JP2012107617A

JP2012107617A - 蒸気タービン用の低圧排出ガスディフューザ

Info

Publication number: JP2012107617A
Application number: JP2011247017A
Authority: JP
Inventors: Jonathon E Slepski; ジョナソン・イー・スレプスキ; Prakash B Dalsania; プラケッシュ・ビー・ダルサニア
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-06-07
Also published as: DE102011055376A1; FR2967461A1; US20120121405A1; RU2011146094A; US8591185B2

Abstract

【課題】蒸気タービン内でロータに固定されかつその中の各バケット（１２０）がプラットフォーム部分（１２４）及び翼形部分を有する最終段バケット列（１２）に隣接する排出蒸気ハウジング（１１）用のディフューザ（１１０）を提供する。
【解決手段】本ディフューザは、ディフューザ入口（１１８）において最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路（１３６）を形成しかつディフューザ出口（１３８）に向けてほぼ９０°方向転換した内側環状ディフューザリング（１１４）及び外側環状ディフューザリング（１１６）を含む。内側環状リングの第１の部分（１２２）が、最終段バケット列を越えてロータの中心軸線にほぼ平行に下流方向に延び、この第１の部分は、最終段バケット列内のいずれかのバケットのプラットフォーム部分（１２４）から半径方向外側先端（１４０）までの中心線半径方向長さの約０．４０〜０．７０の範囲にある該最終段バケット列の半径方向中心線からの下流方向の長さ寸法を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、総括的には蒸気タービン技術に関し、具体的には、軸流−半径流低圧蒸気タービン排出ガスディフューザに関する。

蒸気タービン低圧（ＬＰ）セクションは一般的に、入口ドメイン、複数タービン段及び排出ガスディフューザ又はフードを含む。排出ガスディフューザは多くの場合に、最終段回転ブレード又はバケット列に取付けられ、かつ軸方向流れ入口及び半径方向流れ出口を備えるように形成される。排出フードの主機能の１つは、静圧を回復すること並びに排出ガス流れを最終段バケット列から復水器内に案内することである。流れ拡散が、蒸気ガイド及び支持コーンによって形成された低圧ディフューザの初期セクション内で行なわれ、一方、低圧フード機構の残りの部分が、ガス流れをチャンバ内に回収しかつそのガス流れを復水器に案内する。ディフューザは一般的に、最大可能静圧回復の点で測定することができる最適タービン性能に関して設計される。

低圧排出ディフューザの静圧回復は、蒸気ガイド及び支持コーンプロフィールによって形成された面積比により決まり、また最終段バケット出口プロフィールにより決まる。一般的に、支持コーンプロフィールは、最終段バケット列に隣接するディフューザ入口において、水平方向に（又はタービンロータ軸線に）対する１０〜２０°の負又は正の角度で設計される。しかしながら、この伝統的な支持コーン設計は、最終段バケットに非常に近接してシャープコーナ部を形成し、このシャープコーナ部により、バケット内側ハブから半径方向外側先端に向けてより大きい圧力勾配が生じる。このより大きい静圧勾配は、最終段バケット効率並びにディフューザ静圧回復に悪影響を有する。

米国特許第６５３３５４６号明細書

第１の例示的であるが非限定的な実施形態では、本発明は、蒸気タービン内でロータに固定されかつその中の各バケットがプラットフォーム部分及び翼形部分を有する最終段バケット列に隣接する排出蒸気ハウジング用のディフューザに関し、本ディフューザは、ディフューザ入口において最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路を形成しかつディフューザ出口に向けてほぼ９０°方向転換した内側環状ディフューザリング及び外側環状ディフューザリングと、最終段バケット列を越えてロータの中心軸線にほぼ平行に下流方向に延びる内側環状リングの第１の部分とを含み、第１の部分は、最終段バケット列内のいずれかのバケットのプラットフォーム部分から半径方向外側先端までの中心線半径方向長さの約０．４０〜０．７０の範囲にある該最終段バケット列の半径方向中心線からの下流方向の長さ寸法を有する。

別の態様では、本発明は、蒸気タービン内でロータに固定されかつその中の各バケットがプラットフォーム部分及び翼形部分を有する最終段バケット列に隣接する排出蒸気ハウジング用のディフューザに関し、本ディフューザは、ディフューザ入口において最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路を形成しかつディフューザ出口に向けてほぼ９０°方向転換した内側環状ディフューザリング及び外側環状ディフューザリングと、最終段バケット列を越えてロータの中心軸線にほぼ平行に下流方向に延びる内側環状リングの第１の部分とを含み、内側環状リングの第１の部分は、最終段バケット列内のバケットのいずれかのプラットフォーム部分から半径方向外側先端までの中心線半径方向長さの約０．６０の該最終段バケット列の中心線からの下流方向の長さ寸法を有する。

さらに別の態様では、本発明は、蒸気タービン内でロータに固定されかつその中の各バケットがプラットフォーム部分及び翼形部分を有する最終段バケット列に隣接する排出蒸気ハウジング用のディフューザに関し、本ディフューザは、ディフューザ入口において最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路を形成しかつディフューザ出口に向けてほぼ９０°方向転換した内側環状ディフューザリング及び外側環状ディフューザリングと、最終段バケット列を越えてロータの中心軸線にほぼ平行に下流方向に延びる内側環状リングの第１の部分とを含み、内側環状リングの第１の部分は、プラットフォーム部分及び翼形部分を有する最終段バケット列内のバケットのいずれかの該プラットフォーム部分から半径方向外側先端までの中心線半径方向長さの約０．４０〜０．７０の範囲にある該最終段バケット列の中心線からの下流方向の長さ寸法を有し、本ディフューザは、ディフューザ入口において最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路を形成しかつディフューザ出口に向けてほぼ半径方向に方向転換した内側環状ディフューザリング及び外側環状ディフューザリングと、最終段バケット列を越えてロータの中心軸線にほぼ平行に下流方向に延びる内側環状リングの第１の部分とを含み、内側環状リングの第１の部分は、最終段バケット列内のバケットのいずれかの該プラットフォーム部分から半径方向外側先端までの中心線半径方向長さの約０．４０〜０．７０の範囲にある該最終段バケット列の中心線からの下流方向の長さ寸法を有し、中心線長さは、約２０インチ〜約７０インチの範囲にあり、また内側環状リングの第２の部分は、ロータの中心軸線に対して約２５〜３０°の正の角度で延びる。

次に、下記に特定した図面と関連させて、本発明を説明する。

従来技術における最終バケット段に隣接するタービン排出ガスディフューザの側面断面図。図１に示す蒸気タービンディフューザの簡略概略断面図。本発明の例示的であるが非限定的な実施形態による蒸気タービンディフューザの断面図。図２に示す「基準」ディフューザ及び図３に示す「新規設計」ディフューザにおける平均圧力の関数としてタービンバケットスパン（ハブから先端までの長さ）を定めた座標に基づいた正規化静圧プロフィールを示す図。

図１を参照すると、低圧蒸気タービンの一部とすることができる従来技術のタービン排出フード又はディフューザ１０を示している。ディフューザ１０は、最終段ブレード又はバケット列１２からの排出流れを排出蒸気ハウジング１１内に案内する。ディフューザは一般的に、中空トロイドの形状にされており、その上部部分のプロフィール又は断面のみを図１に示している。ディフューザ１０は、内側リング１４及び外側リング１６によって形成され、それら内側及び外側リングは接合されて、ブレード１２によって表した最終ブレード又はバケット列に緊密に隣接する参照符号１８で表したディフューザ１０への入口を備えた中空トロイド形状を形成する。図２は、図３に示す本発明と比較して従来技術の構成を理解するのを可能にしたディフューザ１０の簡略概略図である。図２に最も良く示すように、ブレード２０のハブ又はプラットフォーム部分２４に隣接する内側リング１４の半径方向内側先端２２において、ディフューザは、支持コーン領域３０を備えるように形成され、この支持コーン領域３０は、入口からそれぞれ少なくとも第１及び第２の屈曲部３２、３４を通って延びる該ディフューザのその領域を含む。内側環状リング１４及び外側環状リング１６は、最終段ブレード又はバケット列から流出する蒸気のための流路３６を形成する。流路は最初に、最終段ブレード又はバケット列１２においてほぼ軸方向に延び、次にほぼ９０°方向転換しかつディフューザ出口３８で終端する。半径方向内側先端２２における内側環状リング１４の平坦部分３９は、非常に短い距離、つまりバケットプラットフォーム又はハブからブレード又はバケット２０の半径方向外側先端４０までの中心線半径方向長さの０．２０だけ下流方向に延びる。支持コーンプロフィールのこの平坦部分には、屈曲部３２における一般的には１５〜２０°の第１の正の支持コーン角度が直接後続する。

この伝統的な設計は、最終段バケット列１２に非常に近接してシャープコーナ部を形成するので、バケットハブ又はプラットフォーム２４から半径方向外側先端４０に向けてより大きい圧力勾配が形成される。このより大きい圧力勾配は、最終段バケット効率並びにディフューザ静圧回復に悪影響を与える。

図３に移ると、本発明の１つの例示的であるが非限定的な実施形態では、ディフューザの対応する領域を示すのに同じ参照符号を使用するが「１」を前置して、排出フード又はディフューザを示している。この例示的な実施形態では、環状リング１１４の内側先端１２２における平坦部分１３９は、最終段バケット１２０のプラットフォーム１２４から半径方向外側先端１４０までの中心線半径方向長さの少なくとも（また、好ましくはそれよりも大きい）０．４０〜０．７０の範囲にある最終段バケット列１２の半径方向中心線からの下流方向の軸方向長さ寸法を有する。蒸気タービンの最終段で使用するバケットの中心線半径方向長さは、約２０〜７０インチの範囲とすることができ、また約３３．５インチ、約４２インチ及び約４８インチの半径方向長さを含むことができる。

平坦部分１３９に隣接する内側環状リングの第２の部分１３２は、ディフューザの中心軸線（又はロータ軸線）に対して約１０〜４０°、好ましくは２５〜３０°の角度で延びることができる。第３の部分１３４は、中心軸線に対してさらにより大きい角度で延び、また最終的には内側リングの半径方向外側部分は、ディフューザ入口に対してまたロータの中心軸線に対してほぼ垂直となる。

１つの特定の実施例では、ディフューザの内側環状リング１１４は、約３３．５インチの最終段バケット１２０のプラットフォーム１２４から半径方向外側先端１４０までの中心線半径方向長さの０．６０の軸方向長さを備えた平坦部分１３９と、平坦部分１２２に対して（又はロータ軸線に対して）正の３０°の角度で延びる第２の部分１３２とを有する。

図４は、図３のディフューザ設計によるハブから先端までの正規化静圧プロフィールを示している。理想的な曲線は垂直な線となり、また図示する新規ディフューザ設計の圧力プロフィールを表す曲線が、基準又は図２のディフューザ設計に関連するプロフィールよりも垂直線の曲線により近接していることが分かるであろう。

本明細書に説明した例示的であるが非限定的な実施形態は、最終段バケットから流出する排出ガスのより円滑な流れを提供して、バケットハブからバケット先端までの圧力勾配を減少させると同時にさらに静圧回復を高める。

現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明が開示した実施形態に限定されるべきものではなく、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変更及び均等な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。

１０タービン排出ディフューザ
１１排出蒸気ハウジング
１２最終段ブレード又はバケット列
１４内側リング
１６外側リング
１８ディフューザ入口
２０最終段バケット
２２内側リングの半径方向内側先端
２４最終段バケットのハブ又はプラットフォーム部分
３０支持コーン領域
３２第１の屈曲部
３４第２の屈曲部
３６蒸気のための流路
３８ディフューザ出口
３９平坦部分
４０最終段バケットの半径方向外側先端
１１０タービン排出ディフューザ
１１４内側環状ディフューザリング
１１６外側環状ディフューザリング
１１８ディフューザ入口
１２０最終段バケット
１２２内側環状リングの半径方向内側先端
１２４最終段バケットのプラットフォーム
１３０支持コーン領域
１３２内側環状リングの第２の部分
１３４内側環状リングの第３の部分
１３６蒸気のための流路
１３８ディフューザ出口
１３９内側環状リングの平坦部分
１４０最終段バケットの半径方向外側先端
Ａ中心軸線

Claims

蒸気タービン内でロータに固定されかつその中の各バケット（１２０）がプラットフォーム部分及び翼形部分を有する最終段バケット列（１２）に隣接する排出蒸気ハウジング（１１）用のディフューザ（１１０）であって、
ディフューザ入口（１１８）において前記最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路（１３６）を形成しかつディフューザ出口（１３８）に向けてほぼ９０°方向転換した内側環状ディフューザリング（１１４）及び外側環状ディフューザリング（１１６）と、
前記最終段バケット列を越えて前記ロータの中心軸線（Ａ）にほぼ平行に下流方向に延びる前記内側環状リングの第１の部分（１２２）と、を含み、
前記第１の部分が、前記最終段バケット列内のいずれかのバケットの前記プラットフォーム部分（１２４）から半径方向外側先端（１４０）までの中心線半径方向長さの約０．４０〜０．７０の範囲にある該最終段バケット列の半径方向中心線からの下流方向の長さ寸法を有する、
ディフューザ。
前記長さ寸法が、前記中心線半径方向長さのほぼ０．６０である、請求項１記載のディフューザ。
前記第１の部分に隣接する前記内側環状リングの第２の部分が、前記ロータの中心軸線に対して約１０〜４０°の正の角度で延びる、請求項１記載のディフューザ。
前記第１の部分（１２２）に隣接する前記内側環状リング（１１４）の第２の部分（１３２）が、前記ロータの中心軸線（Ａ）に対して約１０〜４０°の角度で延びる、請求項２記載のディフューザ。
前記内側環状リング（１１４）が、前記ディフューザ出口（１３８）において該内側環状リングの第１の部分（１２２）に対してほぼ垂直に延びる、請求項１記載のディフューザ。
前記中心線半径方向長さが、約２０インチ〜約７０インチの範囲にある、請求項３記載のディフューザ。
前記角度が、前記ロータの中心軸線（Ａ）に対して約２５〜３０°である、請求項３記載のディフューザ。
前記中心線半径方向長さが、約３３．５インチ、約４２インチ及び約４８インチから成る長さの群から選択される、請求項１記載のディフューザ。
前記第１の部分（１２２）に隣接する前記内側環状リング（１１４）の第２の部分が、前記ロータの中心軸線（Ａ）に対してほぼ３０°の角度で延び、
前記長さ寸法が、前記中心線半径方向長さのほぼ０．６０である、
請求項１記載のディフューザ。
前記中心線半径方向長さが、約３３．５インチである、請求項９記載のディフューザ。
蒸気タービン内でロータに固定されかつその中の各バケット（１２０）がプラットフォーム部分（１２４）及び翼形部分を有する最終段バケット列（１２）に隣接する排出蒸気ハウジング用のディフューザであって、
ディフューザ入口（１１８）において前記最終段バケット列からほぼ軸方向に流出する蒸気のための流路を形成しかつディフューザ出口（１３８）に向けてほぼ９０°方向転換した内側環状ディフューザリング（１１４）及び外側環状ディフューザリング（１１６）と、
前記最終段バケット列を越えて前記ロータの中心軸線（Ａ）にほぼ平行に下流方向に延びる前記内側環状リング（１１４）の第１の部分（１２２）と、を含み、
前記内側環状リングの第１の部分（１２２）が、前記最終段バケット列内のバケットのいずれかの前記プラットフォーム部分（１２４）から半径方向外側先端（１４０）までの中心線半径方向長さの約０．６０の該最終段バケット列の中心線からの下流方向の長さ寸法を有し、また
前記中心線半径方向長さが、約３３．５インチ、約４２インチ及び約４８インチから成る長さの群から選択される、
ディフューザ。
前記第１の部分（１２２）に隣接する前記内側環状リングの第２の部分（１３２）が、前記ロータの長手方向軸線に対して約２０〜３０°の角度で延びる、請求項１１記載のディフューザ。