JP2020125750A - 楕円形の蒸気タービン筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】多くの蒸気タービンは、円形断面形状を備えた筐体を有する。蒸気タービン筐体は、高い内圧を封じ込める必要があり、爆発による危険な結果を招く恐れのある漏出を起こす危険を冒す必要がある。【解決手段】蒸気タービンは、内部空洞を画定する筐体を含んでいてもよく、筐体は、互いに接続されて筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を備えており、第１の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、第１の曲率と第２の曲率とは異なっており、第２の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、第１の曲率と第２の曲率とは異なっている。筐体の内面は、実質的に楕円形の断面を有していてもよい。楕円形の内面に作用する内圧は、分割線におけるより良好な封止を可能にする。【選択図】図１

Description

本開示は、概して蒸気タービンに関し、より詳細には、蒸気タービン用の筐体に関する。

蒸気タービン、ガスタービン、遠心流式圧縮機及び軸流式圧縮機等のターボ機械は、様々な産業において利用され得る。特にタービンは、発電所、ジェットエンジン用途、ガスタービン及び自動車用途において広く使用されている。蒸気タービン及び遠心流式圧縮機はまた、エチレンプラント、製油所及び発電等の大規模工業用途においても一般的に使用されている。

蒸気タービンは、加圧された蒸気から熱エネルギーを抽出し、それを回転する出力軸に機械的な仕事を行わせるために使用する装置である。多段蒸気タービンは、当技術分野において周知である。典型的な多段蒸気タービンは、一連のダイヤフラムを収容するタービン筐体と、ブレードを備えた軸の形態であるロータとを含んでいる。筐体の主な目的は、タービン内に高い内圧を封じ込めることである。多くの蒸気タービンは、円形断面形状を備えた筐体を有する。蒸気タービン筐体は、高い内圧を封じ込める必要があり、爆発による危険な結果を招く恐れのある漏出を起こす危険を冒す必要がある。

上記を鑑みれば、蒸気タービン内に内圧を封じ込めるために分割線フランジを封止する蒸気タービンの能力を向上させる筐体設計を含む蒸気タービンが、現在必要とされている。蒸気タービンのフランジ内の分割線にてより強力な封止を形成するために筐体における横方向の力を増大させる筐体設計を含む蒸気タービンもまた、現在必要とされている。

本開示の一例では、蒸気タービンは、内部空洞を画定する筐体を含んでいてもよく、筐体は、互いに接続されて筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を備えており、第１の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、第１の曲率と第２の曲率とは異なっており、第２の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、第１の曲率と第２の曲率とは異なっている。

本開示の別の例では、第１の筐体半部と第２の筐体半部とは、分割線にて接続されていてもよい。第１の筐体半部と第２の筐体半部とは、互いに機械的に接続されていてもよい。分割線において、内圧が、第１の筐体半部及び第２の筐体半部の各々における縁部を互いに向かって回転させ、それによって封止を形成する。第１及び第２の筐体半部のそれぞれは、少なくとも１つの平坦部分と、実質的に湾曲した部分とを含む内面を有していてもよい。第１及び第２の筐体半部は、互いに接続されていない際には互いに分離可能であってもよい。第１及び第２の筐体半部のそれぞれは、第１の平坦部分と、第２の平坦部分と、実質的に湾曲した部分とを含む内面を有していてもよい。第１及び第２の筐体半部の実質的に湾曲した部分は、第１の平坦部分と第２の平坦部分との間に位置していてもよい。第１及び第２の筐体半部における第１の平坦部分及び第２の平坦部分は、それぞれ０．１インチ〜３インチの範囲の長さを有していてもよい。第１の筐体半部及び第２の筐体半部の内面は、実質的に楕円形状の断面を形成していてもよい。

本開示の別の例では、蒸気タービンは、内部空洞を画定する筐体を含んでいてもよい。筐体は、互いに接続されて筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を含んでいてもよい。第１及び第２の筐体半部は、それぞれ、少なくとも１つの平坦部分と実質的に湾曲した部分とを含む内面を有していてもよい。

本開示の別の例では、第１の筐体半部と第２の筐体半部とは、分割線にて接続されていてもよい。第１の筐体半部と第２の筐体半部とは、互いに機械的に接続されていてもよい。分割線において、内圧が、第１の筐体半部及び第２の筐体半部の各々における縁部を互いに向かって回転させ、それによって封止を形成してもよい。第１及び第２の筐体半部は、互いに接続されていない際には互いに分離可能であってもよい。第１及び第２の筐体半部の少なくとも１つの平坦部分は、第１の平坦部分と、第２の平坦部分とを含んでいてもよい。第１及び第２の筐体半部の実質的に湾曲した部分は、第１の平坦部分と第２の平坦部分との間に位置していてもよい。第１及び第２の筐体半部における第１の平坦部分及び第２の平坦部分は、それぞれ０．１インチ〜３インチの範囲の長さを有していてもよい。第１の筐体半部及び第２の筐体半部の内面は、実質的に楕円形状の断面を形成していてもよい。第１及び第２の筐体半部の内面は、対応する形状を有していてもよい。

本発明はまた、以下の節においても開示される。

節１：蒸気タービンであって、
内部空洞を画定する筐体を備えており、
前記筐体は、互いに接続されて前記筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を備えており、
前記第１の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、前記第１の曲率と前記第２の曲率とは異なっており、
前記第２の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、前記第１の曲率と前記第２の曲率とは異なっている、蒸気タービン。

節２：前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、分割線にて接続されている、節１に記載の蒸気タービン。

節３：前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、互いに機械的に接続されている、節１又は２に記載の蒸気タービン。

節４：前記分割線において、内圧が、前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の各々における平坦な縁部を互いに向かって回転させ、それによって封止を形成する、節２に記載の蒸気タービン。

節５：前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、少なくとも１つの平坦部分と、実質的に湾曲した部分とを備えている、節１〜４のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節６：前記第１及び第２の筐体半部は、互いに接続されていない際には互いに分離可能である、節１〜５のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節７：前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、第１の平坦部分と、第２の平坦部分と、実質的に湾曲した部分とを備えている、節１〜６のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節８：前記第１及び第２の筐体半部の前記実質的に湾曲した部分は、前記第１の平坦部分と前記第２の平坦部分との間に位置している、節７に記載の蒸気タービン。

節９：前記第１及び第２の筐体半部における前記第１の平坦部分及び前記第２の平坦部分は、それぞれ０．１インチ〜３インチの範囲の長さを有している、節７又は８に記載の蒸気タービン。

節１０：前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、実質的に楕円形状の断面を形成している、節１〜９のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節１１：蒸気タービンであって、
内部空洞を画定する筐体を備えており、
前記筐体は、互いに接続されて前記筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を備えており、
前記第１及び第２の筐体半部は、それぞれ、少なくとも１つの平坦部分と実質的に湾曲した部分とを備えた内面を有している、蒸気タービン。

節１２：前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、分割線にて接続されている、節１１に記載の蒸気タービン。

節１３：前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、互いに機械的に接続されている、節１１又は１２に記載の蒸気タービン。

節１４：前記分割線において、内圧が、前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の各々における平坦な縁部を互いに向かって回転させ、それによって封止を形成する、節１２に記載の蒸気タービン。

節１５：前記第１及び第２の筐体半部は、互いに接続されていない際には互いに分離可能である、節１１〜１４のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節１６：前記第１及び第２の筐体半部の前記少なくとも１つの平坦部分は、第１の平坦部分と、第２の平坦部分とを備えている、節１１〜１５のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節１７：前記第１及び第２の筐体半部の前記実質的に湾曲した部分は、前記第１の平坦部分と前記第２の平坦部分との間に位置している、節１６に記載の蒸気タービン。

節１８：前記第１及び第２の筐体半部における前記第１の平坦部分及び前記第２の平坦部分は、それぞれ０．１インチ〜３インチの範囲の長さを有している、節１６又は１７に記載の蒸気タービン。

節１９：前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、実質的に楕円形状の断面を形成している、節１１〜１８のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

節２０：前記第１及び第２の筐体半部の前記内面は、対応する形状を有している、節１１〜１９のいずれか１つに記載の蒸気タービン。

図１は、本開示の一例に係る蒸気タービンの斜視図である。 図２は、図１の蒸気タービンの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図３は、本開示の一例に係る、異なる断面形状を備えた蒸気タービンの断面図である。 図４は、本開示の一例に係る、異なる断面形状を備えた蒸気タービンの断面図である。 図５は、本開示の一例に係る、異なる断面形状を備えた蒸気タービンの断面図である。

以下の説明の目的のために使用される空間定位の用語は、添付の図画、図面又は以下の本明細書におけるその他の記載にて定位されるに際し、参照された実施形態に関するものとする。しかしながら、以下に記載される実施形態は、多くの代替となる変形及び構成を想定し得ることを理解されたい。添付の図画、図面又は本明細書におけるその他の記載にて示される特定の構成要素、装置、特徴及び動作シーケンスは、単なる例であって、限定とみなされるものではないことも理解されたい。

本開示は、概して蒸気タービンに関し、より詳細には、蒸気タービン用の筐体設計に関する。システムの構成要素についての特定の好ましい非限定的な態様は、図１及び図２に示されている。一例では、本開示は、楕円形の断面形状を有する蒸気タービン筐体に関する。本開示は主として蒸気タービンに関するが、本明細書にて論じるこれらの概念は、他のターボ機械にも適用可能であることを理解されたい。そのようなターボ機械には、とりわけ、遠心流式圧縮機及び軸流式圧縮機が含まれる。

図１及び図２を参照して、本開示の一例に係る蒸気タービン２を図示及び説明する。蒸気タービン２は、筐体４の長手方向軸に沿って延びる内部空洞６を画定する筐体４を含んでいてもよい。一例では、筐体４は、第１の筐体半部８と第２の筐体半部１０とを含む分割二部式筐体であってもよい。第１及び第２の筐体半部８、１０は、併せて組み立てられることによって蒸気タービン用の筐体４を形成してもよい。第１及び第２の筐体半部８、１０は、任意の機械的機構を使用して互いに動作可能に接続されてもよく、そのような機械的機構には、ボルト締結機構、ラッチ機構又は筐体半部８、１０を互いに動作可能に接続することになる任意の他の機構が含まれる。筐体半部８、１０はまた、互いより分離されるように互いに接続解除され得る。接続時において、筐体半部８、１０は、筐体４によって形成された内部空洞６を画定するように配置される。一例では、出力軸（図示しない）は、筐体４の内部空洞６内に配置され、この内部空洞６を通って延びている。

図１及び図２に示されるように、組み立てられた際に、筐体半部８、１０は、分割線１２にて互いに接触する。一例では、筐体半部８、１０は、水平分割線にて互いに接触する。また、筐体半部８、１０は、垂直分割線又は他の任意の角度付き分割線にて互いに接触することも考えられる。いったん組み立てられると、筐体半部８、１０により分割線１２にて封止が形成され、それによって、筐体４内に封じ込められる蒸気からの内部圧力が内部空洞６から逃げられないことが確実にされる。一例では、分割線１２は、筐体４の下流端部１４から筐体４の上流端部１６まで延びている。第１及び第２の筐体半部８、１０上に、内部空洞６の少なくとも１つの入口１８が設けられていてもよく、筐体４の下流端部１４が内部空洞６の出口を画定してもよい。

図２を参照すると、本開示の一例では、筐体４は、楕円形の断面を有する内面２０を含んでいる。特に、それぞれの筐体半部８、１０の内面２２ａ、２２ｂは、楕円形の半分を形成しており、それによって筐体４の楕円形の断面を形成している。一例では、第１の筐体半部８の内面２２ａ及び第２の筐体半部１０の内面２２ｂは、対応する又は類似の形状を有する。一例では、第１の筐体半部８は、第１の直線部分２４ａと、実質的に湾曲した部分２４ｂと、第２の直線部分２４ｃとを含んでいる。第１及び第２の直線部分２４ａ、２４ｃは、第１の曲率を有していてもよく、実質的に湾曲した部分２４ｂは、第１の曲率とは異なる第２の曲率を有していると考えられる。実質的に湾曲した部分２４ｂは、第１の直線部分２４ａと第２の直線部分２４ｃとの間に位置している。一例では、第２の筐体半部１０は、第１の直線部分２６ａと、実質的に湾曲した部分２６ｂと、第２の直線部分２６ｃとを含んでいる。第１及び第２の直線部分２６ａ、２６ｃは、第１の曲率を有していてもよく、実質的に湾曲した部分２６ｂは、第１の曲率とは異なる第２の曲率を有していると考えられる。実質的に湾曲した部分２６ｂは、第１の直線部分２６ａと第２の直線部分２６ｃとの間に位置している。筐体半部８、１０が併せて形成された際には、第１の筐体半部８の第１の直線部分２４ａと第２の筐体半部１０の第１の直線部分２６ａとが互いに接触し、それによって筐体４内により大きな直線部分が形成される。同様に、筐体半部８、１０が併せて形成された際には、第１の筐体半部８の第２の直線部分２４ｃと第２の筐体半部１０の第２の直線部分２６ｃとが互いに接触し、それによって筐体４内により大きな直線部分が形成される。完全に組み立てられた際には、筐体半部８、１０の第１の直線部分２４ａ、２６ａと、実質的に湾曲した部分２４ｂ、２６ｂと、第２の直線部分２４ｃ、２６ｃとは、筐体４の内部空洞６内に実質的に楕円形の断面を形成する。直線部分２４ａ、２４ｃ、２６ａ、２６ｃの長さは、分割線１２における効果的な封止を確実にするため、内部空洞６内にもたらされる内圧及び全筐体寸法に応じて調整され得ることが考えられる。本開示の一例では、直線部分２４ａ、２４ｃ、２６ａ、２６ｃは、それぞれ０．１インチ〜３．０インチの間で延びていてもよい。しかしながら、特定の蒸気タービンにおける特定の内圧及び全筐体寸法に応じて、直線部分２４ａ、２４ｃ、２６ａ、２６ｃについて別の寸法が使用されてもよいことが考えられる。直線部分２４ａ、２４ｃ、２６ａ、２６ｃの長さが増加するにつれて、分割線１２にて生じる封止圧力もまた増加する。

図３〜５を参照すると、第１及び第２の筐体半部８、１０の内面２２ａ、２２ｂは、封止されている面に平行な横方向の力を生じさせる断面形状を形成していてもよい。例えば、第１及び第２の筐体半部８、１０の内面２２ａ、２２ｂは、これらの横方向の力をもたらすために、実質的に平坦な部分、湾曲した部分、楕円形部分又は任意の他の適切な形状を有していてもよい。本開示の一例では、第１の筐体半部８の内面２２ａは、第１の曲率を含む第１の部分と、第２の曲率を含む第２の部分とを含んでいてもよく、このとき、第１及び第２の曲率は、互いに異なる。本開示の一例では、第２の筐体半部８の内面２２ｂは、第１の曲率を含む第１の部分と、第２の曲率を含む第２の部分とを含んでいてもよく、このとき、第１及び第２の曲率は、互いに異なる。

図２に示すように、筐体４の内部空洞６内の内圧（矢印２８により示される）は、筐体４の内面２０に対して外向きの力を生じさせるが、この力によって筐体４からの漏出が起こる可能性がある。筐体４に楕円形の断面を利用することにより、漏出の可能性が大きく低減される。筐体半部８、１０と共に使用される直線部分２４ａ、２６ａ、２４ｃ、２６ｃに起因して、筐体４の分割線１２にて改善された封止が達成される。分割線１２の上下に直線部分２４ａ、２６ａ、２４ｃ、２６ｃを設けることによって、筐体４に対する横方向の力が増大する。力は、表面に垂直な方向において、圧力と表面の面積との積に等しい。したがって、面積が大きいほど、横方向の力が大きくなる。横方向の力が増大するため、筐体半部８、１０が互いに接続された際に、直線部分２４ａ、２４ｃ、２６ａ、２６ｃの内縁は、（矢印３０により示されるように）互いに向かって回転し、分割線１２の内縁にてより強力な封止が生じる。円形の断面形状を有する分割筐体を有する蒸気タービンとは異なり、本開示の蒸気タービン２の半割筐体８、１０の直線部分２４ａ、２４ｃ、２６ａ、２６ｃは、筐体４の分割線１２における封止能力を高めるのに役立つ。円形の断面形状を有する蒸気タービンでは、本開示において横方向の力によりもたらされる分割線における向上した封止能力と同等の封止能力は提供されない。

蒸気タービン２について複数の態様が添付の図面に示され、上記にて詳細に説明されているが、他の態様は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者には明らかであり、容易に実施される。したがって、前述の説明は、限定的ではなく例示的であることが意図されている。上記にて説明された本発明は特許請求の範囲によって定義され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内における本発明に対する全ての変更は、それらの範囲内に包含されるものである。

Claims (20)

1. 蒸気タービンであって、
   内部空洞を画定する筐体を備えており、
   前記筐体は、互いに接続されて前記筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を備えており、
   前記第１の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、前記第１の曲率と前記第２の曲率とは異なっており、
   前記第２の筐体半部の内面は、第１の曲率を有する第１の部分と第２の曲率を有する第２の部分とを有し、前記第１の曲率と前記第２の曲率とは異なっている、蒸気タービン。
2. 前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、分割線にて接続されている、請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、互いに機械的に接続されている、請求項１に記載の蒸気タービン。
4. 前記分割線において、内圧が、前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の各々における平坦な縁部を互いに向かって回転させ、それによって封止を形成する、請求項２に記載の蒸気タービン。
5. 前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、前記第１の部分に対応する少なくとも１つの平坦部分と、前記第２の部分に対応する実質的に湾曲した部分とを備えている、請求項１に記載の蒸気タービン。
6. 前記第１及び第２の筐体半部は、互いに接続されていない際には互いに分離可能である、請求項１に記載の蒸気タービン。
7. 前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、第１の平坦部分と、第２の平坦部分と、実質的に湾曲した部分とを備えている、請求項１に記載の蒸気タービン。
8. 前記第１及び第２の筐体半部の前記実質的に湾曲した部分は、前記第１の平坦部分と前記第２の平坦部分との間に位置している、請求項７に記載の蒸気タービン。
9. 前記第１及び第２の筐体半部における前記第１の平坦部分及び前記第２の平坦部分は、それぞれ０．１インチ〜３インチの範囲の長さを有している、請求項７に記載の蒸気タービン。
10. 前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、実質的に楕円形状の断面を形成している、請求項１に記載の蒸気タービン。
11. 蒸気タービンであって、
    内部空洞を画定する筐体を備えており、
    前記筐体は、互いに接続されて前記筐体を形成する第１の筐体半部及び第２の筐体半部を備えており、
    前記第１及び第２の筐体半部は、それぞれ、少なくとも１つの平坦部分と実質的に湾曲した部分とを備えた内面を有している、蒸気タービン。
12. 前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、分割線にて接続されている、請求項１１に記載の蒸気タービン。
13. 前記第１の筐体半部と前記第２の筐体半部とは、互いに機械的に接続されている、請求項１１に記載の蒸気タービン。
14. 前記分割線において、内圧が、前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の各々における平坦な縁部を互いに向かって回転させ、それによって封止を形成する、請求項１２に記載の蒸気タービン。
15. 前記第１及び第２の筐体半部は、互いに接続されていない際には互いに分離可能である、請求項１１に記載の蒸気タービン。
16. 前記第１及び第２の筐体半部の前記少なくとも１つの平坦部分は、第１の平坦部分と、第２の平坦部分とを備えている、請求項１１に記載の蒸気タービン。
17. 前記第１及び第２の筐体半部の前記実質的に湾曲した部分は、前記第１の平坦部分と前記第２の平坦部分との間に位置している、請求項１６に記載の蒸気タービン。
18. 前記第１及び第２の筐体半部における前記第１の平坦部分及び前記第２の平坦部分は、それぞれ０．１インチ〜３インチの範囲の長さを有している、請求項１６に記載の蒸気タービン。
19. 前記第１の筐体半部及び前記第２の筐体半部の前記内面は、実質的に楕円形状の断面を形成している、請求項１１に記載の蒸気タービン。
20. 前記第１及び第２の筐体半部の前記内面は、対応する形状を有している、請求項１１に記載の蒸気タービン。

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