JP2013195424A - タービンシステム用の圧力タップ組立体及び圧力タップ組立体の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンシステム用の圧力タップ組立体及び圧力タップ組立体の組立方法を提供すること。
【解決手段】本発明の１つの態様によれば、圧力タップ組立体は、壁を貫通して形成された通路と、壁の内側表面に近接して通路内に形成されたカウンタボアと、通路に位置付けられた管体の第１の端部とを含み、管体上に位置するスペーサがカウンタボア内に位置付けられて、通路及び管体間の流体流れを阻止するよう内側表面及びカウンタボアの周りで変形される。圧力タップ組立体はまた、圧力検知装置に近接して配置された管体の第２の端部、含む。
【選択図】 図１

Description

本明細書で開示される主題は、回転機械に関する。より詳細には、本主題は、タービンシステムにおいて圧力を測定する組立体に関する。

蒸気タービンシステムのようなタービンシステムにおいて、流体流れがタービンシステムの選択された部分に配向され、機械的エネルギーの生成を可能にする。システムの流体流れに関するパラメータを測定し、特定のタービン設計についての効率及び性能を評価することができる。例えば、圧力は、圧力タップ組立体を用いてタービンシステムの選択した場所で試験することができる。特定の場所では、圧力タップ組立体の設置スペースが制限され、構成要素内で組立体を適切にシールしようとする場合に問題が生じる。主流路に近接した圧力タップ組立体の流体漏洩は、流体流れを妨げ、測定誤差を招き、タービン効率計算の精度を低下させる可能性がある。

本発明の１つの態様によれば、圧力タップ組立体は、壁を貫通して形成された通路と、壁の内側表面に近接して通路内に形成されたカウンタボアと、通路に位置付けられた管体の第１の端部とを含み、管体上に位置するスペーサがカウンタボア内に位置付けられて、通路及び管体間の流体流れを阻止するよう内側表面及びカウンタボアの周りで変形される。圧力タップ組立体はまた、圧力検知装置に近接して配置された管体の第２の端部、含む。

本発明の別の態様によれば、圧力タップ組立体を組み立てる方法は、壁を貫通して通路を形成するステップと、壁の内側表面に近接して通路内にカウンタボアを形成するステップと、管体上にスペーサを位置付けるステップと、通路に管体の第１の端部を位置付けるステップとを含む。本方法は更に、管体上のスペーサをカウンタボア内に位置付けて、通路及び管体間の流体流れを阻止するよう内側表面及び前記カウンタボアの周りで変形させるステップと、管体の第２の端部に近接して圧力検知装置を位置付けるステップとを含む。

これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

一実施形態による圧力タップ組立体を含むタービン組立体の一部の側面図。 圧力タップ組立体が通路に挿入された、図１に示すタービン組立体の側面図 圧力タップ組立体のスペーサが壁の一部の周りで変形された、図１及び２に示すタービン組立体の側面図。

この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。

以下では主として蒸気タービンについて検討しているが、検討される概念は、蒸気タービンに限定されず、ガスタービンを含むあらゆる好適な機械にも適用することができる。従って、本明細書における検討は、蒸気タービンの実施形態に関連するが、他の回転機械にも適用することができる。

図１は、一実施形態によるタービン組立体１００の一部の側面図である。タービン組立体１００は、タービン構成要素の壁１０４に設置するための圧力タップ組立体１０２を含む。圧力タップ組立体１０２を受け入れるために、通路１０６及びカウンタボア１０８が壁１０４に形成される。圧力タップ組立体１０２は、管体１１０、スペーサ１１２、及びガスケット１１４を含む。一実施形態では、スペーサ１１２は、管体１１０上で滑動する円筒スリーブ部材である。組立中、スペーサ１１２は、圧着などの好適な方法で管体１１０に沿った選択位置に配置され固定される。スペーサ１１２は、圧力タップ組立体１０２の設置後にスペーサ１１２と管体１１０との間の流体流れを阻止又は低減する目的で、管体１１０上に固定される。スペーサ１１２を固定した後、ガスケット１１４が管体１１０上に位置付けられ、ここでガスケット１１４は、管体１１０上を滑動するが、スペーサ１１２とカウンタボア１０８の一部との間に留まり、圧力タップ組立体１０２と通路１０６との間の流体流れを低減又は阻止するようにする。

ガスケット１１４は、１以上のグラファイトシートのような好適な耐久性のある材料から形成され、高温でのシール特性を提供することができる。一実施形態では、ガスケット１１４は、管体１１０上でガスケット１１４として穿刺されるディスク形グラファイト部材である。次いで、ガスケット１１４は、通路１０６内に管体１１０を挿入する前に所定位置に滑動される。別の実施形態では、ガスケット１１４は、カウンタボア１０８内に載置することができ、次いで、管体１１０が通路１０６上に挿入されるときに該管体１１０上で穿刺されて位置付けられる。スペーサ１１２は、真鍮材料など、本明細書で記載される所望のシール特性及び特徴を提供するよう変形可能なあらゆる好適な耐久性のある材料から作ることができる。一実施形態では、管体１１０は、タービン構成要素内の主流路からセンサデバイスまで流体連通するよう構成された実質的に中空の円筒部材である。実施形態では、管体１１０は、合金鋼から作られる。

図２は、圧力タップ組立体１０２が通路１０６に挿入された、図１からのタービン組立体１００の側面図である。具体的には、管体１１０の第１の端部２００、ガスケット１１４、及びスペーサ１１２は、通路１０６内に位置付けられる。カウンタボア１０８は、ガスケット１１４及びスペーサ１１２を受けるように構成される。一実施形態では、第１の端部２００の一部は、挿入後に壁１０４の表面２０２から突出することができ、ここで突出部分は、流体を妨げないような表面２０２及び管体１１０の滑らかな輪郭を提供するよう、設置後に取り除かれる。実施形態では、管体１１０は、通路１０６に螺着結合されない。一実施形態では、管体１１０は、通路１０６内に圧入される。

図３は、設置された圧力タップ組立体３００を示す、図１及び２からのタービン組立体１００の側面図である。圧力タップ組立体３００は、部分的に変形したスペーサ３０１、ガスケット１１４、及び管体１１０の第２の端部３０８に近接して位置付けられるセンサデバイス３０６を含む。変形したスペーサ３０１は、スペーサ１１２の一部を軸方向（管体１１０の軸線に沿った）及び半径方向で壁１０４の表面３０２に押し付けることにより形成されるリップ３０４を含む。一実施形態では、表面３０２（「内側表面」とも呼ばれる）は、変形したスペーサ３０１と接触する表面を滑らかにするために機械加工される。センサデバイス３０６は、圧力タップ組立体に近接したタービン領域の流体の圧力を求めるために、管体１１０を介して主流路３１０（例えば、蒸気流路）と連通する。一実施形態では、スペーサ３０１を変形させてリップ３０４を形成することにより、管体１１０と通路１０６との間の流体流れを阻止又は低減し、これによりセンサデバイス３０６が取得する測定値の精度が向上する。スペーサ３０１は、硬化先端を有する粉砕工具を用いるなどにより、あらゆる好適な方法で変形させることができ、ここで硬化先端の材料は、スペーサ３０１の材料よりも硬質である。一実施形態では、変形工具により、スペーサ３０１及びガスケット１１４がカウンタボア１０８内の空隙を実質的に充填し、通路１０６を通る流体流れを更に低減する。従って、圧力タップ組立体３００は、主流路３１０からの流体の漏洩を低減し、タービン性能の試験及び性能を改善する。具体的には、圧力タップ組立体３００での流体漏洩の低減により、結果として、流体流れの妨害が少なくなり、測定誤差が低減され、これによりタービン効率計算の精度が向上する。

圧力タップ組立体３００の配置により、約４００〜約８００°Ｆの範囲の高温での通路１０６と管体１１０との間の流体流れが低減され、これにより改善された圧力測定がタービン性能を高精度に判定できる。一実施形態では、タービン組立体１００を含むタービンシステム３００は、タービン設計性能を試験するよう構成された縮尺タービン試験システムである。例えば、タービンシステム３００は、タービン設計を試験及び評価するよう構成された（量産タービンに対して）１／２、１／３、１／４、又はそれよりも小さい縮尺のタービンシステムに設置することができる。複数の圧力タップ組立体をタービンシステム全体にわたって位置付けることができ、ここで圧力タップ組立体３００にわたる漏洩又は流体流れの低減により、システムの測定値の改善がもたらされる。図示の圧力タップ組立体３００は、スペースが狭いことで設置が困難で且つ流体漏洩を阻止する他の技法の使用が困難な可能があるタービンシステム内の狭い場所において設置するための方法及び組立体を提供する。実施形態では、圧力タップ組立体３００は、タービンシステムの隔壁又はノズル部分のような固定タービン構成要素の壁１０４に設置される。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

１００ タービン組立体
１０２ 圧力タップ組立体
１０４ 壁
１０６ 通路
１０８ カウンタボア
１１０ 管体
１１２ スペーサ
１１４ ガスケット（グラファイト）
２００ 管体の第１の端部
２０２ 表面
３００ 設置された圧力タップ組立体
３０１ スペーサ（変形状態）
３０２ 壁の表面
３０４ シールリップ
３０６ センサ
３０８ 管体の第１の端部
３１０ 主流路（蒸気）

Claims (20)

1. 圧力タップ組立体であって、
   壁を貫通して形成された通路と、
   前記壁の内側表面に近接して前記通路内に形成されたカウンタボアと、
   前記通路に位置付けられた管体の第１の端部と
   を備え、前記管体上に位置するスペーサが前記カウンタボア内に位置付けられて、前記通路及び前記管体間の流体流れを阻止するよう前記内側表面及び前記カウンタボアの周りで変形され、前記圧力タップ組立体が更に、
   圧力検知装置に近接して配置された前記管体の第２の端部と
   を備える、圧力タップ組立体。
2. 前記スペーサと前記カウンタボアとの間に位置付けられたガスケットを備える、請求項１記載の組立体。
3. 前記ガスケットが、グラファイトガスケットを含む、請求項２記載の組立体。
4. 前記壁の外側表面が主流路に曝されている、請求項１記載の組立体。
5. 前記圧力タップ組立体が、約８００°Ｆのタービン作動温度未満で前記通路と前記管体との間の流体流れを阻止するよう構成されている、請求項１記載の組立体。
6. 前記通路及び前記管体が螺着結合されない、請求項１記載の組立体。
7. 前記圧力タップ組立体が、量産タービンシステムに対する約１／２スケールよりも小さいタービンシステムの一部であり、前記圧力タップ組立体が、前記圧力検知装置を用いてタービン効率を試験するよう構成されている、請求項１記載の組立体。
8. 前記壁が、タービンシステムの固定構成要素の壁を含む、請求項１記載の組立体。
9. 前記スペーサが、真鍮製スペーサを含む、請求項１記載の組立体。
10. 前記スペーサが、前記カウンタボアの周りで変形して、流体流れを阻止するよう前記カウンタボア内の空隙を実質的に充填する、請求項１記載の組立体。
11. 圧力タップ組立体を組み立てる方法であって、
    壁を貫通して通路を形成するステップと、
    前記壁の内側表面に近接して前記通路内にカウンタボアを形成するステップと、
    管体上にスペーサを位置付けるステップと、
    前記通路に前記管体の第１の端部を位置付けるステップと、
    前記管体上のスペーサを前記カウンタボア内に位置付けて、前記通路及び前記管体間の流体流れを阻止するよう前記内側表面及び前記カウンタボアの周りで変形させるステップと、
    前記管体の第２の端部に近接して圧力検知装置を位置付けるステップと
    を含む、方法
12. 前記スペーサと前記カウンタボアとの間にガスケットを位置付けるステップを含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記スペーサと前記カウンタボアとの間にガスケットを位置付けるステップが、前記スペーサと前記カウンタボアとの間にグラファイトガスケットを位置付けるステップを含む、請求項１２記載の方法。
14. 前記通路及び前記管体間の流体流れを阻止するよう前記スペーサを前記内側表面及び前記カウンタボアの周りで変形させるステップが、約８００°Ｆのタービン作動温度未満で前記通路と前記管体との間の流体流れを阻止するステップを含む、請求項１１記載の方法。
15. 前記圧力タップ組立体が、量産タービンシステムに対する約１／２スケールよりも小さいタービンシステムの一部であり、前記圧力タップ組立体が、前記圧力検知装置を用いてタービン効率を試験するよう構成されている、請求項１１記載の方法。
16. 前記管体上に前記スペーサを位置付けるステップが、前記スペーサを前記管体に圧着して前記スペーサの一部を前記管体上に固定するステップを含む、請求項１１記載の方法。
17. 前記スペーサを前記管体上に位置付けるステップが、真鍮製スペーサを前記管体に圧着するステップを含む、請求項１６記載の方法。
18. 前記スペーサを変形するステップが、前記カウンタボア内の空隙を実質的に充填して流体流れを阻止するよう前記スペーサを変形させるステップを含む、請求項１１記載の方法。
19. 前記壁を貫通して前記通路を形成するステップが、ガスタービンシステムの固定構成要素の壁を貫通して前記通路を形成するステップを含む、請求項１１記載の方法。
20. 圧力タップ組立体を組み立てる方法であって、
    壁を貫通して通路を形成するステップと、
    前記壁の内側表面に近接して前記通路内にカウンタボアを形成するステップと、
    管体上にスペーサを位置付けるステップと、
    前記スペーサと前記カウンタボアの間にグラファイトガスケットを位置付けるステップと、
    前記通路に前記管体の第１の端部を位置付けるステップと、
    前記管体上のスペーサを前記カウンタボア内に位置付けて、前記通路及び前記管体間の流体流れを阻止するよう前記内側表面及び前記カウンタボアの周りで変形させるステップと
    を含む、方法。