JP2015169208A

JP2015169208A - 多段抽気箇所を有するモジュール式ターボ機械内部及び外部ケーシング

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Publication number: JP2015169208A
Application number: JP2015037509A
Authority: JP
Inventors: ダヤーナンダ・トゥクラ・コティアン; Thukra Kotian Dayananda; ジェヤルバン・セリア・アミールサラジャ; Selliah Amirtharajah Jeyaruban; スティーブン・ロジャー・スワン; Stephen Roger Swan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2015-09-28
Also published as: US20150252681A1; DE102015103044A1; CN205101051U

Abstract

【課題】ターボ機械ケーシング中間構造を形成する方法及び装置を含む様々な実施形態を提供すること。【解決手段】いくつかの実施形態では、装置は、外面及び内部シェルキャビティを有し、流体をキャビティに流入させることができる開口を画成する内部シェルと、内面を有する外部シェルとを含む蒸気ターボ機械ケーシング中間構造を含み、これらの表面は、１つ以上の軸方向に延びる密閉チャンバを画成し、内部シェル及び外部シェルはそれぞれ、密閉チャンバに隣接するアクセス領域を有し、アクセス領域はそれぞれ、それぞれ内部ケーシング又は外部ケーシング内に排気スロット又は排気開口を作成するように機械加工するために選択可能な複数の位置を含み、ケーシングの構造的完全性は、軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であり、排気開口は、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する主題は、一般に、蒸気タービンに関する。より詳細には、本明細書に提供する開示は、蒸気タービン内の内部及び外部ケーシングに関する。

産業プロセスに流体を使用するには、ターボ電気機械から流体を抽出することが必要となることが多い。ターボ機械ケーシングは、中で循環する高圧流体を抽出するために開けることができ、この高圧流体は、多くの異なる用途のために使用することができ、その用途には、隣接する機械へ動力供給すること、又は蒸気として使用される前に水を加熱することを含むことができる。ターボ機械ケーシングからの流体抽出の位置は、そのような位置の高圧流体の特性に基づいて選択することができ、すなわちターボ機械の上流ステージでポートを通じて抽出される流体は、下流ステージで抽出される流体より高い圧力を有することになる。また、流体の抽出箇所は、ターボ機械自体の動作に影響を及ぼす。

従来、流体抽出位置は、ターボ機械ケーシングの鋳造前に決定され、上記で論じたように、抽出の位置は、流体の所望の流体特性に基づいて、且つ／又はそのような抽出がターボ機械の動作に与える影響に基づいて選択される。

米国特許第４９４８３３１号公報

様々な実施形態は、複数の可能な流体抽出位置を有するように設計された中間構造装置及びその形成方法を含む。いくつかの実施形態では、蒸気ターボ機械ケーシング中間構造は、外面を有する内部シェルであって、内部シェルの材料が内部シェルキャビティを画成し、内部シェルの材料が、ターボ機械の蒸気経路から内部シェルキャビティに流体を流入させることができる開口を画成する、内部シェルと、内面を有する外部シェルであって、外部シェルの内面及び内部シェルの外面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる１つ以上の密閉チャンバを画成する、外部シェルとを含み、内部シェルは、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第１のアクセス領域を有し、第１のアクセス領域は、複数の内部シェル軸方向位置を含み、複数の内部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、流体を内部シェルキャビティから流出させて１つ以上の密閉チャンバに流入させることができる排気スロットを作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性は、内部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であり、外部シェルは、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第２のアクセス領域を有し、第２のアクセス領域は、複数の外部シェル軸方向位置を含み、複数の外部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される排気開口を作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性は、外部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一である。

第１の態様は、蒸気ターボ機械ケーシング中間構造を提供し、この蒸気ターボ機械ケーシング中間構造は、外面を有する内部シェルであって、内部シェルの材料が内部シェルキャビティを画成し、内部シェルの材料が、ターボ機械の蒸気経路から内部シェルキャビティに流体を流入させることができる開口を画成する、内部シェルと、内面を有する外部シェルであって、外部シェルの内面及び内部シェルの外面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる１つ以上の密閉チャンバを画成する、外部シェルとを備え、内部シェルは、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第１のアクセス領域を有し、第１のアクセス領域は、複数の内部シェル軸方向位置を含み、複数の内部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、流体を内部シェルキャビティから流出させて１つ以上の密閉チャンバに流入させることができる排気スロットを作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性は、内部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であり、外部シェルは、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第２のアクセス領域を有し、第２のアクセス領域は、複数の外部シェル軸方向位置を含み、複数の外部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される排気開口を作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性は、外部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一である。

第２の態様は、蒸気ターボ機械ケーシング中間構造を提供し、この蒸気ターボ機械ケーシング中間構造は、１つ以上のキャビティを画成する１つ以上のシェルケーシングを備え、１つ以上のシェルケーシングは、使用のために選択可能な複数の予め形成された抽出開口箇所を有し、１つ以上のシェルケーシングの構造的完全性は、複数の予め形成された抽出開口箇所のどれが使用のために選択されるかにかかわらず均一である。

第３の態様は、ターボ機械ケーシング構造を作製する方法を提供し、この方法は、外面を有するケーシング内部シェルを形成し、ケーシング内部シェルの材料が、内部シェルキャビティと、ターボ機械蒸気経路から内部シェルキャビティに流体を流入させることができる流体開口とを画成し、内面を有するケーシング外部シェルを形成し、外部シェルの内面及び内部シェルの外面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる１つ以上の密閉チャンバを画成し、ケーシング内部シェル内に、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第１のアクセス領域を形成し、第１のアクセス領域が複数の内部シェル軸方向位置を含み、複数の内部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、流体を内部シェルキャビティから流出させて１つ以上の密閉チャンバに流入させることができる排気スロットを作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性が、内部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であり、ケーシング外部シェル内に、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第２のアクセス領域を形成し、第２のアクセス領域が複数の外部シェル軸方向位置を含み、複数の外部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される排気開口を作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性が、外部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であることを含む。

本発明のこれら及びその他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。

本発明の実施形態に係る装置の横断面図である。本発明の実施形態に係る装置の横断面図である。本発明の実施形態に係る装置の横断面図である。本発明の実施形態に係る例示的な環境を示す図である。本発明の実施形態に係る方法で実行することができる例示的なプロセスを示す図である。本発明の実施形態に係る方法で実行することができる例示的なプロセスを示す図である。本発明の実施形態に係る方法で実行することができる例示的なプロセスを示す図である。

本発明の図面は、必ずしも原寸に比例しないことに留意されたい。これらの図面は、本発明の典型的な態様のみを示すものであり、したがって本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。これらの図の間で同様の番号を有する要素は、互いを参照して記載する場合と実質的に類似していることが理解される。さらに、図１〜図７を参照して図示及び記載する実施形態では、同じ番号は同じ要素を表すことができる。見やすいように、これらの要素に関する冗長な説明は省略した。最後に、図１〜図７の構成要素及びそれらの添付の説明は、本明細書に記載するあらゆる実施形態に適用することができることが理解される。

本明細書に示すように、ターボ機械ケーシング中間構造及びその製造方法の例示的な実施形態が開示される。本明細書に記載する実施形態は、多くの異なる可能な流体抽出位置を有するターボ機械中間構造を含み、これらの流体抽出位置は、抽出可能な流体の所望の特性が分かった後、機械加工するために選択することができる。中間構造は、後日適合されるように製作することができる。すなわち、ケーシング中間構造は、可能な抽気のための複数の位置を有するように製作することができるが、それらの抽気位置はいずれも、中間構造内に流体抽出ポート又は開口を画成するように機械加工されていない。中間構造は、設計特性が分かった後に単一のモジュール式設計を多くの異なる方法で修正することができるため、有用である。すなわち、そのような特性は、ケーシングの作成の時点で分かっていなくてもよく、したがって複数の可能な流体抽出位置を有するケーシング中間構造の作成により、単一の中間ケーシングを多数の可能な用途で使用することができる。予め形成又は予め機械加工された流体抽出箇所を有する従来のターボ機械ケーシングとは異なり、本明細書に記載する実施形態は、非常に多くの可能な流体抽出箇所及びその組合せを可能にする中間構造及びその形成方法を含む。

図１に移ると、本発明の実施形態に係る装置の横断面図が示されている。図１は、内部シェル１１０を有するケーシング中間構造１００を示す。内部シェル１１０は、蒸気ターボ機械１０の複数のステージ１３０を収容し、蒸気入口１４０からスロット１５０又はスロット２５０などの抽気位置までの蒸気経路の一部を囲むように設計される。スロット２５０は、図２に関して後述する。内部シェル１１０は、外面１１５を有する。内部シェル１１０の材料は、内部シェルキャビティ１５５と、排気スロット１５０などの開口とを画成する。排気スロット１５０は、複数の内部シェル軸方向位置１７５の１つに機械加工される。排気スロット１５０は、軸方向位置１７５で、流体を蒸気経路１３０から流出させて内部シェルキャビティ１５５に流入させることができる。

いくつかの実施形態では、内部シェルキャビティ１５５は、内部シェル１１０の作成の時点で鋳造することができる。実施形態によれば、内部シェルキャビティ１５５は、内部シェル１１０内に完全に収容されることが理解される。中間構造１００はまた、外部シェル１２０を含む。内部シェル１１０を取り囲み、内面１２５を有する外部シェル１２０が示されている。外部シェル１２０の内面１２５及び内部シェル１１０外面１１５は、蒸気ターボ機械１０の軸方向Ａに延びる１つ以上の密閉チャンバ１６０を画成する。内部シェル１１０は、１つ以上の密閉チャンバ１６０に隣接する第１のアクセス領域１７０を有する。第１のアクセス領域１７０は、複数の内部シェル軸方向位置１７５を含む（内部シェル軸方向位置１７５を図３に示す）。実施形態によれば、複数の内部シェル軸方向位置１７５のうちの１つ以上の軸方向位置１７５が、排気スロット１５０を作成するように機械加工するために選択可能である。内部シェル軸方向位置１７５とは、隣接する密閉チャンバ１６０からの流体の抽出のために機械加工することができる内部シェル１２０の区間である。本発明の実施形態によれば、内部シェル軸方向位置１７５は、全体として、ターボ機械１０の軸方向Ａに延びる細長い形状を画成する。内部シェル軸方向位置１７５は、内部シェル１１０内で互いに隣接して位置することができ、すなわち、２つの隣接する内部シェル軸方向位置１７５間に明確な分離がないようにすることができる。内部シェル軸方向位置１７５は、流体抽出位置の作成のために内部シェル１２０の潜在的に機械加工可能な区域を画成する。選択された内部シェル軸方向位置１７５の機械加工による排気スロット１５０の作成は、ケーシング中間構造１００の構造的完全性を維持しながら実行され、構造的完全性は、内部シェル軸方向位置１７５のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一のままである。「スロット」及び「開口」という用語は、それぞれ内部ケーシング１１０を通るポートと外部ケーシング１２０を通るポートとを区別するために使用され、「スロット」と「開口」との間の他の違いを推測する必要はないことを理解されたい。

複数の機械加工可能な軸方向位置１７５を有する内部シェル１１０の作成により、設計者は、抽出された流体の所望の特性が分かったときに流体抽出位置を選択することができる。上記のように、ターボ機械１０の上流ステージに隣接する内部シェル軸方向位置１７５は、特定の産業上の目的に対して高圧流体が望ましいと設計者が判定した場合、高圧流体を抽出するために機械加工することができる。同様に、流体は、設計者の必要及びそのようなステージ内の流体の圧力又は他の特性に従って、ターボ機械１０の他のステージに隣接する内部シェル軸方向位置から抽出することができ、そのような特性は、それだけに限定されるものではないが、含水率又は温度を含むことができる。

実施形態によれば、外部シェル１２０は、１つ以上の密閉チャンバ１６０に隣接する第２のアクセス領域１８０を含み、第２のアクセス領域１８０は、複数の外部シェル軸方向位置１８５（図３に示す）を含む。外部シェル軸方向位置１８５とは、密閉チャンバ１６０からの流体抽出ポート、たとえば開口１９０を作成するために機械加工することができる位置である。実施形態によれば、複数の外部シェル軸方向位置１８５のうちの１つ以上が、外部シェル１２０を通じて１つ以上の密閉チャンバ１６０に流体連結される排気開口１９０を作成するように機械加工するために選択可能である。機械加工による排気開口１９０の作成は、ケーシング１００の構造的完全性を維持しながら実行され、構造的完全性は、外部シェル軸方向位置１８５のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一のままである。

内部シェル１１０及び外部シェル１２０は、鋼、ニッケル、クロム、又はこれらの合金、たとえば、フェライト鋼、フェライトマルテンサイト鋼、オーステナイトステンレス鋼、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、１−２ＣｒＭｏ鋼などの１つ以上を使用して鋳造によって形成することができる。当業者には知られている他の材料を使用することもできる。シェルの鋳造は、金型を使用して実行することができる。内部シェル１１０及び外部シェル１２０はそれぞれ、同じ金型を使用して同時に作成することができ、又は異なる組の金型を使用して別個に作成することができる。１つ以上の密閉チャンバ１６０は、次のように作成することができる。まず、外部シェル１２０の内面１２５及び内部シェル１１０の外面１１５を、１つ以上の金型によって画成することができる。次いで、適宜１つ以上の金型に溶融金属を流し込むことができる。１つ以上のチャンバ１６０を画成する表面を作成するために、金型（複数可）内へ芯を挿入することができる。そのような芯は、溶融金属を流し込む前に金型空間内へ挿入される砂を含むことができる。金属が凝固したとき、芯を除去して１つ以上のチャンバ１６０を作成する。この段階で、チャンバは、破片、たとえば残った砂がないように清浄にすることが必要になることがあることを理解されたい。記載の鋳造プロセスにより、金属鋳造の凝固及び芯の除去後にチャンバ１６０を清浄にするためのアクセスが可能となる。

図２に移ると、実施形態に係る装置の横断面図が示されている。図２は、第１の軸方向区間１１７及び第２の軸方向区間１１９を含む内部シェル１１０を有する一実施形態を示す。さらに、図２は、態様による実施形態に対する選択肢を示す。いくつかの実施形態では、抽気排気スロット２５０は、図２に示すように、抽気排気スロット１５０とは異なる位置におくことができる。

実施形態によれば、内部シェル１１０は、別個の第１の軸方向区間１１７及び第２の軸方向区間１１９を含むことができ、軸方向区間１１７及び１１９は、互いに相補的な形状であり、軸方向区間１１７、１１９間の分割壁又は支持体として作用する３６０度の嵌合１３５を有する。内部シェル１１０の第１の軸方向区間１１７及び第２の軸方向区間１１９を含む実施形態では、図２に示すように、第１の軸方向区間１１７上に１つ以上の第１のステージ１３２を支持することができ、第２の軸方向区間１１９上に１つ以上の第２のステージ１３４を支持することができる。第１のステージ１３２及び第２のステージ１３４は、ターボ機械１０の固定ステージであることを理解されたい。そのような固定ステージは、それだけに限定されるものではないが、ノズルステージを含むことができる。

図１及び図２にそれぞれ示す排気スロット１５０及び２５０により、蒸気ターボ機械１０の選択されたステージ１３０（選択されたステージは具体的には図示しない）近傍のスロット１５０又はスロット２５０などの抽気位置で、内部シェル１１０からの高圧流体の抽出が可能になり、スロット１５０又はスロット２５０などの抽気位置は、動作中の蒸気ターボ機械１０内の流体の流体特性に関係する。そのような流体特性は、図１に関して上述したものであり、簡潔にするために繰り返さないこととする。実施形態によれば、蒸気などの流体は、様々なステージ１３０に隣接するスロット１５０を介して解放することができる。蒸気などの流体が第２の軸方向区間１１９の上流の位置１５０／位置２５０から抽出される実施形態では、外部シェルは、３６０度の嵌合１３５の上流で流体を抽出できるように機械加工することができ、第２の軸方向区間１１９は、第２の軸方向区間１１９から流体を抽出できるように機械加工（開放）することができない。機械加工された抽出位置が所望の隣接する第２の軸方向区間１１９である実施形態では、外部ケーシング１２０を機械加工して、３６０度の嵌合１３５の下流で流体を抽出できるようにすることができ、そのような実施形態では、第２の軸方向区間１１９は、その特定のステージに特有に設計された密閉チャンバ１６０に隣接して位置する。

実施形態によれば、内部シェルキャビティ１５５は、板１７６などの密閉によって封止することができる。そのような密閉は、たとえば板１７６の溶接又は鋳造を含めて、現在知られている又は後に開発される作製技法を使用して実現することができる。複数の内部シェル１１０を使用する実施形態では、軸方向位置１７５にある排気スロット１５０は、蒸気経路１３０を通じて直接アクセスすることによって機械加工することができる。他の実施形態によれば、板１７６を機械加工することによって開口１７５を作成して、密閉チャンバ１６０から流体を流出させることができる。そのような手順は、たとえば、単一又は複数の内部シェルケーシング区間を有する実施形態で実行することができる。単一の内部ケーシング１１０を有する実施形態又は内部ケーシング１１０の第１の軸方向区間１１７及び第２の軸方向区間１１９をそれぞれ有する実施形態によれば、流体特性は、蒸気の特性とすることができる。そのような特性は、それだけに限定されるものではないが、圧力、含水率（湿り度）、温度、流量を含むことができる。いずれの場合も、ターボ機械１０の選択されたステージ１３０近傍のスロット１５０又はスロット２５０などの抽気位置を介して、蒸気を解放することができる。上記で論じたように、この蒸気（若しくは流体）は、産業プロセスで使用することができ、又はサイクル効率を変更（たとえば、増大）するために、ボイラ給水用水の加熱器へ送ることができる。

実施形態によれば、ターボ機械１０の選択されたステージ近傍の１つ以上の密閉チャンバ１６０からの比較的高圧の流体を抽出できるようにするために、蒸気タービンの比較的上流のステージ近傍の排気開口１９０から流体を抽出できるように機械加工するために、複数の軸方向位置１７５のうちの１つを選択することができる。別法として、より低圧の流体を抽出するために、前述の上流ステージの比較的下流のステージ近傍の排気開口１９０からの流体を抽出するように、排気スロット１５０を選択することができる。流体抽出の位置は、抽出された流体の流体特性を決定することができる。

図３は、実施形態に係る装置の横断面図を示す。図３は、第１のアクセス領域１７０及び第２のアクセス領域１８０がそれぞれ、第１のアクセス領域１７０に隣接する内部シェル１１０の厚さ及び第２のアクセス領域１８０に隣接する外部シェル１２０の厚さとはそれぞれ異なる均一の厚さＴ１、Ｔ２を有する一実施形態を示す。いくつかの実施形態によれば、第１のアクセス領域１７０は、内部シェル１１０の残り部分の厚さの２分の１未満の厚さＴ１を有する。同様に、実施形態によれば、第２のアクセス領域１８０は、外部シェル１２０の残り部分の厚さの２分の１未満の厚さＴ２を有する。

図３は、外部シェル１２０の内面１２５及び内部シェル１１０の外面１１５が、蒸気ターボ機械１０の軸方向Ａに延びる２つ以上の密閉チャンバ１６０を画成する一実施形態をさらに示す。図３には２つのチャンバ１６０のみが示されているが、任意の数の密閉チャンバ１６０を作成することができる。本明細書に記載する中間構造は、複数の位置１７５のいずれにおいても流体を抽出できるように設計されるが、本発明のすべての実施形態によって同じターボ機械内の複数の位置で実際の抽出を行う必要はないことに留意されたい。

本発明の実施形態によれば、蒸気ターボ機械中間構造は、使用のために選択可能な複数の予め形成された抽出開口箇所を有する１つ以上のシェルケーシングを有することができ、１つ以上のシェルケーシングの構造的完全性は、複数の予め形成された抽出開口箇所のどれが使用のために選択されるかにかかわらず均一である。この実施形態に係る１つ以上のシェルケーシングは、図１〜図３に関して本明細書に上述した内部シェルケーシング１１０及び外部シェルケーシング１２０に類似している。また、そのような実施形態に係る予め形成された抽出開口箇所は、それぞれ図１及び図３に関して本明細書に上述した内部シェル軸方向位置１７５及び外部シェル軸方向位置１８５に類似している。そのような実施形態によれば、開口の位置に基づいて、使用される抽出開口を選択することができる。すなわち、開口は、蒸気ターボ機械内の比較的上流のステージに隣接しているという理由で、また設計者が産業プロセスで使用するために高圧蒸気にアクセスしたいと望むという理由で選択されてもよい。同様に、設計者が上流ステージからの蒸気とは異なる流体特性を有するターボ機械からの蒸気にアクセスすることを選んだので比較的下流のステージに近接しているために、抽出開口が選択されてもよい。非限定的な例として、設計者は、産業上の目的で、比較的高い含水率の（湿った）蒸気又は比較的低温の蒸気を必要とすることがあり、したがって設計者は、この所望の産業上の目的に適当な抽出開口を使用することができる。

本発明の実施形態によれば、１つ以上のケーシングは、図２に関して上述したように、第１の軸方向区間１１７及び第２の軸方向区間１１９を有する内部ケーシングとすることができる。また、本発明の実施形態によれば、選択された開口部に隣接する動作中の蒸気ターボ機械内の流体の１つ以上の流体特性に基づいて、予め形成された抽出開口箇所を使用のために選択することができる。そのような流体特性は、本明細書に記載したものであり、簡潔にするためにここでは繰り返さないこととする。

図４は、本発明の実施形態に係る環境を示す。システム３００は、回転電気機械３０５と、回転電気機械３０５に結合された蒸気ターボ機械１０とを含む。図示の蒸気ターボ機械１０は、図１〜図３に関して上述した蒸気ターボ機械ケーシング中間構造１００を含み、そのような説明は、簡潔にするために繰り返さないこととする。本発明のいくつかの実施形態は、図４に示すように、発電機３４０に流体連結されたガスタービン３２０を含む。実施形態は、図４に示すように、ガスターボ機械３２０及び蒸気ターボ機械１０に流体的に結合された排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）３３０をさらに含むことができる。本発明の実施形態はまた、ガスタービン３２０に、或いは蒸気ターボ機械１０に動作可能に連結された発電機３４０を含むことができる（図４にはそのような連結は図示せず）。

図５は、本発明の実施形態に係るターボ機械ケーシング構造を作製する方法のプロセスを示す。プロセスＰ１００が図５に示されており、外面を有するケーシング内部シェルを形成することを含み、ケーシング内部シェルの材料は、内部シェルキャビティと、ターボ機械蒸気経路から内部シェルキャビティに流体を流入させることができる流体開口とを画成する。プロセスＰ１００と同時に、又はプロセスＰ１００後に、プロセスＰ１１０を実行することができ、プロセスＰ１１０は、内面を有するケーシング外部シェルを形成することを含み、外部シェルの内面及び内部シェルの外面は、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる１つ以上の密閉チャンバを画成する。プロセスＰ１００及びＰ１１０を実行するタイミングは、全体として方法に影響を及ぼさないことを理解されたい。プロセスＰ１００及びＰ１１０は、上記のような鋳造を含むことができ、それについては、簡潔にするために繰り返さないこととする。図６に示す任意選択のプロセスＰ１１５は、ケーシング内部シェルを形成することと、ケーシング外部シェルを形成することとを含み、その結果、ケーシング内部シェルの外面及びケーシング外部シェルの内面は、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる２つ以上の密閉チャンバを画成する。実施形態によれば、任意選択のプロセスＰ１１５は、プロセスＰ１００及びＰ１１０の代わりに実行することができ、又はプロセスＰ１１５は、プロセスＰ１００及びＰ１１０に加えて実行することができる。

図５を再び参照すると、プロセスＰ１２０は、ケーシング内部シェル内に、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第１のアクセス領域を形成することを含み、第１のアクセス領域は、複数の内部シェル軸方向位置を含む。第１のアクセス領域は、隣接するケーシング材料とは異なる厚さのケーシング材料から形成することができる。非限定的な例として、第１のアクセス領域は、第１のアクセス領域に隣接する内部ケーシングを構成する鋼の厚さの２分の１の厚さを有する鋼から鋳造することができる。実施形態によれば、内部シェル内の複数の軸方向位置はそれぞれ、流体を内部シェルキャビティから流出させて１つ以上の密閉チャンバに流入させることができる排気スロットを作成するように機械加工するために選択可能である。上記で論じたように、排気スロットは、蒸気などの高圧流体が内部シェルから密閉チャンバの１つ以上に流入できるように位置することができる。排気スロットを作成するために実行されるあらゆる機械加工は、内部シェル軸方向位置のどれを機械加工するために選択することができるかにかかわらず、ケーシングの構造的完全性を均一に維持する。態様によれば、第１のアクセス領域の形成は、第１のアクセス領域に隣接する内部シェルの厚さとは異なる均一の厚さを有するように第１のアクセス領域を形成することを含むことができる。また、態様によれば、第１のアクセス領域の形成は、内部シェルの残り部分の厚さの２分の１未満の厚さを有するように第１のアクセス領域を形成することを含むことができる。

実施形態によれば、内部シェルケーシングは、図７に示す任意選択のプロセスＰ１２４を使用して形成することができる。任意選択のプロセスＰ１２４は、第１の軸方向区間を形成し、第２の軸方向区間を形成することによってケーシング内部シェルを形成することを含み、第２の軸方向区間は、第１の軸方向区間とは別個であり、第１の軸方向区間に対して相補的なものである。

図５を再び参照すると、プロセスＰ１２５は、ケーシング外部シェル内に、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第２のアクセス領域を形成することを含み、第２のアクセス領域は、複数の外部シェル軸方向位置を含み、複数の外部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される排気開口を作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性は、外部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一である。態様によれば、第２のアクセス領域の形成は、第２のアクセス領域に隣接する外部シェルの厚さとは異なる均一の厚さを有するように第２のアクセス領域を形成することを含むことができる。また、実施形態によれば、第２のアクセス領域の形成は、外部シェルの残り部分の厚さの２分の１未満の厚さを有するように第２のアクセス領域を形成することを含むことができる。

図５は、任意選択のプロセスＰ１３０及びＰ１４０を示す。任意選択のプロセスＰ１３０は、第１のアクセス領域を通じて第１のスロットを機械加工することを含み、第１のスロットの位置は、ターボ機械の性能特性に基づく。任意選択のプロセスＰ１４０は、第２のアクセス領域内に第１の開口を機械加工することを含み、第１の開口は、外部シェルを通って延びる。そのような位置及び関連する性能特性は、図１に関して上記で論じたものであり、簡潔にするために繰り返さないこととする。

任意選択のプロセスＰ１５０及びＰ１６０が図６に示されており、任意選択のプロセスＰ１５０及びＰ１６０は、任意選択のプロセスＰ１１５後に実行することができる。任意選択のプロセスＰ１５０は、ケーシングの構造的完全性を維持しながら、第１のアクセス領域を通じて２つ以上の密閉チャンバのうちの第２のチャンバ内へ第２のスロットを機械加工することを含み、第２のスロットの位置は、ターボ機械の性能特性に基づく。任意選択のプロセスＰ１５０は、たとえば、設計者が蒸気タービンからの２つの出力を望み、異なる特性を有する流体で異なる機能を実行することを望む場合に実行することができる。たとえば設計者は、何らかの産業プロセスに対して、比較的高圧の流体を望むことがあり、したがって設計者は、蒸気ターボ機械の上流ステージに隣接して第１のスロットを配置することができる。設計者はまた、異なる産業上の用途で動作するためにより低圧の流体を望むことがあり、設計者は、第１のスロットの下流のステージに隣接して第２のスロットを配置して、そのような比較的低圧の流体を得ることができる。異なるステージに隣接して位置する２つのスロットについて論じたが、本発明の実施形態は、本発明の精神から逸脱することなく、蒸気ターボ機械の同じ又は異なるステージに隣接して位置する任意の数のスロットを含むことができる。

任意選択のプロセスＰ１６０は、ケーシングの構造的完全性を維持しながら、２つ以上の密閉チャンバのうちの第２のチャンバに隣接する第２のアクセス領域内の第２の開口を機械加工することを含み、第２の開口は、外部シェルを通って延びる。実施形態によれば、第２の開口は、設計者が第２の産業上の目的に使用される第２の位置からの流体にアクセスできるようにすることができる。本明細書に記載するスロット及び開口は、必ずしも開いたままであるものでも、常に流体の解放を可能にするものでもないことに留意されたい。そのような開口及びスロットは、覆うことができ、且つ／又は所望されるときのみ流体の解放を可能にするように、バルブを使用することができる。任意選択のプロセスＰ１５０及びＰ１６０は、複数の密閉チャンバが画成されるプロセスＰ１１５後に実行することができる。

本明細書で使用する術語は、特定の実施形態について説明することだけを目的とするものであり、開示を限定しようとするものではない。本明細書では、別段文脈によって明示されない限り、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は複数形も同様に含むものとする。本明細書で使用するとき、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、記載の特徴、整数、段階、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

本明細書では、「軸方向の（ａｘｉａｌ）」及び／又は「軸方向に（ａｘｉａｌｌｙ）」という用語は、軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指し、軸Ａは、パイプの横断部で導管の長軸に対して実質的に平行である。さらに本明細書で使用されているように、「径方向の（ｒａｄｉａｌ）」及び／又は「径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）」という用語は、半径（ｒ）に沿った物体の相対的な位置／方向を指し、半径（ｒ）は、軸Ａに対して実質的に垂直であり、１つの位置のみで軸Ａと交差する。加えて、「円周方向の（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ）」及び／又は「円周方向に（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、円周に沿った物体の相対的な位置／方向を指し、円周は、軸Ａを取り囲むが、いかなる位置でも軸Ａと交差しない。

この記載の説明では、例を使用して最良の形態を含む本発明を開示し、またあらゆるデバイス又はシステムの作成及び使用、並びにあらゆる組み込まれている方法の実行を含めて、当業者が本発明を実行することを可能にしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されるものであり、当業者に想到される他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字言語から相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文字言語から実質的な相違のない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に入るものとする。

１０蒸気ターボ機械
１００ケーシング中間構造
１１０内部シェル、内部ケーシング
１１５外面（内部シェル１１０のもの）
１１７第１の軸方向区間
１１９第２の軸方向区間
１２０外部シェル、外部ケーシング
１２５内面（外部シェル１２０のもの）
１３０ステージ
１３２１つ以上の第１のステージ
１３４１つ以上の第２のステージ
１３５３６０度の嵌合
１４０蒸気入口
１５０排気スロット（内部シェルからチャンバへ）
１５５内部シェルキャビティ
１６０１つ以上の密閉チャンバ
１７０第１のアクセス領域（内部シェル１１０のもの）
１７５複数の内部シェル軸方向位置（内部シェル）
１７６板
１８０第２のアクセス領域（外部シェル内）
１８５複数の外部シェル軸方向位置
１９０排気開口（チャンバから外部シェルを通る）
２５０抽気排気スロット（１５０とは異なる位置）
３００システム
３０５回転電気機械
３２０ガスタービン
３３０排熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
３４０発電機

Claims

蒸気ターボ機械ケーシング中間構造であって、
外面を有する内部シェルであって、内部シェルの材料が内部シェルキャビティを画成し、内部シェルの材料が、ターボ機械の蒸気経路から内部シェルキャビティに流体を流入させることができる開口を画成する、内部シェルと、
内面を有する外部シェルであって、外部シェルの内面及び内部シェルの外面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる１つ以上の密閉チャンバを画成する、外部シェルとを備え、
内部シェルが、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第１のアクセス領域を有し、第１のアクセス領域が、複数の内部シェル軸方向位置を含み、複数の内部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、流体を内部シェルキャビティから流出させて１つ以上の密閉チャンバに流入させることができる排気スロットを作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性が、内部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であり、
外部シェルが、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第２のアクセス領域を有し、第２のアクセス領域が、複数の外部シェル軸方向位置を含み、複数の外部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される排気開口を作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性が、外部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一である、蒸気ターボ機械ケーシング中間構造。
内部シェルが、第１の軸方向区間と、第１の軸方向区間とは別個で第１の軸方向区間に対して相補的な第２の軸方向区間とを含む、請求項１記載の蒸気ターボ機械ケーシング。
排気スロットが、ターボ機械の選択されたステージ近傍の位置で内部シェルから高圧流体を抽出できるようにし、位置が流体特性に関係する、請求項１記載の蒸気ターボ機械ケーシング。
排気開口が、ターボ機械の選択されたステージ近傍の１つ以上の密閉チャンバから高圧流体を抽出できるようにする、請求項１記載の蒸気ターボ機械ケーシング。
第１のアクセス領域及び第２のアクセス領域がそれぞれ、第１のアクセス領域に隣接する内部シェルの厚さと異なる、且つ第２のアクセス領域に隣接する外部シェルの厚さと異なる均一の厚さを有する、請求項１記載の蒸気ターボ機械ケーシング。
第１のアクセス領域が、内部シェルの残り部分の厚さの２分の１未満の厚さを有する、請求項５記載の蒸気ターボ機械ケーシング。
第２のアクセス領域が、外部シェルの残り部分の厚さの２分の１未満の厚さを有する、請求項５記載の蒸気ターボ機械ケーシング。
外部シェルの内面及び内部シェルの外面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる２つ以上の密閉チャンバを画成する、請求項１記載の蒸気ターボ機械。
１つ以上のキャビティを画成する１つ以上のシェルケーシングを備え、１つ以上のシェルケーシングが、使用のために選択可能な複数の予め形成された抽出開口箇所を有し、１つ以上のシェルケーシングの構造的完全性が、複数の予め形成された抽出開口箇所のどれが使用のために選択されるかにかかわらず均一である、
蒸気ターボ機械ケーシング中間構造。
１つ以上のシェルケーシングが、内部シェルケーシング及び外部シェルケーシングを含み、１つ以上のキャビティが、内部シェルの材料によって画成される、請求項９記載の蒸気ターボ機械ケーシング中間構造。
内部シェルケーシングが、第１の軸方向区間及び第２の軸方向区間を含む、請求項１０記載の蒸気ターボ機械ケーシング中間構造。
予め形成された抽出開口箇所が、選択された開口箇所に隣接する動作中の蒸気ターボ機械内の流体の流体特性に基づいて、使用のために選択される、請求項９記載の蒸気ターボ機械ケーシング中間構造。
蒸気ターボ機械のための蒸気ターボ機械ケーシング構造を作製する方法であって、
外面を有するケーシング内部シェルを形成し、ケーシング内部シェルの材料が、内部シェルキャビティと、ターボ機械蒸気経路から内部シェルキャビティに流体を流入させることができる流体開口とを画成し、
内面を有するケーシング外部シェルを形成し、外部シェルの内面及び内部シェルの外面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる１つ以上の密閉チャンバを画成し、
ケーシング内部シェル内に、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第１のアクセス領域を形成し、第１のアクセス領域が複数の内部シェル軸方向位置を含み、複数の内部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、流体を内部シェルキャビティから流出させて１つ以上の密閉チャンバに流入させることができる排気スロットを作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性が、内部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であり、
ケーシング外部シェル内に、１つ以上の密閉チャンバに隣接する第２のアクセス領域を形成し、第２のアクセス領域が複数の外部シェル軸方向位置を含み、複数の外部シェル軸方向位置のうちの１つ以上が、外部シェルを通じて１つ以上の密閉チャンバに流体連結される排気開口を作成するように機械加工するために選択することができ、ケーシングの構造的完全性が、外部シェル軸方向位置のどれが機械加工するために選択されるかにかかわらず均一であることを含む方法。
ケーシング内部シェルの形成が、
第１の軸方向区間を形成し、
第２の軸方向区間を形成することを含み、第２の軸方向区間が、第１の軸方向区間とは別個であり、第１の軸方向区間に対して相補的なものである、請求項１３記載の方法。
第１のアクセス領域を通じて第１のスロットを機械加工し、第１のスロットの位置がターボ機械の性能特性に基づき、
第２のアクセス領域内に第１の開口を機械加工し、第１の開口が外部シェルを通って延びる
ことをさらに含む、請求項１３記載の方法。
ケーシング内部シェルの形成及びケーシング外部シェルの形成が、ケーシング内部シェルの外面及びケーシング外部シェルの内面が、蒸気ターボ機械の軸方向に延びる２つ以上の密閉チャンバを画成するように実行される、請求項１３記載の方法。
ケーシングの構造的完全性を維持しながら、第１のアクセス領域を通じて２つ以上の密閉チャンバのうちの第２のチャンバ内へ第２のスロットを機械加工し、第２のスロットの位置がターボ機械の性能特性に基づき、
ケーシングの構造的完全性を維持しながら、２つ以上の密閉チャンバのうちの第２のチャンバに隣接する第２のアクセス領域内の第２の開口を機械加工し、第２の開口が外部シェルを通って延びる
ことをさらに含む、請求項１６記載の方法。
第１のアクセス領域の形成が、第１のアクセス領域に隣接する内部シェルの厚さとは異なる均一の厚さを有するように第１のアクセス領域を形成することを含む、請求項１３記載の方法。
第２のアクセス領域の形成が、第２のアクセス領域に隣接する外部シェルの厚さとは異なる均一の厚さを有するように第２のアクセス領域を形成することを含む、請求項１３記載の方法。
第１のアクセス領域の形成が、内部シェルの残り部分の厚さの２分の１未満の厚さを有するように第１のアクセス領域を形成することを含み、
第２のアクセス領域の形成が、外部シェルの残り部分の厚さの２分の１未満の厚さを有するように第２のアクセス領域を形成することを含む、請求項１３記載の方法。