JP2015129512A

JP2015129512A - 蒸気タービン及びその組立方法

Info

Publication number: JP2015129512A
Application number: JP2014255675A
Authority: JP
Inventors: シャオチン・ツェン; Xiaoqing Zheng; トーマス・ジョセフ・ファリノー; Thomas Joseph Farineau; サチェヴェレル・クエンティン・エルドリッド; Quentin Eldrid Sacheverel; ジェイソン・エル・ボーワーズ; L Bowers Jason
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CH709128A2; US9574453B2; CN104763476B; CN104763476A; KR20150080911A; DE102014119426A1; US20150184529A1; KR102272728B1

Abstract

【課題】蒸気タービン及びその組立方法を提供する。
【解決手段】蒸気タービン１００は、ハウジング１２４及びハウジング内に主蒸気流１３８を放出するように構成される蒸気入口を含む。ステータ１２６は、ハウジングに連結され、ロータ１１４は、ステータ内に配置され、ハウジングに連結される。ロータ及びステータは、これらの間に、主蒸気流１３８と流体連通する主流路１３０を形成するように構成される。蒸気タービンは、ハウジングに連結されるシールアセンブリ１４８を含む。シールアセンブリは、パッキンヘッド１５４及び複数のシール１６６を含む。パッキンヘッドは、ロータと流体連通する冷却流路１５６を形成するように構成され、ロータに向かって冷却蒸気流を放出するように構成される。渦防止装置１８６は、ロータとパッキンヘッドとの間に配置され、シールアセンブリに連結される。
【選択図】図１

Description

本明細書で説明されている実施形態は、一般に蒸気タービンに関し、より具体的には、蒸気タービンのロータのための冷却流の渦効果を低減するための方法及びシステムに関する。

蒸気タービンは、効率を高めるためにより高い蒸気温度に依存するため、蒸気タービンは、タービンの耐用年数を減少させることのないように、より高い蒸気温度に耐えるよう製作される。一般的なタービン運転中、蒸気は、環状の高温蒸気路に沿って回転軸線と略平行に蒸気源からハウジング入口を通って流れる。一般的には、タービン段は、蒸気が、その後のタービン段のベーン及びブレードを通って流れるように蒸気路内に配置される。タービンブレードは、複数のタービンホイールに固定されてもよく、この場合、各タービンホイールは、ロータシャフトと共に回転するようにロータシャフトに連結されるか、又はロータシャフトと一体的に形成される。或いは、タービンブレードは、個々のホイールにではなくドラム型のタービンロータに固定されてもよく、この場合、ドラムは、シャフトと一体的に形成される。

少なくとも一部のタービンブレードは、略平坦なプラットフォームから半径方向外側に延在する翼部分及びプラットフォームから半径方向内側に延在する根元部分を含む。根元部分は、タービンロータのタービンホイールにブレードを固定するためにダブテール又は他の手段を含んでもよい。一般に、運転中、蒸気は、タービンブレードの周囲を通って流れ、これにより、タービンブレードは、高い熱応力を受ける。このような高い熱応力は、タービンブレード、ホイール、及び／又はロータの耐用年数を制限し得る。より具体的には、蒸気温度が上昇すると、ロータの材料は、クリープ及び破断を起こし得る。従来の蒸気タービンは、ロータの動作寿命及び性能を向上させるために耐熱性のより高い材料を使用する場合がある。しかしながら、このような材料は、タービンロータの製作費用を増加させ得る。一部の蒸気タービンでは、冷却蒸気が、中間の圧力段からロータに向かって噴射される場合がある。しかしながら、一般的な冷却蒸気は、ロータからの熱伝達に影響を及ぼし得るか、及び／又はロータの動作に悪影響を及ぼし得る渦効果を有し得る。

一態様において、蒸気タービンが提供される。蒸気タービンは、ハウジング及びハウジング内に第１の蒸気流を放出するように構成される蒸気入口を含む。ステータは、ハウジングに連結され、ロータは、ステータ内に配置され、ハウジングに連結される。ロータ及びステータは、これらの間に、第１の蒸気流と流体連通する第１の流路を形成する。ロータは、ロータホイールスペースを含む。蒸気タービンは、ハウジングに連結されるシールアセンブリを含む。シールアセンブリは、パッキンヘッド及び複数のシールを含む。パッキンヘッドは、ロータホイールスペースにおいてロータと流体連通し、かつロータホイールスペースに向かって第２の蒸気流を放出するように構成される第２の流路を形成する。渦防止装置は、ロータホイールスペースとパッキンヘッドとの間においてシールアセンブリに連結される。

別の態様において、ロータアセンブリが提供される。ロータアセンブリは、蒸気タービンの主流路内に配置され、ハウジングに連結される。ロータアセンブリは、ハウジングに連結されるロータを含む。ロータは、ロータホイールスペースを含む。ロータアセンブリは、ハウジングに連結されるシールアセンブリをさらに含む。シールアセンブリは、ロータホイールスペースと流体連通し、かつロータホイールスペースに向かって第２の蒸気流を放出する第２の流路を形成する複数のシールを含む。渦防止装置は、ロータホイールスペースと複数のシールとの間においてシールアセンブリに連結される。渦防止装置は、冷却蒸気流の渦を低減するように構成される。

さらに別の態様において、蒸気タービンを組み立てる方法が提供される。本方法は、ステータをハウジングに連結すること及び蒸気入口をハウジングに流体連通するように連結することを含む。第１の流路は、蒸気入口と流体連通するようにハウジング内に形成される。本方法は、ステータ内でハウジングにロータを連結することを含む。ロータは、ロータホイールスペース及び複数のブレードを含む。シールアセンブリは、ハウジングに連結され、ロータホイールスペースにおいてロータと流体連通する第２の流路を形成する複数のシールを含む。第２の流路は、ロータホイールスペースに向かって第２の蒸気流を放出するように構成される。本方法は、ロータホイールスペースと複数のシールとの間においてシールアセンブリに渦防止装置を連結することをさらに含む。

蒸気タービン、ロータアセンブリ、及び蒸気タービンに連結された例示的な渦防止装置の側面図である。第１の位置にある、図１に示されている渦防止装置の側面図である。第２の位置にある、図１に示されている渦防止装置の側面図である。図２及び図３に示されている渦防止装置の底面図である。図１に示されている蒸気タービン及び蒸気タービンに連結された渦防止装置の別の側面図である。代替的な渦防止装置を含む、図１に示されている蒸気タービンの側面図である。さらに別の代替的な渦防止装置を含む、図１に示されている蒸気タービンの側面図である。蒸気タービンを製造する例示的な方法を示すフローチャートである。

本明細書で説明されている実施形態は、一般に蒸気タービンに関する。より具体的には、実施形態は、蒸気タービン内を流れる冷却蒸気の渦効果の低減及び／又は除去に用いる方法及びシステムに関する。構成要素の冷却に関して本明細書で説明されている実施形態は、タービンロータに限定されないことが理解されるべきであり、蒸気タービン及びロータを利用した説明及び図面は、例示のためのものに過ぎないことがさらに理解されるべきである。さらに、実施形態は、蒸気タービン及びロータを示しているが、本明細書で説明されている実施形態は、他の適切なタービン構成要素に含まれ得る。さらに、流路に関して本明細書で説明されている実施形態は、必ずしもタービン構成要素に限定されないことが理解されるべきである。また、用語「主流路」及び「第１の流路」は交換可能に使用され、用語「主蒸気流」及び「第１の蒸気流」は交換可能に使用され、用語「冷却流路」及び「第２の流路」は交換可能に使用され、用語「冷却蒸気流」及び「第２の蒸気流」は交換可能に使用されることが理解されるべきである。具体的に言うと、一般に実施形態は、任意の適切な物品であって、当該の物品を通って、媒体（水、蒸気、空気、燃料、及び／又は任意の他の適切な流体など）が、当該の物品の冷却のために当該の物品の表面へ導かれる任意の適切な物品において使用され得る。

図１は、蒸気タービン１００、ロータアセンブリ１０２、及び蒸気タービン１００に連結された渦防止装置１８６の側面図を示している。図２は、第１の位置１９１にあるものとして示されている渦防止装置１８６の側面図である。図３は、第２の位置１９３にあるものとして示されている渦防止装置１８６の側面図である。図４は、渦防止装置１８６の底面図である。例示的な実施形態では、蒸気タービン１００は、タービン部１０４及びタービン端部領域１０６を含む。或いは、蒸気タービン１００は、蒸気タービン１００が本明細書で説明されているように機能することを可能にする任意の数の、タービンの部分、領域、及び／又は構成を含んでもよい。例示的な実施形態では、タービン部１０４は、互いに離間関係にある複数の段１０８を含む。段１０８のそれぞれは、回転アセンブリ１１０及び固定アセンブリ１１２を含む。回転アセンブリ１１０は、蒸気タービン１００の回転軸線１１６を中心に回転するロータ１１４を含む。複数のブレード１１８は、ブレード１１８のそれぞれが、プラットフォーム１２０から固定アセンブリ１１２に向かって半径方向外側に延在するように複数のプラットフォーム１２０に連結されている。複数のブレードの根元１２２は、プラットフォーム１２０に連結され、プラットフォーム１２０から半径方向外側に延在し、ロータ１１４に連結されている。根元１２２は、ロータ１１４のロータ本体１２３にブレード１１８を連結している。さらに、隣り合うブレード１１８は、隣り合うブレード１１８の間に配置された根元領域１３４を形成している。ロータ本体１２３は、タービン運転中に高温及び高応力を受けるロータホイールスペース１６４を含む。

固定アセンブリ１１２は、ハウジング１２４、ステータ１２６、及び複数の固定ベーン１２８を含む。ベーン１２８は、ステータ１２６に形成されたダブテール１３２に連結され、ブレード１１８の段の間において周方向に互いに離間されている。ハウジング１２４は、ロータ１１４、ブレード１１８、ステータ１２６、及びベーン１２８のうちの少なくとも１つを取り囲んでいる。例示的な実施形態では、ロータ１１４及びステータ１２６は、ハウジング１２４内の、それらの間に第１の流路１３０又は主流路を形成する離間関係にある。また、固定アセンブリ１１２は、主流路１３０と流体連通するように連結された蒸気入口１３６を含む。蒸気入口１３６は、第１の温度Ｔ₁にある主蒸気流１３８又は第１の蒸気流を主流路１３０へ運ぶものであり、複数のブレード１１８と流体連通している。例示的な実施形態では、蒸気入口１３６は、ハウジング１２４内に配置され、例えばボイラ又は熱回収蒸気発生器などの蒸気源１４０と流体連通している。また、蒸気入口１３６は、ボウル挿入部１４４及び漏れ流路１４６を有するボウル領域１４２を含む。

タービン端部領域１０６は、ロータ１１４に連結されたシールアセンブリ１４８を含む。シールアセンブリ１４８は、第１のシール部材１５０、第２のシール部材１５１、及び第３のシール部材１５２を含む。例示的な実施形態では、シールアセンブリ１４８は、蒸気入口１３６の上流位置でロータ１１４に連結されたパッキンヘッド１５４を含む。第１のシール部材１５０は、ロータホイールスペース１６４への主蒸気流１３８の漏れを低減し、高温蒸気の進入を防止又は制限するためにホイールスペース１６４の圧力上昇を促進する。ロータホイールスペース１６４は、ロータホイールスペース１６４が、主流路１３０内で高温にさらされ、回転ブレード１１８を保持していることによって高応力を受けることから冷却を必要とする。

パッキンヘッド１５４は、主流路１３０と流体連通する第１の部分１５８及び第１の部分１５８と流体連通する第２の部分１６０を有する第２の流路１５６又は冷却流路を形成している。例示的な実施形態では、冷却流源１１１は、第２の流路１５６と流体連通するように連結されている。冷却流源１１１は、第２の蒸気流１６２又は冷却蒸気流を第２の流路１５６に放出するように構成されている。例示的な実施形態では、第２の蒸気流１６２は、主蒸気流１３８の第１の温度Ｔ₁とは異なる第２の温度Ｔ₂を有する。より具体的には、第２の温度Ｔ₂は、第１の温度Ｔ₁よりも低い。或いは、第２の温度Ｔ₂は、第１の温度Ｔ₁とほぼ同じであってもよいし、又は第１の温度Ｔ₁より高くてもよい。第２の温度Ｔ₂は、ロータホイールスペース１６４におけるロータ本体１２３の冷却を可能にする任意の温度値を有してもよい。

パッキンヘッド１５４は、ロータホイールスペース１６４におけるロータ本体１２３の冷却を促進するために、第２の部分１６０及び第１の部分１５８を経由して第２の蒸気流１６２を導き、及び／又は放出する。第３のシール部材１５２は、１つ以上のシールリング１６８、１７０、１７２、及び１７４を含む。シール部材１５２は、冷却流がロータ端部１７１へ漏出することを制限するように、及び／又は高圧部（図示せず）からの漏れ流れ（図示せず）がロータ端部１７１から第２の流路１５６に入ることを制限するように構成されている。

複数のシール１６６は、第２の蒸気流１６２の漏れ流れを低減するように流路１５６内に配置されている。シール１６６は、シールリング１６８、１７０、１７２、及び１７４ならびにロータ１１４の対応する部分に連結されてもよい。タービン１００は、タービン端部領域１０６が本明細書で説明されているように機能することを可能にする任意の数のシール１６６を含んでもよい。バネ機構１７６は、シールリング１６８、１７０、１７２、及び１７４のそれぞれを閉位置に付勢し、及び／又はシールリング１６８、１７０、１７２、及び１７４のそれぞれを開位置に付勢する。シール１６６は、可撓性部材（ブラシシールなど）、ハニカムシール、インターロッキング、及び／又は流体力学的面シールなどであるが、これらに限定されない構成を含んでもよい。例示的な実施形態では、第２のシール部材１５１は、冷却流源１１１と渦防止装置１８６との間に配置されている。例示的な実施形態では、第２のシール部材１５１は、ブラシシール１７９を含む。或いは、第２のシール部材１５１は、タービン端部領域１０６が本明細書で説明されているように機能することを可能にする任意の種類のシールを含んでもよい。

渦防止装置１８６は、パッキンヘッド１５４に連結され、少なくとも部分的に第２の流路１５６内に配置される。より具体的には、渦防止装置１８６は、第１の部分１５８と第２の部分１６０との間に配置されている。渦防止装置１８６は、第１の端部１７８、第２の端部１８０、及び第１の端部１７８と第２の端部１８０との間に空隙１８９を形成するように構成された複数のベーン１８８を含む。ベーン１８８は、端部１７８から始まり、第２の端部１８０で終端している。渦防止装置１８６は、外周端部１７５及び反対側の端部１７７によって区切られていてもよい。例示的な実施形態では、ベーン１８８はまた、端部１７５及び１７７の間に延在している。例えばベーン１８８ａ、１８８ｂ、及び１８８ｃなどのベーン１８８は、側面１８２に対して傾けられる。より具体的には、ベーン１８８は、約１０°〜約９０°の範囲内の角度αを含む。より具体的には、角度αは、約４５°である。或いは、ベーン１８８は、外周端部１７５及び外周端部１７７の少なくとも一方に対して任意の角度を含んでもよいし、又は軸線１１６（図１に示されている）と略平行であってもよい。

例示的な実施形態では、パッキンヘッド１５４は、第２の部分１６０と流体連通する凹部１９０を含む。バネ１９４は、凹部端部１９２と渦防止装置１８６との間に配置されている。アーム１９６は、第２の部分１６０内において第１の位置１９１（図２）と第２の位置１９３（図３）との間で渦防止装置１８６を移動させるようにバネ１９４に連結されている。第１の位置１９１では、第２の端部１８０は、ロータ１１４に近接した位置にあり、第２の位置１９３では、第２の端部１８０は、ロータ１１４からより遠くに離れている。バネ１９４は、渦防止装置１８６が、移行状態中のロータの振動及び／又は位置合わせ不良に起因する、ロータ１１４と渦防止装置１８６との摩擦接触の最小化を容易にするためにロータ１１４との接触時に第２の位置１９３に移動することを可能にしながら、動作位置への渦防止装置１８６の配置を容易にするためにベーン１８８を第１の位置１９１に付勢するように構成されている。

渦防止装置１８６は、第２の蒸気流１６２に関して第２のシール部材１５１の下流及びロータホイールスペース１６４の上流に配置されている。第２の蒸気流１６２は、第２の蒸気流１６２が、第２の流路１５６を通って移動して、ロータ１１４の回転から旋回速度成分を得るときに発生する蒸気渦１８４を有する。蒸気渦１８４は、第２の蒸気流１６２がロータホイールスペース１６４に接触するときにロータホイールスペース１６４からの熱伝達及び／又はロータ１１４の動作に悪影響を与える。渦防止装置１８６は、第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４の低減及び／又は除去を行う。或いは、渦防止装置１８６は、ロータ１１４から第２の蒸気流１６２への熱交換を向上させてロータホイールスペース１６４の冷却を促進する目的で相対速度を大きくするために第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４を反転させる。熱伝達率は、熱伝達係数及び温度差に相関し得る。相対速度を大きくすることによって、熱伝達係数を大きくし、温度差の減少をしのぐことが可能である。

渦防止装置１８６は、ロータ１１４と第２の蒸気流１６２との間のより大きな相対回転速度に起因して熱伝達を向上させるために第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４の効果の低減及び／又は除去を行う。より具体的には、渦防止装置１８６の位置及びベーン１８８の角度αは、正の蒸気渦１８４を低減するために第２の蒸気流１６２の流れ方向を変化させるように構成されている。或いは、ベーン１８８は、負の渦（図示せず）を得るためにロータの回転方向とは反対にベーン１８８の角度αを設定することによって第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４を反転させるサイズ及び形状に形成される。第２の蒸気流１６２は、ロータ１１４から第２の蒸気流１６２への熱伝達を促進するために渦防止装置１８６を通過して、大きな相対速度でロータホイールスペース１６４に接触する。より具体的には、運転中、第２の蒸気流１６２は、渦防止装置１８６を通って導かれ、ロータ本体１２３、根元１２２、ブレード１１８、及びロータホイールスペース１６４のうちの少なくとも１つに、これらからの熱伝達を促進するために接触する。第２の蒸気流１６２は、流れ続けて主蒸気流１３８と混合される。

図５は、蒸気タービン１００及び渦防止装置１８６の別の側面図である。例示的な実施形態では、渦防止装置１８６は、第２のシール部材１５１に連結されている。より具体的には、渦防止装置１８６は、第２のシール部材１５１に一体的に連結されている。或いは、渦防止装置１８６は、第２のシール部材１５１に取り外し可能に連結されてもよい。渦防止装置１８６は、第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４の低減ならびに／又は除去及び／もしくは反転を促進するために第２の蒸気流１６２に関してロータホイールスペース１６４の上流において第２のシール部材１５１の下流側に連結されている。

運転中、高圧高温の主蒸気流１３８は、蒸気入口１３６を通って蒸気源１４０から主流路１３０へ導かれる。より具体的には、主蒸気流１３８は、ブレード１１８及びベーン１２８へ導かれる。主蒸気流１３８が、ブレード１１８に接触するとき、主蒸気流１３８は、ブレード１１８及びロータ１１４を回転させる。主蒸気流１３８は、下流方向に段１０８を通過し、同様の仕方で、連続する段（図示せず）を通って流れる。

複数のブレード１１８を通って流れて、ロータ１１４を回転させるという役割を果たさない蒸気流は、漏れ流れであると考えられる。蒸気タービン１００において役割を果たさない漏れ流れは、出力損失をもたらす。第１のシール部材１５０は、ホイールスペース１６４への主蒸気流１３８の漏れを低減するように構成されている。一方、冷却流源１１１から導かれる第２の蒸気流１６２は、第２のシール部材１５１及び渦防止装置１８６を通って流れる。より具体的には、第２の蒸気流１６２は、渦防止装置１８６のベーン１８８を通って流れる。

運転中、ベーン１２８の後ろの主蒸気流１３８に比べて温度が低く、圧力が高い第２の蒸気流１６２は、パッキンヘッド１５４を通って導かれる。例示的な運転において、第２の蒸気流１６２は、冷却流路１５６を通って導かれる。第２の蒸気流１６２が、シール１５１及び第２の流路１５６を通って移動するときに、第２の蒸気流１６２が、ロータ１１４から回転速度を得ることにより、第２の蒸気流１６２中に渦１８４が発生する。第２の蒸気流１６２は、第２のシール部材１５１を通過して流れ続け、渦防止装置１８６に接触する。ベーン１８８は、第２の蒸気流１６２を受け入れるか、もしくは整流して、第２の蒸気流１６２の旋回速度を低減し、及び／又は第２の蒸気流１６２の方向を反転させる。したがって、ロータ１１４と第２の蒸気流１６２との間の相対速度は、ロータ１１４の回転速度に近づき、この結果、ロータホイールスペース１６４におけるロータ１１４と第２の蒸気流１６２との間の熱伝達が向上して、ロータ本体１２３の冷却が促進される。

渦防止装置１８６は、ロータ１１４と第２の蒸気流１６２との間のより大きな相対回転速度に起因して熱伝達を向上させるために第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４の効果の低減及び／又は除去を行う。より具体的には、ベーン１８８の角度αは、正の蒸気渦１８４を低減するために第２の蒸気流１６２の流れ方向を変化させるように構成されている。或いは、ベーン１８８は、負の渦（図示せず）を得るためにロータの回転方向とは反対にベーン１８８の角度αを設定することによって第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４を反転させるサイズ及び形状に形成される。第２の蒸気流１６２は、ロータ１１４から第２の蒸気流１６２への熱伝達を促進するために渦防止装置１８６を通過して、大きな相対速度でロータホイールスペース１６４に接触する。より具体的には、運転中、第２の蒸気流１６２は、渦防止装置１８６を通って導かれ、ロータ本体１２３、根元１２２、ブレード１１８、及びロータホイールスペース１６４のうちの少なくとも１つに、これらからの熱伝達を促進するために接触する。

さらに、運転中、バネ１９４は、アーム１９６を介して、ロータ１１４との間に小さな隙間を有する第１の位置１９１（図２に示されている）に渦防止装置１８６を付勢する。第２の蒸気流１６２は、軸方向の及び／又は逆回転の流れ方向に第２の蒸気流１６２を向け直すベーン１８８内の通路を通って進む。ベーン１８８から出ると、第２の蒸気流１６２は、ロータホイールスペース１６４の冷却を促進する。起動及び停止などの移行時間中に大きなロータの偏位がある場合、ロータ１１４は、第２の端部１８０に接触し得る。ロータ１１４が、第２の端部１８０に接触した場合、ロータ１１４は、ロータ１１４への激しい摩擦損傷を回避するために、バネ１９４に対して及び第２の位置１９３（図３に示されている）に向かって外側へ渦防止装置１８６を移動させる。

図６は、蒸気タービン１００及び蒸気タービン１００に連結された代替的な渦防止装置２００の側面図である。図６において、図１〜図５の同様の構成要素には、同じ参照符号が付けられている。例示的な実施形態では、渦防止装置２００は、シール１５１とホイールスペース１６４との間にある。渦防止装置２００は、パッキンヘッド１５４に連結され、ロータ１１４に向かって延在している。渦防止装置２００は、ブラシシール２０２を含み、ブラシシール２０２は、第１の部分１５８と第２の部分１６０との間に配置され、シール部材１５１から離間されている。ブラシシール２０２は、密にまとめられた略円筒形のブリスル（ｂｒｉｓｔｌｅ）２０４を含み、密にまとめられた略円筒形のブリスル２０４は、第２の蒸気流１６２中の渦１８４を取り除くように構成された多孔質媒体を有する。ブラシシール２０２は、周方向流れに対して高い抵抗を有する、任意の多孔質媒体タイプの装置であってもよい。例示的な実施形態では、ブリスル２０４は、定常状態運転中に狭い隙間を維持しながらもタービン運転中の移動を可能にする低い半径方向剛性を有する。バネ荷重装置１９４は、第２の部分１６０内において第１の位置１９１と第２の位置１９３と（それぞれ図２及び図３に示されている）の間でブリスル２０４を移動させる。第１の位置１９１では、ブリスル端部２０１は、ロータ１１４に近接しており、第２の位置１９３では、ブリスル端部２０１は、ロータ１１４から離れている。

運転中、主蒸気流１３８に比べて温度が低い第２の蒸気流１６２は、パッキンヘッド１５４を経由して端部領域１０６を通って導かれる。例示的な運転において、第２の蒸気流１６２は、冷却流路１５６を通って導かれる。第２の蒸気流１６２が、シール１５１とロータ１１４との間の小さな間隙を通って移動するときに、第２の蒸気流１６２が、ロータ１１４から回転速度を得ることにより、第２の蒸気流１６２中に渦１８４が発生する。より具体的には、第２の蒸気流１６２は、第２の部分１６０及びシール１５１を通って導かれる。第２の部分１６０は、シール１５１から渦防止装置２００へ第２の蒸気流１６２を導く。

渦防止装置２００は、ロータ１１４に対する第２の蒸気流１６２の相対速度を大きくすることを促進するために第２の蒸気流１６２中に存在する渦１８４の効果の低減及び／又は除去を行う。第２の蒸気流１６２は、ロータ１１４から第２の蒸気流１６２への熱伝達を促進するために渦防止装置２００を通過して、ロータ１１４に接触する。より具体的には、運転中、第２の蒸気流１６２は、渦防止装置２００を通って導かれ、ロータ本体１２３、根元１２２、ブレード１１８、及びホイールスペース１６４のうちの少なくとも１つに、これらからの熱伝達を促進するために接触する。第２の蒸気流１６２は、流れ続けて主蒸気流１３８と混合される。

或いは、渦防止装置２００は、パッキンヘッド１５４を通る加圧流体の漏れの低減を促進するために流体力学的面シール（図示せず）を含んでもよい。流体力学的面シールは、メイティング（回転）リング（図示せず）及びシール（固定）リング（図示せず）を含む。一般に、流体力学的な浅い溝（図示せず）が、メイティングリングの面に形成又はエッチングされる。運転中、回転リングの流体力学的溝は、流体力を生成し、この流体力によって、固定リングが、回転リングから持ち上げられるか、又は分離され、この結果、２つのリングの間に小さな間隙が形成される。シールガスは、回転リングと固定リングとの間の間隙を通って流れる。

図７は、蒸気タービン１００及び蒸気タービン１００に連結された代替的な渦防止装置２０６の側面図である。例示的な実施形態では、渦防止装置２０６は、パッキンヘッド１５４と一体的に形成されている。渦防止装置２０６は、第２の部分１６０内に流れデフレクタ２０８を含み、シール部材１５１から離間されている。流れデフレクタ２０８は、冷却流路１５６を通って流れる（詳細には、第２の部分１６０を通って流れる）第２の蒸気流１６２を渦防止装置２０６へ導く。渦防止装置２０６は、第２の蒸気流１６２中に存在する渦１８４の低減及び／又は除去を行うように構成されている。或いは、渦防止装置２０６は、ロータ１１４から第２の蒸気流１６２への熱交換を向上させる目的で相対速度を大きくするために第２の蒸気流１６２中に存在する蒸気渦１８４を反転させる。

渦防止装置２０６は、ロータ１１４に対する第２の蒸気流１６２の相対速度を大きくすることを促進するために第２の蒸気流１６２中に存在する渦１８４の効果の低減及び／又は除去を行う。第２の蒸気流１６２は、ロータ１１４から第２の蒸気流１６２への熱伝達を促進するために渦防止装置２０６を通過して、ロータ１１４に接触する。より具体的には、運転中、第２の蒸気流１６２は、渦防止装置２０６を通って導かれ、ロータ本体１２３、根元１２２、ブレード１１８、及びホイールスペース１６４のうちの少なくとも１つに、これらからの熱伝達を促進するために接触する。第２の蒸気流１６２は、流れ続けて主蒸気流１３８と混合される。

図８は、蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１００（図１に示されている））を製造する方法８０２を示す例示的なフローチャート８００である。方法８０２は、ステータ（例えば、ステータ１２６（図１に示されている））をハウジング（ハウジング１２４（図１に示されている）など）に連結するステップ８０４を含む。蒸気入口（例えば、蒸気入口１３６（図１に示されている））は、ハウジングと流体連通するように連結される（ステップ８０６）。また、方法８０２は、蒸気入口と流体連通するようにハウジング内に第１の流路（第１の流路１３０（図１に示されている）など）を形成するステップ８０８を含む。方法８０２は、ステータ内でハウジングにロータ（ロータ１１４（図１に示されている）など）を連結するステップ８１０をさらに含み、この場合、ロータは、複数のブレード（例えば、ブレード１１８（図１に示されている））及びホイールスペース（例えば、ホイールスペース１６４（図１に示されている）など）を備える。

例示的な方法８０２において、シールアセンブリ（例えば、シールアセンブリ１４８（図１に示されている））は、ハウジングに連結される（ステップ８１２）。シールアセンブリは、ロータと流体連通し、かつロータホイールスペースにおいてロータに向かって第２の蒸気流（例えば、第２の蒸気流１６２（図２に示されている））を放出するように構成される第２の流路（第２の流路１５６（図２に示されている）など）を形成する複数のシール（シール部材１５１（図２に示されている）など）を含む。方法８０２は、ロータホイールスペースとシールとの間においてシールアセンブリに渦防止装置（例えば、渦防止装置１８６（図１に示されている））を連結するステップ８１４を含む。渦防止装置を連結するステップ８１４は、シール１５１の下流において冷却流路内にベーン（例えば、ベーン１８８（図２に示されている））を連結することを含む。方法８０２は、バネ荷重装置（バネ荷重装置１９４（図２に示されている）など）を渦防止装置に連結するステップ８１６をさらに含む。

本明細書で説明されているシステム及び方法の技術的効果は、（ａ）パッキンヘッドの出口側への渦防止装置の連結、（ｂ）冷却蒸気中に存在する蒸気渦の低減及び／又は反転を行うことによる、蒸気タービンからの熱伝達の向上、（ｃ）蒸気タービンのロータの冷却効果の向上、（ｄ）タービン構成要素の製造費用、運転費用、及び／又は保守費用の低減、ならびに（ｅ）蒸気タービンの動作寿命の向上のうちの少なくとも１つを含む。

本明細書で説明されている例示的な実施形態は、蒸気タービンのロータからの熱伝達を促進する。説明されている実施形態は、冷却蒸気がパッキンヘッドから出て、ロータに向かって流れるときに冷却蒸気の蒸気渦の低減及び／又は反転を行うためにパッキンヘッドの出口側に連結される渦防止装置を使用する。渦防止装置は、蒸気タービン（詳細には、ロータ）からの熱伝達を向上させるように蒸気渦を変化させる。ロータの冷却を向上させることによって、本明細書で説明されている実施形態は、運転費用及び／又は保守費用を低減する。さらに、本明細書で説明されている実施形態は、蒸気タービンの動作寿命を向上させる。

蒸気タービン及びその組立方法の例示的な実施形態は、詳細に上述されている。本方法及び本システムは、本明細書で説明されている特定の実施態様に限定されるものではなく、それどころか、本システムの構成要素及び／又は本方法のステップは、本明細書で説明されている他の構成要素及び／又はステップから切り離して単独で利用されてもよい。例えば、本方法はまた、他の製造システム及び方法と組合せて使用されてもよく、本明細書で説明されているシステム及び方法のみに関する実施に限定されない。それどころか、例示的な実施形態は、多くの他の熱的用途に関連して実施され、利用されてもよい。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴が、一部の図面に示されていて、他の図面には示されていない場合があるが、これは、便宜のために過ぎない。本発明の原理に従って、図面における任意の特徴は、任意の他の図面における任意の特徴と組合せて参照及び／又は特許請求され得る。

この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置又はシステムの作製及び使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

１００蒸気タービン
１０２ロータアセンブリ
１０４タービン部
１０６タービン端部領域
１０８段
１１０回転アセンブリ
１１１冷却流源
１１２固定アセンブリ
１１４ロータ
１１６回転軸線
１１８ブレード
１２０プラットフォーム
１２２根元
１２３ロータ本体
１２４ハウジング
１２６ステータ
１２８ベーン
１３０第１の流路又は主流路
１３２ダブテール
１３４根元領域
１３６蒸気入口
１３８主蒸気流
１４０蒸気源
１４２ボウル領域
１４４ボウル挿入部
１４６漏れ流路
１４８シールアセンブリ
１５０第１のシール部材
１５１第２のシール部材
１５２第３のシール部材
１５４パッキンヘッド
１５６第２の流路又は冷却流路
１５８第１の部分
１６０第２の部分
１６２第２の蒸気流
１６４ロータホイールスペース
１６６シール
１６８シールリング
１７０シールリング
１７１ロータ端部
１７２シールリング
１７４シールリング
１７５外周端部
１７６バネ機構
１７７外周端部
１７８第１の端部
１７９ブラシシール
１８０第２の端部
１８２側面
１８４蒸気渦
１８６渦防止装置
１８８ベーン
１８９空隙
１９０凹部
１９１第１の位置
１９２凹部端部
１９２バネ荷重装置
１９３第２の位置
１９４バネ
１９６アーム
２００渦防止装置
２０１ブリスル端部
２０２ブラシシール
２０４ブリスル
２０６渦防止装置
２０８流れデフレクタ

Claims

蒸気タービン（１００）であって、ハウジング（１２４）であって、主蒸気流（１３８）をハウジング（１２４）内に放出するように構成された入口を備えるハウジング（１２４）と、
ハウジング（１２４）に連結されたステータ（１２６）と、
ステータ（１２６）内に配置され、ハウジング（１２４）に連結されたロータ（１１４）であって、ロータ（１１４）及びステータ（１２６）が、これらの間に主流路（１３０）を形成しており、該主流路（１３０）が、主蒸気流（１３８）と流体連通し、ロータ（１１４）が、ロータホイールスペース（１６４）を備えるロータ（１１４）と、
ハウジング（１２４）に連結されたシールアセンブリ（１４８）であって、該シールアセンブリ（１４８）が、パッキンヘッド（１５４）及び複数のシール（１６６）を備え、パッキンヘッド（１５４）が、ロータホイールスペース（１６４）においてロータ（１１４）と流体連通する冷却流路（１５６）を形成しており、該冷却流路（１５６）が、ロータホイールスペース（１６４）に向かって冷却蒸気流を放出するように構成されているシールアセンブリ（１４８）と、
ロータホイールスペース（１６４）とパッキンヘッド（１５４）との間においてシールアセンブリ（１４８）に連結された渦防止装置（１８６）と
を備える蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、冷却流路（１５６）内に配置されている、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
複数のシール（１６６）が、冷却蒸気流に関して上流シール及び下流シールを備え、渦防止装置（１８６）が、下流シールに連結されている、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、下流シールに連結されたベーン（１８８）を備える、請求項３記載の蒸気タービン（１００）。
複数のシール（１６６）が、冷却蒸気流に関して上流シール及び下流シールを備え、渦防止装置（１８６）が、ロータホイールスペース（１６４）と下流シールとの間において冷却流路（１５６）内に配置されている、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、ベーン（１８８）及び該ベーン（１８８）に連結されたバネ荷重装置（１９４）を備え、バネ荷重装置（１９４）が、冷却流路（１５６）内において第１の位置（１９１）と第２の位置（１９３）との間でベーン（１８８）を移動させるように構成されている、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、流れデフレクタ（２０８）を備える、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、バネ荷重ブラシ（２０２）を備える、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、冷却蒸気流の渦（１８４）を低減するように構成されている、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
渦防止装置（１８６）が、冷却蒸気流の速度を低減するように構成されている、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。