JP2013249843A - ノズルダイアフラムインデューサ - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルダイアフラムインデューサを提供する。蒸気の流れによって駆動される蒸気タービンを提供する。
【解決手段】蒸気タービン１００は、ロータ１１０と、ロータ１１０の周りに位置付けられた複数のノズル１４０と、複数のノズルダイアフラム１９０とを含むことができる。ノズルダイアフラム１９０の１つ又はそれ以上は、インデューサ２１０プレートを含むことができる。インデューサプレート２１０は、入口２２０を含むことができる。
【選択図】図３

Description

本出願及び結果として得られる特許は、全体的に、ターボ機械に関し、より詳細には、蒸気タービンのロータに冷却流を提供して性能及び寿命を改善するためインデューサを備えたノズルダイアフラム並びにインデューサに関する。

蒸気タービン入口温度が上昇すると、燃料コスト及び二酸化炭素排出量が減少し、全体の効率が向上する。従って、蒸気タービンは、ロータ及び他の構成要素の有効寿命を損なうことなく、このような高温の蒸気温度に耐えることができなければならない。より耐熱性の材料をロータ構造に用いることができるが、このような材料は、ロータ構成要素のコストを実質的に増加させる可能性が高い。ロータ用の冷却剤として高圧低温の蒸気を用いることもできるが、このような冷却流の使用はまた、ロータのコストを増加させると同時に、ロータ全体の性能を低下させる可能性がある。その上、下流側冷却流を使用するのに伴う寄生コストが存在する。

従って、寿命を向上させながらも性能改善の寄生損失を抑えて、ロータ及び他の構成要素を十分に且つ効率的に冷却することができる、蒸気タービン及び同様のものなどのターボ機械の改善に対する要求がある。

米国特許出願公開第２０１２００４３７２８号明細書

従って、本出願及び結果として得られる特許は、蒸気の流れによって駆動される蒸気タービンを提供する。蒸気タービンは、ロータと、ロータの周りに位置付けられた複数のノズルと、を含むことができ、ノズルの各々がノズルダイアフラムとを含む。ノズルダイアフラムの１つ又はそれ以上は、ロータにインピンジメント流れを配向するインデューサプレートを含むことができる。

本出願及び結果として得られる特許は更に、蒸気タービンを作動させる方法を提供する。本方法は、ロータ上に位置付けられた複数のバケットを回転させるステップと、バケットと複数のノズルとの間の流路に蒸気の流れを送り込むステップと、蒸気の流れの一部をノズルの１つ又はそれ以上の周りに位置付けられたインデューサプレートを通して配向するステップと、流れの一部を角度付き構成を用いてロータに向けて配向するステップと、を含むことができる。

本出願及び結果として得られる特許は更に、蒸気の流れによって駆動される蒸気タービン段を提供する。蒸気タービン段は、ロータと、ロータ上に位置付けられた複数のバケットと、ロータの周りに位置付けられた複数のノズルと、を含むことができ、ノズルの各々がノズルダイアフラムを含む。ノズルダイアフラムは、インピンジメント流れをロータに角度付き構成で配向するインデューサプレートを含むことができる。

本出願及び結果として得られる特許のこれら及び他の特徴並びに改善は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって当業者には明らかになるであろう。

複数のセクションを有する蒸気タービンの１つの実施例の概略図。 バケット及びノズルを備えた、図１の蒸気タービンの１つの段の部分側面図。 バケット及びノズルを備えた、本明細書で記載することができる蒸気タービンの１つの段の部分側面図。

次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、蒸気タービン１０の１つの実施例の概略図である。蒸気タービン１０は、第１のセクション１５及び第２のセクション２０を含むことができる。セクション１５、２０は、高圧セクション、中圧セクション、及び／又は低圧セクションとすることができる。以下で詳細に説明するように、セクション１５、２０の各々は、複数の段を有することができる。外側シェル又はケーシング２５は、軸方向でそれぞれ上側ハーフセクション３０と下側ハーフセクション３５とに分割することができる。ロータ４０は、ケーシング２５を通って延びることができ、複数のジャーナル軸受４５により支持することができる。また、複数のシール５０が端部又はその他の周りでロータ４０を囲むことができる。中心セクション５５は、１つ又はそれ以上の蒸気入口６０を含むことができる。流れスプリッター６５は、そこを通る蒸気の流入流を分離するように、セクション１５、２０間に延びることができる。

図２は、蒸気タービン１０と共に用いることができる段７５の１つの実施例を示している。一般的に説明すると、各段７５は、ロータ４０の周りに円周方向に配列された複数のバケット８０を含むことができる。同様に、複数の固定ノズル８５をステータ９０の周りに円周方向に配列することができる。バケット８０及びノズル８５は、蒸気７０の流れのための流路９１を定め、ロータ４０の回転を付勢するようにする。各バケット８０は、ステータ９０から流路９１に延びる翼形部９２を含むことができる。ノズルダイアフラム９３は、翼形部９２からロータ４０に向けて延びることができる。ラビリンスシール９４は、ノズルダイアフラム９３からロータ４０に向けて延びて、漏洩を制限することができる。

使用時には、蒸気７０の流れは、蒸気入口６０を通ってセクション１５、２０に入り、段７５によって蒸気から機械的仕事を抽出し、ロータ４０を回転させるようにすることができる。次いで、蒸気７０の流れは、更なる処理及び同様のもののためセクション１５、２０から流出することができる。本明細書で説明される蒸気タービン１０は、例証の目的に過ぎない。他の多くの構成及び他の多くの又は異なる構成要素を備えた蒸気タービン及び／又は他のタイプのターボ機械を本明細書用いることもできる。

上述のように、蒸気タービン１０の効率的な作動及び十分な構成要素の寿命が、ロータ４０の冷却に必要である。ロータ４０を冷却する公知の方法は、外部冷却源を含むことができる。他の技法は、ロータ４０を冷却するために蒸気の逆流を使用することを含むことができる。例えば、バケット８０は、ロータホイール９５を介してロータ４０に取り付けることができる。ロータホイール９５は、逆冷却流のため貫通して延びる１つ又はそれ以上の冷却孔９６を有することができる。しかしながら、この根元反作用の概念は、全体効率に影響を及ぼす可能性がある。

図３は、本明細書で説明することができる蒸気タービン１００の一部を示している。蒸気タービン１００は、貫通して延びるロータ１１０を含むことができる。複数の段１２０は、ロータ１１０の周りに位置付けることができる。あらゆる数の段１２０を本明細書で使用することができる。各段１２０は、共に回転するようロータ１１０の周りに円周方向に配列された複数のバケット１３０を含むことができる。バケット１３０は、ロータホイール１３５及び同様のものに取り付けることができる。同様に、各段１２０は、ステータ１５０の周りに円周方向に配列された複数の固定ノズル１４０を含むことができる。バケット１３０及びノズル１４０は、ロータ１１０の回転を付勢するように蒸気１７０の流れのための流路１６０を定めることができる。バケット１３０及びノズル１４０は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。他の構成要素及び他の構成も本明細書で使用することができる。

ノズル１４０の各々は、ステータ１５０から流路１６０内に延びる翼形部１８０を含むことができる。ノズルダイアフラム１９０は、翼形部１８０からロータ１１０に向けて延びることができる。ノズルダイアフラム１９０は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。ラビリンスシール２００及び同様のものは、ノズルダイアフラム１９０からロータ１１０に向けて延びて、ロータ１１０に沿った漏洩を制限するようにすることができる。他のタイプのロータシールを本明細書で使用することができる。他の構成要素及び他の構成もまた本明細書で使用することができる。

ノズルダイアフラム１９０は、そこに位置付けられたインデューサプレート２１０を含むことができる。インデューサプレート２１０は、入口２２０を含むことができる。空気入口２２０は、１つ又はそれ以上の出口ジェット２３０に通じることができる。あらゆる数の出口ジェット２３０が各空気入口２２０と連通することができる。出口ジェット２３０は、角度付き構成２４０を有することができる。角度付き構成２４０は、ロータ１１０及びロータホイール２７０に向けることができる。出口ジェット２３０と角度付き構成２４０との間隔は変えることができ、最適化することができる。インデューサプレート２１０及びその構成要素は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。あらゆる数のインデューサプレート２１０を本明細書で使用することができる。角度付き構成２４０を備えた出口ジェット２３０は、蒸気１７０の流れの一部２６０からロータ１１０に向けて高速のインピンジメント流れ２５０を提供するよう最適化することができる。インピンジメント流れ２５０は、特にロータホイールの周りで低温を有することができ、十分名ロータ冷却を確保するようにする。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用することができる。

従って、インデューサプレート２１０は、インピンジメント流れ２５０の速度に対して接線成分をもたらす。接線方向の速度又は「予旋回」は、ロータ１１０に対して蒸気の温度を低下させることができる。この予旋回はまた、ロータ１１０が流れに対して実施できる仕事の量を低減することによって、ロータ１１０の周りのウィンデージを低減することができる。結果として、全体のロータ構成要素の寿命を改善することができる。インデューサプレート２１０はモジュール化することができ、当初の部品又は改造部品とすることができる。

従って、インデューサプレート２１０は、冷却に対する現在の根元反作用手法を排除することにより空力段効率を改善することができる。同様に、外部冷却源を排除することによって、性能の改善及び二酸化炭素排出量の低減をもたらすことができる。漏洩に関する全体の寄生流量及び外部流量を低減することができる。従って、インデューサプレート２１０は、ロータの寿命を延ばして全体の作動を改善することができる。

インデューサプレート２１０は、既存の冷却技法と共に用いることができ、及び／又はこのような既存の技法と完全に又は部分的に置き代わることができる。可変、形状、及び構成のインデューサプレート２１０も共に本明細書で使用することができる。インデューサプレート２１０の無いノズルダイアフラム１９０をインデューサプレート２１０付きのノズルダイアフラム１９０と共に用いることもできる。

上記のことは、本出願及びその結果として得られる特許の特定の実施形態にのみに関連している点を理解されたい。添付の請求項及びその均等物によって定義される本発明の全体的な技術的思想及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる。

１０ 蒸気タービン
１５ 第１のセクション
２０ 第２のセクション
２５ ケーシング
３０ 上側ハーフ
３５ 下側ハーフ
４０ ロータシャフト
４５ 軸受
５０ シール
５５ 中心セクション
６０ 蒸気入口
６５ 流れスプリッター
７０ 蒸気の流れ
７５ 段
８０ バケット
８５ ノズル
９０ ステータ
９１ 流路
９２ 翼形部
９３ ノズルダイアフラム
９４ ラビリンスシール
９５ ロータホイール
９６ 冷却孔
１００ 蒸気タービン
１１０ ロータ
１２０ 段
１３０ バケット
１３５ ロータホイール
１４０ ノズル
１５０ ステータ
１６０ 流路
１７０ 蒸気の流れ
１８０ 翼形部
１９０ ノズルダイアフラム
２００ ラビリンスシール
２１０ インデューサプレート
２２０ 空気入口
２３０ 出口ジェット
２４０ 角度付き構成
２５０ インピンジメント流れ
２６０ 部分
２７０ ホイール

Claims (20)

1. 蒸気の流れによって駆動される蒸気タービンであって、
   ロータと、
   前記ロータの周りに位置付けられた複数のノズルと、
   を備え、前記複数のノズルの各々がノズルダイアフラムを含み、該ノズルダイアフラムの１つ又はそれ以上が、前記ロータにインピンジメント流れを配向するインデューサプレートを含む、蒸気タービン。
2. 前記インデューサプレートが、空気入口及び１つ又はそれ以上の出口ジェットを含む、請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記インデューサプレートが、角度付き構成を含む、請求項１に記載の蒸気タービン。
4. 前記ロータが、ロータホイールを含み、前記角度付き構成が、前記インピンジメント流れを前記ロータホイールに配向する、請求項３に記載の蒸気タービン。
5. 前記角度付き構成が、前記インピンジメント流れに対して接線方向成分を加える、請求項３に記載の蒸気タービン。
6. 前記ロータに取り付けられた複数のバケットを更に備える、請求項１に記載の蒸気タービン。
7. 前記複数のノズル及び前記複数のバケットが、そこを通る流路を含む、請求項６に記載の蒸気タービン。
8. 前記複数のノズル及び前記複数のバケットが、前記蒸気タービンの段を含む、請求項６に記載の蒸気タービン。
9. 前記複数のノズルの各々が、ステータとノズルダイアフラムとの間に位置付けられた翼形部を含む、請求項１に記載の蒸気タービン。
10. 前記複数のノズルの各々が、その上にラビリンスシールを含む、請求項１に記載の蒸気タービン。
11. 前記インデューサプレートが、当初の部品を含む、請求項１に記載の蒸気タービン。
12. 前記インデューサプレートが、改造部品を含む、請求項１に記載の蒸気タービン。
13. 蒸気タービンを作動させる方法であって、
    ロータ上に位置付けられた複数のバケットを回転させるステップと、
    前記複数のバケットと複数のノズルとの間の流路に蒸気の流れを送り込むステップと、
    前記蒸気の流れの一部を前記複数のノズルの１つ又はそれ以上の周りに位置付けられたインデューサプレートを通して配向するステップと、
    前記流れの一部を角度付き構成を用いて前記ロータに向けて配向するステップと、
    を含む、方法。
14. 前記複数のノズルの１つ又はそれ以上のうちのノズルダイアフラム無いに前記インデューサプレートを位置付けるステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記流れの一部がインピンジメント流れを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 蒸気の流れによって駆動される蒸気タービン段であって、
    ロータと、
    前記ロータ上に位置付けられた複数のバケットと、
    前記ロータの周りに位置付けられた複数のノズルと、
    を備え、前記複数のノズルの各々がノズルダイアフラムを含み、該ノズルダイアフラムが、インピンジメント流れを前記ロータに角度付き構成で配向するインデューサプレートを含む、蒸気タービン。
17. 前記インデューサプレートが、空気入口及び１つ又はそれ以上の出口ジェットを含む、請求項１６に記載の蒸気タービン。
18. 前記ロータが、ロータホイールを含み、前記角度付き構成が、前記インピンジメント流れを前記ロータホイールに配向する、請求項１６に記載の蒸気タービン。
19. 前記角度付き構成が、前記インピンジメント流れに対して接線方向成分を加える、請求項１６に記載の蒸気タービン。
20. 前記複数のノズル及び前記複数のバケットが、そこを通る流路を含む、請求項１６に記載の蒸気タービン。