JP2002097902A - 向上した水分除去効率の水分除去ポケット - Google Patents
向上した水分除去効率の水分除去ポケットInfo
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 向上した水分除去効率を得るための改良され
た水分除去ポケット。 【解決手段】 バケットカバーを覆う水分除去スロット
の軸方向拡大部分を含む改良された水分除去ポケット構
成が記載される。ポケットは、上流側樋セグメントを省
略して所望のスロット拡大部分を得ることができる。本
発明の改良された水分除去ポケット構成は、ノズル外側
側壁に沿って膜状になって移動し、バケットカバー上方
の漏れ噴流に同伴される水分が、ポケットに進入するよ
うにして水分除去効率を向上させる。
た水分除去ポケット。 【解決手段】 バケットカバーを覆う水分除去スロット
の軸方向拡大部分を含む改良された水分除去ポケット構
成が記載される。ポケットは、上流側樋セグメントを省
略して所望のスロット拡大部分を得ることができる。本
発明の改良された水分除去ポケット構成は、ノズル外側
側壁に沿って膜状になって移動し、バケットカバー上方
の漏れ噴流に同伴される水分が、ポケットに進入するよ
うにして水分除去効率を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンに関
し、より具体的には、向上した水分除去効率を得るため
の改良された水分除去ポケットに関する。
し、より具体的には、向上した水分除去効率を得るため
の改良された水分除去ポケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンは、蒸気を復水させて質量
流量のかなりの部分が液状水分の形態になるような圧力
及び温度にある湿潤領域で作動することが多い。水蒸気
中に液状水分が存在することで、水滴を蒸気速度に加速
することに関連する熱力学的損失を生じることになる。
熱効率を低下させることに加えて、水分含有量が、後段
のバケットの水衝撃腐食の増大をもたらす可能性があ
る。
流量のかなりの部分が液状水分の形態になるような圧力
及び温度にある湿潤領域で作動することが多い。水蒸気
中に液状水分が存在することで、水滴を蒸気速度に加速
することに関連する熱力学的損失を生じることになる。
熱効率を低下させることに加えて、水分含有量が、後段
のバケットの水衝撃腐食の増大をもたらす可能性があ
る。
【０００３】水分除去ポケットは、バケット後縁表面に
より遠心分離された水滴を集めることによって、流路か
ら水を取り出すのに一般的に用いられる。この水分を除
去するためのより最近の解決策は、バケット（又はブレ
ード）の前縁に溝をつけて水分を捕捉し、回転するター
ビンロータが発生する遠心力を用いて水分を固定水分捕
集デバイスあるいはポケットに追いやるものである。し
かしながら、かかる水分除去ポケットの捕集効率は、か
なり低く、一般に１０％から２０％程度である。従来技
術は、蒸気タービンの水分を含んだ動力蒸気流路から水
分を除去するようにした非常に多くの構成を含む。これ
ら構成の多くは、多数のスロット、ポケット、そらせ
板、セグメントに分けられたカバー、側壁スクープ等の
様々な組合せを含んでいた。しかしながら、前述の１０
〜２０％の効率よりも高い効率が得られる水分除去デバ
イスに対する要求はいまだに残っている。
より遠心分離された水滴を集めることによって、流路か
ら水を取り出すのに一般的に用いられる。この水分を除
去するためのより最近の解決策は、バケット（又はブレ
ード）の前縁に溝をつけて水分を捕捉し、回転するター
ビンロータが発生する遠心力を用いて水分を固定水分捕
集デバイスあるいはポケットに追いやるものである。し
かしながら、かかる水分除去ポケットの捕集効率は、か
なり低く、一般に１０％から２０％程度である。従来技
術は、蒸気タービンの水分を含んだ動力蒸気流路から水
分を除去するようにした非常に多くの構成を含む。これ
ら構成の多くは、多数のスロット、ポケット、そらせ
板、セグメントに分けられたカバー、側壁スクープ等の
様々な組合せを含んでいた。しかしながら、前述の１０
〜２０％の効率よりも高い効率が得られる水分除去デバ
イスに対する要求はいまだに残っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水分除去ポケット構成
及び配置が、本発明の実施形態として提案され、水分除
去効率の著しい向上をもたらす。本発明の水分除去デバ
イスは、容易に製造でき、かつ水蒸気段階の流れを妨害
するような構成部品を全く含まない。以下に述べるよう
に、本発明は、妨害が少なくかつ生産性要求を満たすよ
うな方法で現行の設計を改善することを提案する。
及び配置が、本発明の実施形態として提案され、水分除
去効率の著しい向上をもたらす。本発明の水分除去デバ
イスは、容易に製造でき、かつ水蒸気段階の流れを妨害
するような構成部品を全く含まない。以下に述べるよう
に、本発明は、妨害が少なくかつ生産性要求を満たすよ
うな方法で現行の設計を改善することを提案する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】より具体的には、本発明
は、中に水分を流入させるためのスロットを有し、スロ
ットのかなりの部分がそれぞれのバケットカバーに軸方
向で重なっている水分除去ポケットを備えることで実現
される。このかなりの重なりにより、ノズル外側側壁に
沿って膜状になって移動し、バケットカバー上方の漏れ
噴流に同伴される水分が、ポケットに進入するようにな
る。このかなりの重なりは、従来の水分除去ポケットの
上流側樋セグメントを排除することにより得られ、その
結果、軸方向の空間の制約を満たしながら、この重なり
を達成することができる。
は、中に水分を流入させるためのスロットを有し、スロ
ットのかなりの部分がそれぞれのバケットカバーに軸方
向で重なっている水分除去ポケットを備えることで実現
される。このかなりの重なりにより、ノズル外側側壁に
沿って膜状になって移動し、バケットカバー上方の漏れ
噴流に同伴される水分が、ポケットに進入するようにな
る。このかなりの重なりは、従来の水分除去ポケットの
上流側樋セグメントを排除することにより得られ、その
結果、軸方向の空間の制約を満たしながら、この重なり
を達成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の他の目的及び利点ととも
に、このことは、添付の図面に関連してなされる本発明
の現時点で好ましい例示的な実施形態の以下のより詳細
な説明を慎重に検討することにより、完全に理解され、
また評価されるであろう。
に、このことは、添付の図面に関連してなされる本発明
の現時点で好ましい例示的な実施形態の以下のより詳細
な説明を慎重に検討することにより、完全に理解され、
また評価されるであろう。
【０００７】本発明を、標準構成及び本発明の実施形態
としてのその例示的な改良形態を参照して、以下詳細に
説明する。
としてのその例示的な改良形態を参照して、以下詳細に
説明する。
【０００８】タービン段構成部品の標準構成を、図１に
概略的な軸方向断面で示す。図示するように、その段
は、ノズル列１０、外側側壁１２、バケット先端漏れシ
ール１４、バケットカバー１８を備えるホイール２０上
に支持されたバケット列１６、及び水分除去ポケット２
２を含む。この実施例では、水分除去ポケット２２は、
その中へ水分を通すためのスロット２４、上流側樋２
６、及び下流側樋２８を有する。この標準構成において
は、バケット１６の後縁３０は、一般的にスロット２４
の中心線と半径方向に位置合わせされる。その結果、バ
ケット先端において、スロットの上流側部分とバケット
カバー１８の軸方向の重なりがほとんどない。この組立
体では、水分除去ポケット２２は、バケット後縁表面に
より遠心分離された水滴を集めることによって、水蒸気
流から水分を取り出すように配置され、従って、スロッ
ト２４はバケット後縁３０と位置合わせされる。しかし
ながら、水分はまた、ノズル外側側壁に沿って膜状にな
って移動する。この水分は、バケットカバー１８上方ま
たは半径方向外方の漏れ噴流に同伴される可能性があ
る。この水分は、図１に示される従来の水分除去ポケッ
ト２２では、今まで効果的に除去されなかった。
概略的な軸方向断面で示す。図示するように、その段
は、ノズル列１０、外側側壁１２、バケット先端漏れシ
ール１４、バケットカバー１８を備えるホイール２０上
に支持されたバケット列１６、及び水分除去ポケット２
２を含む。この実施例では、水分除去ポケット２２は、
その中へ水分を通すためのスロット２４、上流側樋２
６、及び下流側樋２８を有する。この標準構成において
は、バケット１６の後縁３０は、一般的にスロット２４
の中心線と半径方向に位置合わせされる。その結果、バ
ケット先端において、スロットの上流側部分とバケット
カバー１８の軸方向の重なりがほとんどない。この組立
体では、水分除去ポケット２２は、バケット後縁表面に
より遠心分離された水滴を集めることによって、水蒸気
流から水分を取り出すように配置され、従って、スロッ
ト２４はバケット後縁３０と位置合わせされる。しかし
ながら、水分はまた、ノズル外側側壁に沿って膜状にな
って移動する。この水分は、バケットカバー１８上方ま
たは半径方向外方の漏れ噴流に同伴される可能性があ
る。この水分は、図１に示される従来の水分除去ポケッ
ト２２では、今まで効果的に除去されなかった。
【０００９】本発明は、水分捕集スロットとバケットカ
バーとのかなりの重なりを設ける、図１に示す水分除去
構成の改良形態で実現される。より具体的には、図２に
示すように、本発明は、水分捕集スロット１２４のかな
りの部分がバケットカバー１１８に軸方向で重なる構成
を提供する。図示する実施形態においては、スロット下
流側表面１３４は、図１の従来の構成のスロット２４の
下流側表面３４の配置にほぼ対応するように配置され
る。しかしながら、スロットの上流部分、特にスロット
の上流側表面１３２は、本発明の現時点で好ましい実施
形態においては、従来の構成におけるよりも下流側表面
１３４からより間隔を置いている。より具体的には、図
示した実施形態においては、スロット１２４の軸方向寸
法は、その表面３２及び３４の間の距離により定められ
る従来のスロットの軸方向寸法に比して少なくとも約３
０％から約１００％まで増大するので、スロット及びバ
ケットカバーにかなりの重なりがあるようになる。
バーとのかなりの重なりを設ける、図１に示す水分除去
構成の改良形態で実現される。より具体的には、図２に
示すように、本発明は、水分捕集スロット１２４のかな
りの部分がバケットカバー１１８に軸方向で重なる構成
を提供する。図示する実施形態においては、スロット下
流側表面１３４は、図１の従来の構成のスロット２４の
下流側表面３４の配置にほぼ対応するように配置され
る。しかしながら、スロットの上流部分、特にスロット
の上流側表面１３２は、本発明の現時点で好ましい実施
形態においては、従来の構成におけるよりも下流側表面
１３４からより間隔を置いている。より具体的には、図
示した実施形態においては、スロット１２４の軸方向寸
法は、その表面３２及び３４の間の距離により定められ
る従来のスロットの軸方向寸法に比して少なくとも約３
０％から約１００％まで増大するので、スロット及びバ
ケットカバーにかなりの重なりがあるようになる。
【００１０】図２に示す実施形態において、スロット１
２４を拡大しバケットカバー１１８との重なりを増すた
めに、図１の組立体の水分除去ポケット２４の上流側樋
２６は排除され、その結果、水分除去ポケット１２２の
上流側壁面１３２，１４４は、図２に示すように、実質
的に半径方向平面で形成される。図２に示す実施形態に
おいて、スロット１２４は、バケットカバー１１８（こ
こではバケット先端とも呼ばれる）と、バケットカバー
の軸方向長さの少なくとも約２５％から約７５％まで、
より好ましくはそのカバーの軸方向長さの約５０％重な
る。さらに、図２の現時点で好ましい実施形態において
は、スロット１２４の軸方向長さの少なくとも約５０％
がバケットカバー１１８と重なる。さらに、図示した実
施形態において、スロット壁面１３２，１３４は、外側
側壁１１２により形成される流路中の作動流体の軸方向
の流れ方向Ａを横切る、実質的に半径方向の平面内に、
延びることがわかる。従って、スロット１２４の軸方向
寸法は、本発明の好ましい実施形態においては、半径方
向内方の入口端１３６からスロット１２４及びスロット
１２４の半径方向外方の樋連絡端１３８までほぼ一定で
ある。
２４を拡大しバケットカバー１１８との重なりを増すた
めに、図１の組立体の水分除去ポケット２４の上流側樋
２６は排除され、その結果、水分除去ポケット１２２の
上流側壁面１３２，１４４は、図２に示すように、実質
的に半径方向平面で形成される。図２に示す実施形態に
おいて、スロット１２４は、バケットカバー１１８（こ
こではバケット先端とも呼ばれる）と、バケットカバー
の軸方向長さの少なくとも約２５％から約７５％まで、
より好ましくはそのカバーの軸方向長さの約５０％重な
る。さらに、図２の現時点で好ましい実施形態において
は、スロット１２４の軸方向長さの少なくとも約５０％
がバケットカバー１１８と重なる。さらに、図示した実
施形態において、スロット壁面１３２，１３４は、外側
側壁１１２により形成される流路中の作動流体の軸方向
の流れ方向Ａを横切る、実質的に半径方向の平面内に、
延びることがわかる。従って、スロット１２４の軸方向
寸法は、本発明の好ましい実施形態においては、半径方
向内方の入口端１３６からスロット１２４及びスロット
１２４の半径方向外方の樋連絡端１３８までほぼ一定で
ある。
【００１１】図示した実施形態において、水分除去ポケ
ット１２２のチャンバー１４０は、半径方向外側壁面１
４２、半径方向外側壁面をほぼ直角に横切る上流側軸方
向壁面１４４、及び半径方向外側壁面１４２をほぼ直角
に横切る下流側軸方向壁面１４６を含み、かつバケット
列の円周方向に少なくとも部分的に延びる。上述のよう
に、従来の構成の上流側樋セグメントは、軸方向に間隔
を置くという制約を満たすため、必要に応じて省略され
る。従って、図示した実施形態において、スロット１２
４の上流側壁面１３２は、水分除去ポケット１２２のチ
ャンバー１４０の上流側軸方向壁面１４４とほぼ隣接
し、かつ同じ平面内にある。他の面としては、スロット
１２４を軸方向上流側に広げることにより、外側側壁に
沿って膜状になって移動し、またバケットカバー１１８
上方の漏れ噴流に同伴される可能性がある水分が、ポケ
ット１２２に進入するようにされており、それによって
水分除去の効率を向上させる。図示した実施形態におい
て、従来の構造と同様に、水分除去ポケット１２２は、
スロット１２４の下流側壁面１３４及びポケットのチャ
ンバー１４０の下流側半径方向壁面１４６の中間に形成
される下流側樋溝１２８をさらに備える。
ット１２２のチャンバー１４０は、半径方向外側壁面１
４２、半径方向外側壁面をほぼ直角に横切る上流側軸方
向壁面１４４、及び半径方向外側壁面１４２をほぼ直角
に横切る下流側軸方向壁面１４６を含み、かつバケット
列の円周方向に少なくとも部分的に延びる。上述のよう
に、従来の構成の上流側樋セグメントは、軸方向に間隔
を置くという制約を満たすため、必要に応じて省略され
る。従って、図示した実施形態において、スロット１２
４の上流側壁面１３２は、水分除去ポケット１２２のチ
ャンバー１４０の上流側軸方向壁面１４４とほぼ隣接
し、かつ同じ平面内にある。他の面としては、スロット
１２４を軸方向上流側に広げることにより、外側側壁に
沿って膜状になって移動し、またバケットカバー１１８
上方の漏れ噴流に同伴される可能性がある水分が、ポケ
ット１２２に進入するようにされており、それによって
水分除去の効率を向上させる。図示した実施形態におい
て、従来の構造と同様に、水分除去ポケット１２２は、
スロット１２４の下流側壁面１３４及びポケットのチャ
ンバー１４０の下流側半径方向壁面１４６の中間に形成
される下流側樋溝１２８をさらに備える。
【００１２】図１に示す形式の標準構成と図２に示す現
時点で好ましい構成との間の水分除去効率（ＭＲＥ）の
比較をするテストを行った。テストの結果を、図３にグ
ラフの形態で示す。テスト１及び１Ａは、図１の標準構
成に関して行った。テスト２Ｂ及び２Ｃは、全て図２の
構成に関して行った。図示するように、標準構成に比し
て好ましい構成のＭＲＥの増大は、およそ４０％であっ
た。このことにより、ノズル外側側壁に沿って膜状にな
って移動する水分は、バケットカバー上方の漏れ噴流に
同伴されて従来の構成の水分除去効率を制限することに
なるが、バケットカバーに対してかなりの軸方向の重な
りを持つスロットを有するポケットは、そうしたさもな
ければ同伴される水分がポケットに進入するようになる
ことにより、水分除去効率を向上させるという本願発明
者の仮説が立証される。
時点で好ましい構成との間の水分除去効率（ＭＲＥ）の
比較をするテストを行った。テストの結果を、図３にグ
ラフの形態で示す。テスト１及び１Ａは、図１の標準構
成に関して行った。テスト２Ｂ及び２Ｃは、全て図２の
構成に関して行った。図示するように、標準構成に比し
て好ましい構成のＭＲＥの増大は、およそ４０％であっ
た。このことにより、ノズル外側側壁に沿って膜状にな
って移動する水分は、バケットカバー上方の漏れ噴流に
同伴されて従来の構成の水分除去効率を制限することに
なるが、バケットカバーに対してかなりの軸方向の重な
りを持つスロットを有するポケットは、そうしたさもな
ければ同伴される水分がポケットに進入するようになる
ことにより、水分除去効率を向上させるという本願発明
者の仮説が立証される。
【００１３】本発明を、現在最も実用的でかつ好ましい
実施形態であると考えられるものに関連して説明してき
たが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきで
はなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範
囲内に含まれる様々な改良形態及び均等構成を保護しよ
うとするものであることを理解されたい。
実施形態であると考えられるものに関連して説明してき
たが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきで
はなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範
囲内に含まれる様々な改良形態及び均等構成を保護しよ
うとするものであることを理解されたい。
【図１】 従来の水分除去ポケットを示すタービンの１
部の概略軸方向断面図。
部の概略軸方向断面図。
【図２】 本発明の実施形態として改良された水分除去
ポケットを示すタービンの１部の軸方向断面図。
ポケットを示すタービンの１部の軸方向断面図。
【図３】 本発明の実施形態の構造が示した向上した効
率を図示する水分除去効率対ホイール速度のグラフ。
率を図示する水分除去効率対ホイール速度のグラフ。
１０ ノズル列 １２ 外側側壁 １４ バケット先端漏れシール １６ バケット列 １８ バケットカバー ２０ ホイール ２２ 水分除去ポケット ２４ スロット ２６ 上流側樋 ２８ 下流側樋 ３０ バケット後縁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコラス・ジョセフ・モロー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、ヴェルベック・レーン、 303番 (72)発明者 アラン・ドン・マッダス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、レクス フォード、リバービュー・ロード、339番 Ｆターム(参考） 3G002 GA16 GB04
Claims (4)
- 【請求項１】 ロータと、 前縁、後縁、及び半径方向外方先端１１８を有し、前記
ロータにより支持される半径方向に延びるバケット１１
６と、 前記バケット１１６の半径方向外方に、かつ前記ロータ
にほぼ同軸に配置され、作動流体流路を形成する外側側
壁１１２と、 前記外側側壁１１２中に形成された水分除去ポケット１
２２と、を含み、 前記水分除去ポケットは、水分を受け入れるためのチャ
ンバー１４０、及び前記チャンバーを前記作動流体流路
に連通し、水分が前記流路から前記水分除去ポケットの
前記チャンバー中へ半径方向に流れるのを可能にするた
めのスロット１２４を備え、前記スロットは、軸方向上
流側壁面１３２及び軸方向下流側壁面１３４を備えてお
り、前記軸方向下流側壁面は、前記バケットの前記後縁
の軸方向下流で前記流路に開口し、また前記スロットの
前記軸方向上流側壁面は、前記バケットから半径方向外
方で前記流路に開口し、それによって前記スロットは、
前記バケットの前記半径方向外方先端１１８に実質的に
重なる、ことを特徴とする軸流蒸気タービン。 - 【請求項２】 前記スロット１２４の前記下流側壁面１
３４は、前記ロータの軸線を横切るほぼ半径方向の平面
に形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸流蒸
気タービン。 - 【請求項３】 前記スロット１２４の前記上流側壁面１
３２は、前記ロータの前記軸線を横切るほぼ半径方向の
平面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸
流蒸気タービン。 - 【請求項４】 前記水分除去ポケットは、前記スロット
の前記下流側壁面１３４及び前記チャンバーの下流側半
径方向壁面１４６の中間に形成される下流側樋溝１２８
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の軸流
蒸気タービン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/615010 | 2000-07-12 | ||
| US09/615,010 US6375417B1 (en) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | Moisture removal pocket for improved moisture removal efficiency |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097902A true JP2002097902A (ja) | 2002-04-05 |
| JP2002097902A5 JP2002097902A5 (ja) | 2008-08-21 |
Family
ID=24463627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001210090A Pending JP2002097902A (ja) | 2000-07-12 | 2001-07-11 | 向上した水分除去効率の水分除去ポケット |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6375417B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002097902A (ja) |
| CH (1) | CH696080A5 (ja) |
| DE (1) | DE10133679A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2391045A (en) * | 2002-07-19 | 2004-01-28 | Corac Group Plc | Rotary machine with means for separating impurites from a gas flow |
| US7010462B2 (en) * | 2003-09-17 | 2006-03-07 | General Electric Company | System and method for evaluating efficiency losses for turbine components |
| US7318699B2 (en) * | 2005-05-31 | 2008-01-15 | General Electric Company | Moisture removal grooves on steam turbine buckets and covers and methods of manufacture |
| US20070292265A1 (en) * | 2006-06-14 | 2007-12-20 | General Electric Company | System design and cooling method for LP steam turbines using last stage hybrid bucket |
| US7429165B2 (en) * | 2006-06-14 | 2008-09-30 | General Electric Company | Hybrid blade for a steam turbine |
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