JP2011137461A - 増大した圧力回復を有する中空蒸気ガイドディフューザ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力回復を増大させるディフューザを備えた蒸気タービンを提供する。
【解決手段】ディフューザの外側プレート５２が、内側プレート２４及び該外側プレート５２間に開口部５４が設置されるように該内側プレート２４に対して配置される。少なくとも１つの孔５０が、内側プレート２４内に設置される。水チューブ５６が、開口部５４内に配置され、水チューブ５６は、それを通って流れる水を有し、その水により、通路内を流れる蒸気の流れの少なくとも一部分を復水させ、それによって開口部５４内に少なくとも部分的バキュームを発生させる。バキュームは、内側プレート２４内の少なくとも１つの孔５０を通して吸引作用を生じ、その吸引作用により、通路内の蒸気の流れの少なくとも一部分を内側プレート２４の内側表面に付着させることができる。
【選択図】図３

Description

本明細書に開示した主題は、蒸気タービンに関し、具体的には、その中空開口部内がバキュームになっていて、内側蒸気ガイド表面に隣接する蒸気流れ剥離を減少させることによって該内側蒸気ガイド表面に隣接する蒸気の流れ内における圧力回復を増大させる中空開口部蒸気ガイドを備えたディフューザに関する。

蒸気タービンの低圧セクションは一般的に、幾つかのタービンブレード段、並びに垂直下方流ディフューザを備えた組合せ排出フード及びディフューザセクションを含む。排出フード／ディフューザの機能は、蒸気の流れがディフューザに流入する時に該蒸気の流れの速度が低下するにつれて、静圧を回復させる（増大させる）ことを含む。また、ディフューザは、蒸気の流れがタービンの最終段ブレードから軸方向に流出する時に該蒸気の流れを案内しかつ該蒸気の流れを半径方向下流方向に蒸気タービン内の復水器に向けて導くタービン蒸気排出流れ通路として作用する。同様に、ディフューザは、蒸気の流れを下流方向に排出フード内に導く。流れ拡散は一般に、最終段ブレードに後続するディフューザの最初の部分内で起こる。ディフューザの残りの部分は、復水器に流れる蒸気のための収集又は案内チャンバとして機能する。ディフューザ蒸気流れチャネルは一般的に、蒸気流れガイド及び軸受コーンによって囲まれる。

ディフューザ内における圧力回復の量は一般的に、該ディフューザの入口プロフィール並びに該ディフューザの長さ及び面積比（つまり、該ディフューザの出口対入口面積比）に応じて決まる。所定の最終段ブレード出口プロフィールにおいて、ディフューザ内における比較的最大の圧力回復を生じる面積比が存在することになる。しかしながら、その面積比を比較的最大の圧力回復を生じる面積比よりも大きくなるようにした場合には、蒸気流れは、該流れがディフューザに流入した後に蒸気ガイドから剥離する傾向になる。そのような流れ剥離は、排出フード／ディフューザ内における圧力回復量を減少させる。その結果、多くの場合に、面積比は、流れが蒸気ガイドから剥離しないことを保証するために、望ましいものよりも少ない（つまり、より小さい）ものとなるようにされ、そのことは、蒸気流れの拡散に悪影響を与えることになる。

米国特許第６４４７２４７号明細書

本発明の１つの態様によると、蒸気タービンは、それを通って蒸気が流れる通路を形成した軸受コーン及び蒸気ガイドの内側プレートを有するディフューザを含む。外側プレートが、内側プレート及び該外側プレート間に開口部が設置されるように該内側プレートに対して配置される。少なくとも１つの孔が、内側プレート内に設置される。水チューブが、開口部内に配置され、水チューブは、それを通って流れる水を有し、その水により、通路内を流れる蒸気の流れの少なくとも一部分を復水させ、それによって開口部内に少なくとも部分的バキュームを発生させる。バキュームは、内側プレート内の少なくとも１つの孔を通して吸引作用を生じ、その吸引作用により、通路内の蒸気の流れの少なくとも一部分を内側プレートの内側表面に付着させることができる。

本発明の別の態様によると、蒸気タービン用の軸方向ディフューザは、それを通って蒸気がその下流方向に流れる通路を形成した軸受コーン及び蒸気ガイドの内側プレートを含む。軸方向ディフューザはまた、内側プレートとの間に開口部が設置されまた少なくとも１つの孔が内側プレート内に設置されるようにして該内側プレートに対して配置された外側プレートを含む。軸方向ディフューザはさらに、開口部内に配置された水チューブを含み、水チューブは、それを通って流れる水を有し、その水により、通路内を流れる蒸気の流れの少なくとも一部分を復水させ、それによって開口部内に少なくとも部分的バキュームを発生させ、バキュームは、内側プレート内の少なくとも１つの孔を通して吸引作用を生じ、その吸引作用により、通路内の蒸気の流れの少なくとも一部分を内側プレートの内側表面に付着させることができる。

本発明のさらに別の態様によると、蒸気タービンのディフューザセクションは、軸受コーンと内側プレートを有する蒸気ガイドとを含み、軸受コーン及び蒸気ガイドの内側プレートは、それを通って蒸気が流れる通路を形成する。外側プレートが、内側プレート及び該外側プレート間に開口部が設置されるように該内側プレートに対して配置される。少なくとも１つの孔が、内側プレート内に設置される。水チューブが、開口部内に配置され、水チューブは、それを通って流れる水を有し、その水により、通路内を流れる蒸気の流れの少なくとも一部分を復水させ、それによって開口部内に少なくとも部分的バキュームを発生させる。バキュームは、内側プレート内の少なくとも１つの孔を通して吸引作用を生じ、その吸引作用により、通路内の蒸気の流れの少なくとも一部分を内側プレートの内側表面に付着させることができる。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の詳細な説明から明らかである。

ディフューザセクションを通る蒸気の流れを示す蒸気タービンの一部分の断面図。 その中では蒸気流れが蒸気ガイドから剥離しているディフューザセクションを通る蒸気の流れを示す、図１の蒸気タービンの一部分の断面図。 本発明の実施形態による中空蒸気ガイドディフューザを有する、図１及び図２の蒸気タービンの一部分の断面図。 本発明の実施形態により図１及び図２の蒸気タービンの復水器部分と連結した、図３の中空蒸気ガイドディフューザの概略図。

詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１に示すのは、蒸気タービン１０の一部分、具体的には蒸気タービン１０の低圧タービン部分１２である。低圧タービン部分１２は、軸線１８の周りで回転する中心シャフト１６と連結した幾つかのタービンブレード段１４を含む。蒸気の流れが低圧タービン部分１２から流出した後に、蒸気の流れは、軸受コーン２２及び蒸気ガイド２４によって囲まれた環状通路を備えた垂直下方流ディフューザ２０に流入する。ディフューザ２０内における蒸気流れは、図１において矢印２６による線で示している。ディフューザ２０内における蒸気流れ２６は、軸線１８に沿った軸方向から半径方向に導かれかつ復水器（図示せず）に向けて下流方向に流れることになる。低圧タービン部分１２から流出する蒸気の流れ２６はまた、軸受コーン３０及び蒸気ガイド３２で囲まれた環状通路を備えた垂直下方流ディフューザ２８に流入する。蒸気流れ２６は、ディフューザ２８を通って下流方向に流れると、蒸気流れ２６は、図１のタービン部分１２における下流排出フード３４に流入する。排出フード３４は、壁３６、３８によって囲まれる。排出フード３４の外側壁３８と低圧タービン部分１２のケーシング４２との間を連結したプレート４０を設けることができる。

所定の最終段ブレード１４出口プロフィールにおいて、排出フード３４及びディフューザ２０、２８内における比較的最大の圧力回復を生じる該ディフューザ２０、２８の面積比（つまり、ディフューザ入口の面積に対するディフューザ出口の面積の比率）が存在することになる。図１は、そのような面積比を示している。具体的には、図１は、蒸気ガイド２４、３２の内側表面からの又は軸受コーン２２、３０からの蒸気流れ２６の剥離が全く存在しないことを示している。

しかしながら、その面積比を比較的最大の圧力回復を生じる（例えば、図１におけるように）面積比よりも大きくなるようにした場合には、蒸気流れ２６は、該蒸気流れがディフューザ２０、２８に流入した後に蒸気ガイド２４、３２の内側表面から剥離して離れる傾向になる。蒸気の流れは、図１におけるのと同一の蒸気タービン１０の低圧部分１２を図示している図２において矢印４４による線で示すように、蒸気ガイド２４、３２に隣接して逆方向にさえ流れる場合がある。図１と図２との間の唯一の違いは、図２では蒸気ガイド２４、３２が図１におけるよりも一層外向きに湾曲していることである。その結果、図２におけるディフューザ２０、２８の面積比は、図１における対応するディフューザ２０、２８の面積比よりも大きい。蒸気流れ２６、４４のそのような剥離は、そのような流れ剥離状態の間にはディフューザ２０、２８内で拡散が殆ど又は全く起こらないので、排出フード３４及びディフューザ２０、２８内における圧力回復量を低下させる傾向になる。

図３に示すのは、図１のタービン部分１２内のディフューザ２０が後続した最終タービン段ブレード１４を例示した本発明の実施形態である。軸受コーン２２は、図１及び図２に示したものと同様にすることができる。しかしながら、蒸気ガイド２４は、その中に設置された少なくとも１つの孔５０、図３に示す場合では複数の孔５０を有する。図３に見られるように、蒸気ガイド２４の背後つまり下方に、無孔プレート５２が設置される。従って、蒸気ガイド２４と無孔プレート５２との間内に、開口部５４が設置される。図３の実施形態におけるように無孔プレート５２を付加した場合には、蒸気ガイド２４は、「中空」蒸気ガイドであると見なすことができる。また、図３に断面で示す水チューブ又はパイプ５６は、中空蒸気ガイドの開口部５４内に設置される。水チューブ５６は、円周方向の形態で開口部５４内に設置することができる。水チューブ５６は、ディフューザ２０内を流れる蒸気の復水（凝縮）を発生させる。

垂直下方流形式のディフューザに関する図３の実施形態は、その中ではディフューザ内における下流方向の蒸気の流れが復水器又は排出フードに向けて軸方向から半径方向に導かれることがない軸方向流形式のディフューザに対してもあらゆる態様で同様に適用可能である。上述のものとは異なり、蒸気の流れは、復水器内に向けて軸方向下流方向に流れ続ける。別の点では、軸方向流ディフューザは、上述したような垂直下方流ディフューザと同様である。この軸方向流ディフューザの実施形態では、蒸気ガイドの周りに無孔プレートを設置して、中空開口部を形成するようにする。

図４には、図３の実施形態を一層詳細に示している。水チューブ５６は、中空蒸気ガイドの開口部５４内においてコイル状になったものとして示している。水チューブ５６は、蒸気タービンプラント１０内の幾つかの部位から供給されたパイプ６０内の比較的低温（蒸気に対して）の水によって給水することができる。パイプ６０内の低温の水はまた、蒸気タービン１０の復水器６２に流入することができる。低温の水は、水チューブ５６を通って流れ、水チューブ５６からパイプ６４内に流出しかつ復水器６２からの比較的高温の出力水に合流する。

この図３及び図４に示す本発明の実施形態では、比較的低温の水を運ぶ水チューブ５６は、蒸気ガイド２４、３２の内側表面の近傍においてディフューザ２０、２８内を流れる蒸気を復水（凝縮）させる。この凝縮は、中空開口部５４内に低圧力バキュームのような少なくとも部分的バキュームを発生させる。水凝縮を使用してバキュームが発生されると、ディフューザ２０、２８内における蒸気の流れ２６は、蒸気ガイド２４、３２内の孔５０による吸引作用を受ける。吸引作用の結果、ディフューザ２０、２８内における蒸気の流れ２６は、蒸気ガイド２４、３２の内側表面に付着する傾向になりかつ該内側表面から剥離しない。従って、蒸気の流れ２６は、面積比全体を利用するようになる。その結果、蒸気タービン１０のディフューザ２０、２８内における静圧回復の増大が生じ、このことが次に、蒸気タービン１０の発熱率つまり出力を高める。

本発明の実施形態は、その中では比較的高い面積比において流れ２６が蒸気ガイド２４、３２から剥離しないようなディフューザ２０、２８を通る蒸気の流れをもたらす。このことは、ディフューザ２０、２８内における圧力回復を向上させる。

限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 蒸気タービン
１２ タービン部分
１４ タービンブレード段
１６ 中心シャフト
１８ 軸線
２０、２８ ディフューザ
２２、３０ 軸受コーン
２４、３２ 蒸気ガイド
２６、４４ 蒸気流れ
３４ 排出フード
３６、３８ 壁
４０ プレート
４２ ケーシング
５０ 孔
５２ 無孔プレート
５４ 開口部
５６ 水チューブ
６０、６４ パイプ
６２ 復水器

Claims (7)

1. 蒸気タービン（１０）であって、
   それを通って蒸気が流れる通路を形成した軸受コーン（２２、３０）及び蒸気ガイド（２４、３２）の内側プレート（２４、３２）を備えたディフューザ（２０、２８）と、
   前記内側プレート（２４、３２）との間に開口部（５４）が設置されるように該内側プレート（２４、３２）に対して配置された外側プレート（５２）と、
   前記内側プレート（２４、３２）内の少なくとも１つの孔（５０）と、
   前記開口部（５４）内に配置された水チューブ（５６）と、を含み、
   前記水チューブ（５６）が、それを通って流れる水を有し、該水により、前記通路内を流れる蒸気の流れの少なくとも一部分を復水させ、それによって前記開口部（５４）内に少なくとも部分的バキュームを発生させ、
   前記バキュームが、前記内側プレート（２４、３２）内の少なくとも１つの孔（５０）を通して吸引作用を生じ、該吸引作用により、前記通路内の蒸気の流れの少なくとも一部分を前記内側プレート（２４、３２）の内側表面に付着させることができる、
   蒸気タービン（１０）。
2. そこから蒸気の流れが前記ディフューザ（２０、２８）内に流れる低圧タービンセクション（１２）をさらに含む、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
3. 前記蒸気ガイド（２４、３２）の内側プレート（２４、３２）が、その中に設置された複数の孔（５０）を含み、
   前記バキュームが、前記内側プレート（２４、３２）内の複数の孔（５０）の少なくとも一部を通して吸引作用を生じ、該吸引作用により、前記通路を通って流れる蒸気の流れの少なくとも一部分を前記内側プレート（２４、３２）の内側表面に付着させる、
   請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
4. 前記ディフューザ（２０、２８）が、該蒸気タービン（１０）の軸線（１８）に対して軸方向から半径方向に蒸気の流れを導く、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
5. 前記水チューブ（５６）を通って流れる水が、該蒸気タービン（１０）の復水器（６２）に供給される水を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
6. 前記ディフューザ（２０、２８）内の通路が、環状通路を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
7. 前記蒸気の流れが、前記ディフューザ（２０、２８）を通って該蒸気タービン（１０）の排出フード（３４）内に流れる、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。