JP5735730B2

JP5735730B2 - 複流タービンのタブ部分を冷却する装置および方法

Info

Publication number: JP5735730B2
Application number: JP2009043295A
Authority: JP
Inventors: フロール・デル・カルメン・リヴァス; ウィリアム・トーマス・パリー; ジョン−ポール・ジェームズ・クロニアー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: DE102009003526B4; FR2928179B1; US20090217673A1; RU2486345C2; JP2009203984A; DE102009003526A1; RU2009107292A; FR2928179A1; US8317458B2

Description

本発明は蒸気タービンに関する。より詳細には、本発明は複流蒸気タービンのタブ部分の冷却に関する。

複流蒸気タービンは、一般的に、共通軸上に配置された２つの並流タービン側部分を有する。タブ部分は、多くの場合、タービン側部分の間に位置付けられ、軸の周囲に配置される。蒸気が蒸気タービンの中へタブ部分に向かって半径方向内向きに流れ、その後、蒸気流は分かれ、軸方向に回転し、反対方向に流れて、２つの並流タービン側部分の各々に入る。

米国公開特許第２００７／００６５２７３号公報

蒸気流は複流蒸気タービンのロータとタブ部分の間で停滞する可能性があり、停滞した蒸気のウィンデージ加熱によってロータが高温になる。高いロータ温度は潜在的にロータの耐用年数を縮め、蒸気タービンの破損につながる可能性がある。

タービンロータと、第１反応を伴う発電機側第１段を有する発電機側部分と、該第１反応と差のある第２反応を伴うタービン側第１段を有するタービン側部分とを有する蒸気タービンを提供する。該蒸気タービンは、該発電機側部分と該タービン側部分の間に配置されたタブ部分であって、該タービンロータと該タブ部分の間に環状部が画定される該タブ部分を有する。該第１反応と第２反応の差によって蒸気流を該環状部へ付勢して、該タービンロータの温度を下げることができる。該蒸気タービンのタブ部分を冷却する方法は、タービンロータと、第１反応を伴う発電機側第１段を有する発電機側部分と、該第１反応と差のある第２反応を伴うタービン側第１段を有するタービン側部分と、該発電機側部分と該タービン側部分の間に配置されたタブ部分であって、該タービンロータと該タブ部分の間に環状部が画定される該タブ部分とを有する蒸気タービンの中へ蒸気流を付勢するステップを有する。該方法はさらに、該蒸気流を該発電機側第１段へ流すステップと、該第２反応と該第１反応の差によって該蒸気流の少なくとも一部分を該環状部へ付勢して、該タービンロータの温度を下げるステップとを有する。流された蒸気の一部分は、該環状部から該タービン側部分へ流れる。

これらおよびその他の利点および特徴は、図面と併せて以下の説明からより明らかとなるであろう。

本発明と見なされる主題について、明細書の末尾の特許請求の範囲において特に指摘し明確に請求する。本発明の前述およびその他の目的、特徴および利点は、添付図面と併せて以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
複流蒸気タービンの一例の概略図である。タブ部分に冷却流を有する複流蒸気タービンの一例の横断面図である。タブ部分に冷却流を有する複流蒸気タービンの別の例の横断面図である。

詳細な説明は、図面に関する例証として、利点および特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

図１には、複流蒸気タービン１０の概略図を示す。蒸気タービン１０は、発電機（図示せず）の最も近くに配置された発電機側部分１２と、発電機から最も遠くに配置されたタービン側部分１４とを有しており、発電機側部分１２およびタービン側部分１４は外側ケース１６内に配置してもよい。複流タブ部分１８は、発電機側部分１２とタービン側部分１４の軸方向中間かつロータ２０の半径方向外側に配置される。ロータ２０は、例えば、ドラムロータまたはロータ軸上に配置された少なくとも１つのロータディスクを備えてもよい。ロータ２０およびタブ部分１８は、ロータ２０とタブ部分１８の間に環状部２２を画定するように構成および配置される。蒸気は、ロータ２０およびタブ部分１８の半径方向外側に配置される入口２４から蒸気タービン１０に入る。入口２４から蒸気タービン１０に入った蒸気は、タブ部分１８に向かって流れて分かれてから、発電機側部分１２またはタービン側部分１４のどちらかに入る。

次に図２を参照すると、発電機側部分１２は、一部の実施形態ではタブ部分１８に配置される複数の発電機側ノズル２８と、複数の発電機側バケット３０とからなる発電機側第１段２６を有する。発電機側バケット３０は、ロータ２０上に取り付けられる。一部の実施形態では、ロータ２０は、発電機側バケット３０の半径方向内側、あるいは発電機側バケット３０内に位置付けられたホイール穴および／またはダブテール穴を含み得る複数の発電機側バランス穴３２を備えてもよい。同様に、タービン側部分１４は、複数のタービン側ノズル３６と、複数のタービン側バケット３８とからなるタービン側第１段３４を有する。タービン側バケット３８は、ロータ２０上にある。一部の実施形態では、複数のタービン側バランス穴４０を、タービン側バケット３８の半径方向内側、あるいはタービン側バケット３８内に位置付けてもよい。

発電機側部分１２およびタービン側部分１４は、第１環状部端４２と第２環状部端４４の間に圧力差を発生させるように構成されているので、圧力差によって環状部２２を通る直交流４６が形成される。これは、一部の実施形態では、発電機側第１段２６またはタービン側第１段３４の一方が陰性反応を示し、発電機側第１段２６またはタービン側第１段３４の他方が陽性反応を示すように構成することによって実現される。本明細書で用いられる「反応」は、特定の段に関するノズルおよびバケット両方の全圧力降下に対するバケットの静圧降下率を指す。陰性反応を示す段では、バケット出口圧がノズル出口圧よりも大きい。

図２の実施形態では、発電機側第１段２６が陰性反応を示すように構成され、タービン側第１段３４が陽性反応を示すように構成される。さらに、発電機側バケット３０の出口圧は、タービン側バケット３８の出口圧よりも大きい。発電機側第１段２６が陰性反応を、タービン側第１段３４が陽性反応を示すように蒸気タービン１０を構成することにより、環状部２２内にロータ２０を冷却するためのフローパターンが形成される。この結果、蒸気タービン１０の作動中に、矢印４６で示すような蒸気流が生じる。蒸気流４６は、発電機側ノズル２８を、さらに対応する発電機側バケット３０を通過する。流れの一部分が発電機側第２段４８へ向かう一方、他の部分はロータ２０の発電機側バランス穴３２、あるいはその他の貫通穴または経路を介して流れて、タブ部分１８とロータ２０の間の環状部２２を進む。蒸気流４６は、環状部２２を通ってタービン側部分１４へ向かう。蒸気流４６は、タービン側バランス穴４０、あるいはその他の穴または経路を介して、タービン側第２段５０へ流れる。環状部２２内の蒸気流４６が環状部２２に隣接するロータ２０の冷却を行なうことによって、ロータ２０の耐用年数を縮め、蒸気タービン１０に潜在的に損傷を与える可能性のある温度へのロータ２０の露出が抑えられる。同様に、発電機側第１段２６が陽性反応を示し、タービン側第１段３４が陰性反応を示すように構成することにより、反対方向ではあるが同様の蒸気流４６が環状部２２内に形成されることも理解されたい。

一部の実施形態では、発電機側バランス穴３２および／またはタービン側バランス穴４０を設けなくてもよい。そのような構成を有する蒸気タービン１０では、蒸気流４６の一部分は、発電機側ノズル２８と発電機側バケット３０の間を通って環状部２２に入る。蒸気流４６は、環状部２２を通ってタービン側部分１４へ向かい、さらにタービン側ノズル３６とタービン側バケット３８の間を通ってタービン側バケット３８の中へ向かう。

一部の実施形態では、蒸気タービン１０は、発電機側第１段２６およびタービン側第１段３４の両方が陽性反応を示すが、発電機側第１段２６およびタービン側第１段３４の一方の反応が発電機側第１段２６およびタービン側第１段３４の他方の反応よりも大きくなるように構成される。図３を参照すると、この構成によって冷却流５２が発生する。冷却流５２は発電機側ノズル２８を通って、一部分が発電機側バケット３０を通過し、他の部分が発電機側ノズル２８と発電機側バケット３０の間を通って環状部２２へ入る。冷却流５２は環状部２２を通ってタービン側部分１４へ向かい、タービン側ノズル３６とタービン側バケット３８の間を通ってタービン側バケット３８の中へ向かう。冷却流５２は、環状部２２に入る前に、発電機側バケット３０を通過することによってエネルギーが除去されること、ひいては温度が下がることがないので、蒸気流４６よりも高い温度を有する。

本発明を、限られた数の実施形態に関連して詳細に説明してきたが、本発明の実施形態はこれらにとどまらないことは明らかであろう。本発明を、本明細書に記載されていない多様な修正、変更、置換、または等価の配列を加えて改変することが可能であり、それらは本発明の範囲および精神に包含されるものである。本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様として、記載の実施形態のごく一部が含まれていることが理解できよう。従って、本発明は以上の実施形態は、以上の説明によって限定されることなく、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるものである。

１０複流蒸気タービン
１２発電機側部分
１４タービン側部分
１６外側ケーシング
１８複流タブ部分
２０ロータ
２２環状部
２４入口
２６発電機側第１段
２８発電機側ノズル
３０発電機側バケット
３２発電機側バランス穴
３４タービン側第１段
３６タービン側ノズル
３８タービン側バケット
４０タービン側バランス穴
４２第１環状部端
４４第２環状部端
４６蒸気流
４８発電機側第２段
５０タービン側第２段
５２冷却流

Claims

蒸気タービン（１０）であって、当該蒸気タービン（１０）が、
タービンロータ（２０）と、
発電機側第１段（２６）を有する発電機側部分（１２）であって、該発電機側第１段（２６）が複数の発電機側ノズル（２８）と複数の発電機側バケット（３０）とを有している、発電機側部分（１２）と、
タービン側第１段（３４）を有するタービン側部分（１４）と、
該発電機側部分（１２）と該タービン側部分（１４）の間に配置されたタブ部分（１８）であって、該タービンロータ（２０）と該タブ部分（１８）の間に環状部（２２）が画定される該タブ部分（１８）と
を有しており、
前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側バケット（３０）は、蒸気流（４６）を前記発電機側第１段（２６）から前記環状部（２２）へ案内することができる少なくとも１つの貫通穴を有し、
該環状部（２２）が発電機側第１段（２６）からタービン側第１段（３４）までの間で、タービンロータ（２０）の外面に沿った凹凸のない内面を有し、
複数の発電機側のノズル（２８）と複数の発電機側バケット（３０）とを通る蒸気流（４６）を前記発電機側バケット（３０）の出口圧と前記タービン側第１段（３４）の出口圧との差によって、前記貫通穴から前記環状部（２２）に流入せしめて、該タービンロータ（２０）の温度を下げることができ、
前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側ノズル（２８）が、前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側バケット（３０）よりも前記タービン側第１段（３４）の近くに配置され、
前記貫通穴から流入した蒸気流は、前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側ノズル（２８）と前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側バケット（３０）の間で半径方向外側から前記タービンロータ（２０）に向かって流れる、蒸気タービン（１０）。
前記発電機側第１段（２６）は第１反応を伴い、
前記タービン側第１段（３４）は第２反応を伴い、
前記第２反応は陰性反応であり、前記第１反応は陽性反応であり、
陰性反応ではバケット出口圧がノズル出口圧よりも小さく、
陽性反応ではバケット出口圧がノズル出口圧よりも大きい、
複数の発電機側バケット（３０）がタービンロータ（２０）に配置されている、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
前記発電機側部分（１２）は発電機側第２段（４８）を有し、
前記タービン側部分（１４）はタービン側第２段（５０）を有する、請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン（１０）。
該タービン側第１段（３４）は、該タービンロータ（２０）に配置された複数のタービン側バケット（３８）と複数のタービン側ノズル（３６）とを有する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の蒸気タービン（１０）。
発電機側部分（１２）と該タービン側部分（１４）がその内部に配置される外側ケース（１６）を備え、
前記蒸気流（４６）は、前記タービンロータ（２０）および前記タブ部分（１８）の半径方向外側で、前記外側ケース（１６）に配置される入口（２４）から前記蒸気タービン（１０）に入り、
前記入口（２４）から前記蒸気タービン（１０）に入った前記蒸気流（４６）は、前記タブ部分（１８）に向かって流れて分かれてから、前記発電機側部分（１２）と前記タービン側部分（１４）に入る、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蒸気タービン（１０）。
蒸気タービン（１０）のロータ（２０）を冷却する方法であって、
タービンロータ（２０）と、
発電機側第１段（２６）を有する発電機側部分（１２）であって、該発電機側第１段（２６）が複数の発電機側ノズル（２８）と複数の発電機側バケット（３０）とを有している、発電機側部分（１２）と、
タービン側第１段（３４）を有するタービン側部分（１４）と、
該発電機側部分（１２）と該タービン側部分（１４）の間に配置されたタブ部分（１８）であって、該タービンロータ（２０）と該タブ部分（１８）の間に環状部（２２）が画定される該タブ部分（１８）と
を有する蒸気タービン（１０）の中へ蒸気流（４６）を流すステップと、
該蒸気流（４６）を該発電機側第１段（２６）へ流すステップと、
複数の発電機側のノズル（２８）と複数の発電機側バケット（３０）とを通る蒸気流（４６）の少なくとも一部分を前記発電機側バケット（３０）の出口圧と前記タービン側第１段（３４）の出口圧との差によって、前記発電機側バケット（３０）の貫通穴から前記環状部（２２）に流入せしめて、該タービンロータ（２０）の温度を下げるステップと、
該蒸気流（４６）の一部分を該環状部（２２）から該タービン側部分（１４）へ流すステップと
を含み、
前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側ノズル（２８）が、前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側バケット（３０）よりも前記タービン側第１段（３４）の近くに配置され、
前記貫通穴から流入した蒸気流は、前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側ノズル（２８）と前記発電機側第１段（２６）の前記発電機側バケット（３０）の間で半径方向外側から前記タービンロータ（２０）に向かって流れ、
該環状部（２２）が発電機側第１段（２６）からタービン側第１段（３４）までの間で、タービンロータ（２０）の外面に沿った凹凸のない内面を有している、
方法。
該蒸気流（４６）を該発電機側第１段（２６）へ流すステップは、
該蒸気流（４６）を複数の発電機側ノズル（２８）へ流すステップと、
該蒸気流（４６）を複数の発電機側バケット（３０）へ流すステップと
を有する、請求項６に記載の方法。
前記発電機側第１段（２６）は第１反応を伴い、
前記タービン側第１段（３４）は第２反応を伴い、
前記第２反応は陰性反応であり、前記第１反応は陽性反応であり、
陰性反応ではバケット出口圧がノズル出口圧よりも小さく、
陽性反応ではバケット出口圧がノズル出口圧よりも大きい、
該蒸気流（４６）の一部分を複数のタービン側ノズル（３６）と複数のタービン側バケット（３８）の間の第２穴を介して該タービン側部分（１４）へ流すステップを有する、請求項６又は７に記載の方法。
前記蒸気タービン（１０）が、発電機側部分（１２）と該タービン側部分（１４）がその内部に配置される外側ケース（１６）を備え、
前記蒸気流（４６）を、前記タービンロータ（２０）および前記タブ部分（１８）の半径方向外側で、前記外側ケース（１６）に配置される入口（２４）から前記蒸気タービン（１０）内に入れるステップと、
前記入口（２４）から前記蒸気タービン（１０）内に入った前記蒸気流（４６）を、前記タブ部分（１８）に向かって流して分けてから、前記発電機側部分（１２）と前記タービン側部分（１４）に入れるステップと、
を有する、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。