽轮机是最新的蒸汽轮机，其蒸汽温度为600℃，额定输出功率为170MW，通过SSS离合器与燃气轮机、发电机连接，构成566MW的GTCC设备。本文中，将主要介绍低压涡轮机的开发和验证，其他元件技术的开发和验证结果可查阅参考文献。
图2 第二T点的蒸汽轮机
表1 第二T点的蒸汽轮机的规格
图3 最新蒸汽轮机的设计理念
3、低压蒸汽轮机的开发
3.1 低压涡轮机内的侧方排气室的特点
低压涡轮机内的排气室具有扩散器的功能。低压蒸汽轮机的扩散器起到增加末级的输出并提高涡轮机的整体性能的作用。扩散器本身将末级叶片出口处的动能转化为冷凝器处的静压。由于该静压水平由冷凝器决定，通过扩散器效应，末级可利用的焓差会变大，从而导致了涡轮机输出变高。基本机制如图4所示。
