JP2018119539A - 回転機械用ガイドベーンアセンブリおよびその組み立て方法 - Google Patents

回転機械用ガイドベーンアセンブリおよびその組み立て方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回転機械と共に使用される漏れ流れガイドベーンアセンブリを提供する。【解決手段】回転機械10の固定ブレード26は、翼形部44と、翼形部44の半径方向内側端部に結合された固定部42と、固定部42に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリ200とを含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリ200を構成する複数のガイドベーンの間の通路は、そこを通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている。これにより、漏れ流路48内の蒸気が、固定ブレード26と下流側のロータブレード14との間のギャップ56を通って主流路46に戻るときに、接線速度または旋回速度を誘起させることが容易になり、下流側のロータブレード14上で蒸気の漏れ流れに発生する損失を低減させて、回転機械の全体効率を高めることができる。【選択図】図2

Description

本開示の分野は、一般に、回転機械に関し、より詳細には、回転機械と共に使用される漏れ流れガイドベーンアセンブリに関する。
限定されるものではないが、いくつかの公知の蒸気タービンを含む少なくともいくつかの公知の回転機械は、流体源からハウジング入口を通って環状蒸気経路に沿って作動流体を導く。典型的には、タービン段は、作動流体が後続のタービン段の固定ブレードおよびロータリベーンを通って流れるように、主流路内に配置される。固定構成要素と回転構成要素との間に画定された軸方向ギャップは、回転構成要素の回転を容易にする。
欧州特許第2564032号明細書
少なくともいくつかの公知の回転機械では、主流路内の高圧作動流体は、軸方向ギャップに漏れて下流に導かれ、主流路に戻されることができる。しかしながら、主流路内の作動流体は、固定構成要素および回転構成要素によって偏向されるので、作動流体の漏れ流れは、主流路を流れる作動流体とは異なる角度または接線速度で主流路に入る。したがって、漏れ流れは、主流路内の作動流体よりも大きな入射角で下流の回転構成要素に衝突し、それによって回転機械の効率損失を生じさせる可能性がある。時間の経過と共に、このような損失は稼働費と燃料費を増加させる可能性がある。
一態様では、ブレードが提供される。ブレードは、翼形部と、翼形部の半径方向内側端部に結合された固定部と、固定部に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリとを含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリは、内部に画定された複数の通路を含む。複数の通路は、通路を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられる。
別の態様では、回転機械が提供される。回転機械は、ロータと、ロータの周りを周方向に延びるブレードとを含む。ブレードは、翼形部と、翼形部の半径方向内側端部に結合され、固定部とロータとの間の漏れ流路を画定する固定部と、固定部に結合され、漏れ流路内に配置された漏れ流れガイドベーンアセンブリとを含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリは、内部に画定された複数の通路を含む。複数の通路は、通路を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられる。
別の態様では、回転機械を組み立てる方法が提供される。方法は、ブレードを回転機械のケーシングのダイヤフラムに結合するステップと、ロータをケーシングに結合するステップとを含む。ロータは、ブレードに隣接して下流側に配置された少なくとも1つのタービン段を含む。さらに、方法は、ケーシング内に、ケーシングの入口と流体連通している主流路を形成するステップを含む。方法は、少なくとも1つのタービン段に隣接するブレードに漏れ流れガイドベーンアセンブリを結合するステップをさらに含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリは、ロータとブレードとの間に画定された漏れ流路内に配置され、漏れ流路を通過する作動流体内に旋回速度を誘起する。
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
例示的な回転機械の概略図である。 図1に示す回転機械の固定ブレードに結合された例示的な半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリの概略断面図である。 半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む、図2に示す固定ブレードの概略斜視図である。 図2に示す固定ブレードに結合された別の漏れ流れガイドベーンアセンブリの概略部分斜視図である。 図1に示す回転機械の固定ブレードに結合された例示的な軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリの概略断面図である。 軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む、図5に示す固定ブレードの概略斜視図である。 半径方向外向きに見て、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む図5に示す固定ブレードの概略底面図である。 図1の回転機械を組み立てる例示的な方法のフロー図である。
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の1つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むわけではない。
本明細書に記載の実施形態は、回転機械のケーシングに結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む回転機械の固定ブレードまたはノズルを含む。より具体的には、固定ブレードまたはノズルは、主流路内の蒸気流の接線速度または旋回速度に実質的に類似する蒸気漏れ流に対する接線速度または旋回速度を誘起する複数のガイドベーンまたはガイドスロットを含む。ガイドベーンまたはスロットは、固定ブレードまたはノズルの下流側部分に結合され、接線速度または旋回速度を誘起するために、漏れ流れに対して所定の角度に方向づけられる。ガイドベーンまたはスロットは、固定ブレードに結合されてもよく、固定ブレードと一体的に形成されてもよい。その結果、蒸気漏れ流が主流路に戻されるとき、漏れ流れの入射角は、ロータブレードの前縁における主蒸気流の入射角と実質的に同様である。
別途指定のない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用され得ることを示している。近似を表す文言は、それが関連する基本的な機能を変更することなく、許容範囲内で異なり得る、任意の定量的な表現の修飾に適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界が特定される。このような範囲は、組み合わせおよび/または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
さらに、別途指定のない限り、「第1の」、「第2の」などの用語は、単に標識として本明細書で使用されているに過ぎず、これらの用語が言及する要素に対して順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第2の」要素への言及は、例えば、「第1の」もしくはより小さい数字の要素または「第3の」もしくはより大きな数字の要素の存在を必要とせず、または妨げるものではない。
図1は、例示的な回転機械10の概略図である。本明細書に記載された装置、システム、および方法は、いずれかの特定のタイプの回転機械に限定されないことに留意されたい。当業者であれば、本明細書に記載の装置、システム、および方法は、例えば限定ではないが、蒸気タービンまたはガスタービンエンジンを含む任意の回転機械と共に使用されてもよく、このような装置、システム、および方法が、本明細書でさらに説明されるように動作することを可能にする任意の適切な構成であってもよい。
例示的な実施形態では、回転機械10は単流蒸気タービンである。あるいは、回転機械10は、任意のタイプの蒸気タービン、例えば、限定ではないが、低圧蒸気タービン、対向流高圧および中圧蒸気タービンの組み合わせ、または二重流蒸気タービンである。さらに、上述したように、本開示は、蒸気タービンにのみ使用されることに限定されず、ガスタービンエンジンなどの他のタービンシステムにも使用され得る。
例示的な実施形態では、回転機械10は、複数のタービン段12を含む。各タービン段12は、ロータ16に結合された複数の周方向に間隔を置いて配置されるロータブレード14を含む。本明細書で使用される場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的接続、電気的接続、および/または通信接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的接続、電気的接続、および/または通信接続も含むことができることに留意されたい。ロータブレード14は、ロータ16から半径方向外向きに延びている。複数のロータブレード14は、回転機械10が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の適切な数のロータブレード14を含むことができる。ロータ16は、ベアリング(図示せず)によってロータ16の対向する端部18および20に支持されている。
ケーシング22は、複数のタービン段12を取り囲んでいる。複数のダイヤフラム24がケーシング22に結合され、各ダイヤフラム24が各タービン段12の上流にある。各ダイヤフラム24は、周方向に間隔を置いて配置される複数の固定ブレード26(すなわち、ノズル)を含む。固定ブレード26は、概ね翼形であり、ケーシング22から半径方向内向きに延びている。回転機械10はまた、高圧(HP)蒸気入口28および低圧(LP)蒸気排出口30を含む。ロータ16は、中心軸線32を中心に回転可能である。
動作中、高圧高温の蒸気40は、ボイラ(図示せず)のような蒸気源からHP蒸気入口28を通って入口34に導かれる。入口28から、蒸気40はケーシング22を通って下流に導かれ、そこでタービン段12に遭遇する。蒸気40がロータブレード14に衝突すると、蒸気40は、ロータ16に中心軸線32の周りで回転を誘起する。したがって、蒸気40の熱エネルギーは、タービン段12によって機械的回転エネルギーに変換される。蒸気40は、LP蒸気排出口30でケーシング22を出る。次いで、蒸気40は、ボイラに導かれ、そこで再加熱される、および/または低圧タービンセクションまたは凝縮器(図示せず)などのシステムの他の構成要素に導かれる。
図2は、固定ブレード26に結合された例示的な半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ200の概略断面図である。図3は、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ200を含む固定ブレード26の概略斜視図である。例示的な実施形態では、各ロータブレード14は、翼形部36およびルート部38を含む。各ルート部38は、ロータブレード14がロータ16と共に回転するように、任意の適切な方法でロータ16に結合される。さらに、回転機械10は、ロータ16の周りに周方向に延びる固定部42を含む。例えば、限定ではないが、例示的な実施形態では、固定部42は、任意の適切な方法で各固定ブレード26の翼形部44の半径方向内側端部に結合されたダイヤフラム24の内側リングであり、固定部42はロータ16に対して静止したままである。
ロータブレードの翼形部36および固定ブレード翼形部44は、蒸気40の主流路46内に配置される。さらに、漏れ流路48は、一般に、固定部42とロータ16との間に画定される。例示的な実施形態では、シールアセンブリ50は、固定部42とロータ16との間にあり、かつ/または固定部42とロータ16との間でロータ16に結合される。例示的な実施形態では、シールアセンブリ50はラビリンスシールである。あるいは、シールアセンブリ50は、回転機械10が本明細書に記載されているように動作することを可能にする任意のタイプのシールアセンブリであってもよく、例えば、限定ではないが、磨耗可能なシールアセンブリである。
例示的な実施形態では、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ200は、回転機械10の中心軸線32に沿って実質的に軸方向に延び、それらの間に複数の通路203を画定する複数のガイドベーン202を含む。特に、各ガイドベーン202は、第1の端部204から反対側の自由な第2の端部206まで延びている。第1の端部204は、固定部42の下流側端部52に結合される。ガイドベーン202は、任意の適切な方法、例えば、限定ではないが、溶接、ろう付け、接着、および/またはガイドベーン202を固定部42に結合することを容易にする任意の他の機械的結合プロセスを介して、固定部42に結合される。あるいは、ガイドベーン202は、例えば付加製造プロセスまたは機械加工プロセスによって、固定部42と一体的に形成される。例示的な実施形態では、複数のガイドベーン202は、ロータ16の周りに周方向に間隔を置いて配置される。例示的な実施形態では、複数の固定ブレード26は、固定部42が協働してロータ16の周りに実質的に連続したリングを形成するように、周方向に互いに隣接して配置される。
例示的な実施形態では、各ガイドベーン202は、実質的に同一の寸法および形状を有する。ガイドベーン202は、薄板として形成され、概ね矩形の断面形状を有する。あるいは、ガイドベーン202は、非矩形断面形状、例えば、限定ではないが、翼形断面形状または本明細書に記載されるようにガイドベーン202を動作させることができる任意の他の断面形状を有してもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン202は、固定部42の底面54から所定の距離だけ概ね半径方向外向きに延びる第1の部分208を含む。ガイドベーン202はまた、第1の部分208に対して周方向に延びる第2の部分210を含む。特に、第2の部分210は、第1の部分208に対して角度αで概ね周方向に延びる。例示的な実施形態では、角度αは、漏れ流路48を通って流れる蒸気40が漏れ流路48を出て、固定ブレード26を通過する蒸気40と実質的に同様の接線流速で主流路46に戻ることを確実にするように予め定められた値を有する。
いくつかの実施形態では、ガイドベーン202は、隣接するガイドベーン202の第2の部分210によって、それぞれのガイドベーン202の第1の部分208が半径方向に重なるか、または覆われるように、周方向に重なる。別の実施形態では、ガイドベーン202は、隣接するガイドベーン202が重ならないように周方向に離間されている。例示的な実施形態では、ガイドベーン202の数および第2の部分210が延びる角度αは、回転機械10の特定の動作パラメータに基づいて予め決定される。
動作中、高圧蒸気40は、主流路46に導かれる。蒸気40は主流路46を加圧し、ロータ16の回転を誘起する。特に、蒸気40は、蒸気40がロータブレード14に衝突してロータ16を回転させることができる実質的な軸方向速度を有する。さらに、蒸気40が固定ブレード26を通って導かれるとき、固定ブレード26は蒸気40の流れに旋回速度を与える。例示的な実施形態では、回転機械10の効率を高めるのを容易にするために、ロータブレードの翼形部36と固定ブレードの翼形部44の角度が予め定められている。
蒸気40の一部は、主流路46から漏れ流路48へ流れる。蒸気40が漏れ流路48に漏れた後、蒸気40はガイドベーンアセンブリ200に向かって導かれる。蒸気40はガイドベーンアセンブリ200を通過し、そこで主流路46の蒸気40と実質的に同様の旋回速度で主流路46に導かれ、各固定ブレードの翼形部44から出る。特に、漏れ流路48内の蒸気40は、第1の部分208において概ね半径方向にガイドベーン202の間に画定された通路203に入る。蒸気40がガイドベーンアセンブリ200を通って流れるとき、蒸気40は、ガイドベーン202の第2の部分210によって概ね周方向に回転される。次に、漏れ流路48内の蒸気40は、隣接する固定ブレード26およびロータブレード14の固定部42とルート部38との間にそれぞれ画定されたギャップ56を通って主流路46に戻される。これにより、漏れ流路48を出る蒸気40に接線速度または旋回速度を誘起することが容易になり、下流側ロータブレード14上の蒸気漏れ流の発生損失を低減することによって回転機械10の全体効率を高め、それにより関連する燃料コストの低減を容易にする。
図4は、固定ブレード26に結合された代替的な半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ300の概略部分斜視図である。例示的な実施形態では、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ300が断面の一部を伴って示されている。図示されているように、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ300は本体302を含み、本体302は、貫通する通路305を画定する複数の開口部またはガイドスロット304を含む。本体302は、一般に、回転機械10の中心軸線32に沿って実質的に軸方向に延びる矩形のプリズムである。特に、本体302は、第1の端部306から反対側の自由な第2の端部308まで延びている。第1の端部306は、固定部42の下流側端部52に結合される。本体302は、任意の適切な方法、例えば、限定ではないが、溶接、ろう付け、接着、および/または固定部42への本体302の結合を容易にする任意の他の機械的結合プロセスを介して、固定部42に結合される。あるいは、本体302は、例えば、付加製造プロセスまたは機械加工プロセスを介して、固定部42と一体的に形成されてもよい。例示的な実施形態では、複数のガイドスロット304は、ロータ16の周りに周方向に間隔を置いて配置される。複数の固定ブレード26は、固定部42が協働してロータ16の周りに実質的に連続したリングを形成するように、周方向に互いに隣接して配置される。
例示的な実施形態では、各ガイドスロット304は、実質的に同一の寸法および形状を有する。それぞれのガイドスロット304は、本体302を通って外面310から内面312まで実質的に半径方向に延びる開口部として形成される。例示的な実施形態では、ガイドスロット304は矩形である。あるいは、ガイドスロット304は、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ300が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の形状であってもよい。例えば、限定ではないが、一実施形態では、ガイドスロット304は、概ね円形の断面形状を有することができ、別の実施形態では、ガイドスロット304は、多角形の断面形状を有し、概ねハニカム形状のガイドスロット304のアレイを形成することができる。
例示的な実施形態では、それぞれのガイドスロット304は、半径方向314に対して角度βで概ね周方向に延びる。角度βは、漏れ流路48を通って流れる蒸気40が漏れ流路48を出て、固定ブレード26を通過する蒸気40と実質的に同様の接線流速で主流路46に戻ることを確実にするように予め定められた値を有する。
いくつかの実施形態では、ガイドスロット304は、それぞれのガイドスロット304の第1の部分316が、隣接するガイドスロット304の第2の部分318によって半径方向に重なるか、または覆われるように、周方向に重なる。別の実施形態では、ガイドスロット304は、隣接するガイドスロット304が重ならないように周方向に間隔を置いて配置されてもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン202の数およびガイドスロット304が延びる角度βは、回転機械10の特定の動作パラメータに基づいて予め決定される。
図5は、固定ブレード26に結合された軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ400の例示的な実施形態の概略断面図である。図6は、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ400を含む固定ブレード26の概略斜視図である。図7は、半径方向外向きに見て、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ400を含む固定ブレード26の概略底面図である。例示的な実施形態では、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ400は、固定部42の底面54から実質的に半径方向に延び、固定部42の後部58に沿って配置された複数のガイドベーン402を含む。複数のガイドベーン402は、それらの間に複数の通路403を画定する。特に、ガイドベーン402は、第1の端部404から反対側の自由な第2の端部406まで延びている。第1の端部404は、固定部42の底面54に結合される。ガイドベーン402は、任意の適切な方法、例えば、限定ではないが、溶接、ろう付け、接合、および/またはガイドベーン402を固定部42に結合することを可能にする任意の他の機械的結合プロセスを介して、固定部42に結合される。あるいは、ガイドベーン402は、例えば、付加製造プロセスまたは機械加工プロセスを介して、固定部42と一体的に形成されてもよい。例示的な実施形態では、複数のガイドベーン402は、ロータ16の周りに周方向に間隔を置いて配置され、複数の固定ブレード26は、固定部42が協働してロータ16の周りに実質的に連続したリングを形成するように、周方向に互いに隣接して配置される。
例示的な実施形態では、各ガイドベーン402は、実質的に同一の寸法および形状を有する。それぞれのガイドベーン402は、薄板として形成され、概ね矩形の断面形状を有する。あるいは、ガイドベーン402は、非矩形断面形状、例えば、限定ではないが、翼形断面形状、または本明細書に記載されるようにガイドベーン402を動作させることができる任意の他の断面形状を有してもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン402は、図7に最もよく示されるように、回転機械10の中心軸線32に対して角度θで位置決めされる。例示的な実施形態では、角度θは、漏れ流路48を通って流れる蒸気40が漏れ流路48を出て、固定ブレード26を通過する蒸気40と実質的に同様の接線流速で主流路46に戻ることを確実にするために予め定められた値を有する。
いくつかの実施形態では、ガイドベーン402は、それぞれのガイドベーン402の上流側または第1の部分408が、漏れ流路48を通る蒸気40の流れに対して隣接するガイドベーン402の下流側または第2の部分210に軸方向に重なるか、または覆われるように、軸方向に重なる。別の実施形態では、ガイドベーン402は、隣接するガイドベーン402が重ならないように周方向に間隔を置いて配置されてもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン402の数およびガイドベーン402が配置される角度θは、回転機械10の特定の動作パラメータに基づいて予め決定される。
動作中、高圧蒸気40は、主流路46に導かれる。蒸気40は主流路46を加圧し、ロータ16の回転を誘起する。特に、蒸気40は実質的な軸方向速度を有し、ロータブレード14に衝突してロータ16を回転させる。さらに、蒸気40は、蒸気40の流れに接線速度または旋回速度を付与することを容易にする固定ブレード26を通って導かれる。例示的な実施形態では、回転機械10の効率を高めるのを容易にするために、ロータブレード14の翼形部36と固定ブレード26の翼形部44の角度が予め定められている。
蒸気40の一部は、主流路46から漏れ流路48へ流れる。蒸気40が漏れ流路48に漏れた後、蒸気40はガイドベーンアセンブリ400に向かって導かれる。蒸気40はガイドベーンアセンブリ400を通過し、そこでは主流路46の蒸気40と実質的に同様の旋回速度でギャップ56および主流路46に導かれ、固定ブレード26の翼形部44から出る。特に、漏れ流路48内の蒸気40は、第1の部分408において実質的に軸方向にガイドベーン402の間に画定された通路403に入る。ガイドベーンアセンブリ400を通って流れる蒸気40は、中心軸線32に対して角度θに方向づけられたガイドベーン402によって概ね周方向に回転される。漏れ流路48内の蒸気40は、ギャップ56を通って主流路46に戻される。これにより、漏れ流路48を出る蒸気40に旋回速度を誘起することが容易になり、下流側ロータブレード14上の蒸気漏れ流の発生損失を低減することによって回転機械10の全体効率を高め、それにより関連する燃料コストの低減を容易にする。
図8の流れ図には、回転機械10などの回転機械を組み立てる例示的な方法500が示されている。また、図1〜図7を参照すると、例示的な実施形態では、方法500は、固定ブレード26をケーシング22内のダイヤフラム24などのダイヤフラムに結合するステップ502を含む。ロータ16は、ケーシング22に結合され(504)、固定ブレード26に隣接して下流側に配置された少なくとも1つのタービン段12を含む。少なくとも1つのタービン段12は、共に回転するようにロータ16に結合された少なくとも1つのロータブレード14を含む。例示的な実施形態では、ギャップ56は、固定ブレード26とロータブレード14との間に画定される。蒸気入口、例えば蒸気入口28は、ケーシング22に流体連通状態で結合される(506)。方法500はまた、ケーシング22内に、蒸気入口28と流体連通している蒸気40のための主流路46を形成するステップ508を含む。方法500は、ケーシング22内に、主流路46と流体連通している蒸気40のための漏れ流路48を形成するステップをさらに含む。特に、漏れ流路48は、固定ブレード26の固定部42とロータ16との間に形成される。
この例示的な実施形態では、方法500はまた、下流側ロータブレード14に隣接する固定ブレード26にガイドベーンアセンブリ200,300,および400などの漏れ流れガイドベーンアセンブリを結合するステップ512を含む。各ガイドベーンアセンブリは、例えば、主流路46内の蒸気40と実質的に同様の接線速度または旋回速度を誘起するように方向づけられた、複数のガイドベーン202および402、またはガイドスロット304を含む。
回転機械のための漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む固定ブレードの例示的な実施形態、および回転機械を組み立てる方法について、本明細書で詳細に説明する。本実施形態は、回転機械が作動しているときに、本機械が、主流路における蒸気流の接線速度または旋回速度と実質的に同様である蒸気漏れ流に対する接線速度または旋回速度を誘起するという点で、既知の回転機械に勝る利点を有する。回転機械の固定ブレードまたはノズルは、漏れ流れが主流路に戻されるときに、漏れ流れの入射角がロータブレードの前縁における主蒸気流と実質的に同様であるように、漏れ流れに対して接線速度または旋回速度を誘起するように方向づけられた複数のガイドベーンまたはガイドスロットを含む。本実施形態は、下流側ロータブレード上の蒸気漏れ流の発生損失を低減することによって、漏れ流路を出る蒸気に対する旋回速度が回転機械の全体効率を高め、それにより関連する燃料コストの低減を容易にするというさらなる利点を含む。
上述した漏れ流れガイドベーンアセンブリおよび方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、装置の構成要素および/または方法のステップを、本明細書に記載した他の構成要素および/またはステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、例示的な実施形態を、多くの他の回転機械に関連して実施および利用することができる。
本開示の様々な実施形態の特定の特徴を、一部の図面上で示して他では示さない場合があるが、これは単に便宜上である。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および/または特許請求することができる。
本明細書は最良の形態を含む実施形態を開示するため、また、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が実施形態を実施することを可能にするための例を用いる。開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の例を含むことができる。このような他の例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
[実施態様1]
翼形部(44)と、
前記翼形部(44)の半径方向内側端部に結合された固定部(42)と、
前記固定部(42)に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)であって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)は内部に画定された複数の通路(203,305,403)を含み、前記複数の通路(203,305,403)は前記通路(203,305,403)を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている、漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)と
を備える、ブレード。
[実施態様2]
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、第1の端部(204,306,404)から反対側の自由な第2の端部(206,308,406)まで軸方向に延びる複数のガイドベーン(202,402)を備え、前記第1の端部(204,306,404)は前記固定部(42)の下流側端部(52)に結合されている、実施態様1に記載のブレード。
[実施態様3]
前記ガイドベーン(202,402)の各々が、前記固定部(42)の底面(54)から半径方向外向きに延びる第1の部分(208,316,408)と、前記第1の部分(208,316,408)に対して周方向に延びる第2の部分(210,318)とを含む、実施態様2に記載のブレード。
[実施態様4]
前記各ガイドベーン(202,402)のうちの少なくとも1つの前記第2の部分(210,318)が、前記ガイドベーン(202,402)の少なくとも1つの前記第1の部分(208,316,408)に対して所定の角度で周方向に延び、隣接するガイドベーン(202,402)の前記第1の部分(208,316,408)と半径方向に重なる、実施態様3に記載のブレード。
[実施態様5]
前記ガイドベーン(202,402)の各々が、溶接プロセス、ろう付けプロセス、および接合プロセスのうちの少なくとも1つによって前記固定部(42)に結合される、実施態様2に記載のブレード。
[実施態様6]
前記ガイドベーン(202,402)の各々が、付加製造プロセスおよび機械加工プロセスのうちの少なくとも1つを用いて前記固定部(42)と一体的に形成される、実施態様2に記載のブレード。
[実施態様7]
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、本体(302)を貫通して画定される複数の開口部を有する本体(302)を備え、前記複数の開口部は前記複数の通路(203,305,403)を画定する、実施態様1に記載のブレード。
[実施態様8]
前記複数の開口部が前記本体(302)を貫通して所定の半径方向角度で延びている、実施態様7に記載のブレード。
[実施態様9]
前記複数の開口部が、概ねハニカム形状の開口部のアレイを含む、実施態様8に記載のブレード。
[実施態様10]
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、第1の端部(204,306,404)から反対側の自由な第2の端部(206,308,406)まで実質的に半径方向に延びる複数のガイドベーン(202,402)を備え、前記第1の端部(204,306,404)は前記固定部(42)の底面(54)に結合されている、実施態様1に記載のブレード。
[実施態様11]
前記複数のガイドベーン(202,402)の各々が、軸方向中心軸線(32)に対して所定の角度で配置されている、実施態様10に記載のブレード。
[実施態様12]
ロータ(16)と、
前記ロータ(16)の周りを周方向に延びるブレードと
を備える回転機械(10)であって、前記ブレードは、
翼形部(44)と、
前記翼形部(44)の半径方向内側端部に結合され、固定部(42)と前記ロータ(16)との間の漏れ流路(48)を画定する固定部(42)と、
前記固定部(42)に結合され、前記漏れ流路(48)内に配置された漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)であって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)は内部に画定された複数の通路(203,305,403)を含み、前記複数の通路(203,305,403)は前記通路(203,305,403)を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている、漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)と
を含む、
回転機械(10)。
[実施態様13]
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、第1の端部(204,306,404)から反対側の自由な第2の端部(206,308,406)まで軸方向に延びる複数のガイドベーン(202,402)を備え、前記第1の端部(204,306,404)は前記固定部(42)の下流側端部(52)に結合されている、実施態様12に記載の回転機械(10)。
[実施態様14]
前記各ガイドベーン(202,402)が、前記固定部(42)の底面(54)から半径方向外向きに延びる第1の部分(208,316,408)と、前記第1の部分(208,316,408)に対して周方向に延びる第2の部分(210,318)とを含む、実施態様13に記載の回転機械(10)。
[実施態様15]
前記各ガイドベーン(202,402)のうちの少なくとも1つの前記第2の部分(210,318)が、前記ガイドベーン(202,402)の少なくとも1つの前記第1の部分(208,316,408)に対して所定の角度で周方向に延び、隣接するガイドベーン(202,402)の前記第1の部分(208,316,408)と半径方向に重なる、実施態様14に記載の回転機械(10)。
[実施態様16]
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、半径方向に対して所定の角度で本体(302)を貫通して確定される複数の開口部を有する本体(302)を備え、前記複数の開口部は前記複数の通路(203,305,403)を画定する、実施態様12に記載の回転機械(10)。
[実施態様17]
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、第1の端部(204,306,404)から反対側の自由な第2の端部(206,308,406)まで実質的に半径方向に延びる複数のガイドベーン(202,402)を備え、前記第1の端部(204,306,404)は前記固定部(42)の底面(54)に結合され、前記複数のガイドベーン(202,402)は前記回転機械(10)の軸方向中心軸線(32)に対して所定の角度で配置されている、実施態様12に記載の回転機械(10)。
[実施態様18]
回転機械(10)を組み立てる方法であって、前記方法は、
前記回転機械(10)のケーシング(22)のダイヤフラム(24)にブレードを結合するステップと、
ロータ(16)を前記ケーシング(22)に結合するステップであって、前記ロータ(16)は前記ブレードに隣接して下流側に配置された少なくとも1つのタービン段(12)を含む、ステップと、
前記ケーシング(22)内に、前記ケーシング(22)の入口と流体連通している主流路(46)を形成するステップと、
前記少なくとも1つのタービン段(12)に隣接する前記ブレードに漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)を結合するステップであって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)は、前記ロータ(16)と前記ブレードとの間に画定された漏れ流路(48)内に配置され、前記漏れ流路(48)を通過する作動流体内に旋回速度を誘起する、ステップと
を含む、方法。
[実施態様19]
前記ブレードアセンブリと前記少なくとも1つのタービン段(12)との間に軸方向ギャップを画定するステップをさらに含む、実施態様18に記載の回転機械(10)を組み立てる方法。
[実施態様20]
前記少なくとも1つのタービン段(12)に隣接する前記ブレードに前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)を結合する前記ステップが、複数のガイドベーン(202,402)を前記ブレードの固定部(42)に結合するステップを含み、前記複数のガイドベーン(202,402)は前記漏れ流路(48)内に延びている、実施態様18に記載の回転機械(10)を組み立てる方法。
10 回転機械
12 タービン段
14 下流側ロータブレード
16 ロータ
18 端部
22 ケーシング
24 ダイヤフラム
26 固定ブレード
28 HP蒸気入口
30 LP蒸気排出口
32 中心軸線
34 入口
36 翼形部
38 ルート部
40 高圧蒸気
42 固定部
44 固定ブレード翼形部
46 主流路
48 漏れ流路
50 シールアセンブリ
52 下流側端部
54 底面
56 ギャップ
58 後部
200 ガイドベーンアセンブリ
202 ガイドベーン
203 通路
204 第1の端部
206 第2の端部
208 第1の部分
210 第2の部分
300 ガイドベーンアセンブリ
302 本体
304 ガイドスロット
305 通路
306 第1の端部
308 第2の端部
310 外面
312 内面
314 半径方向
316 第1の部分
318 第2の部分
400 ガイドベーンアセンブリ
402 ガイドベーン
403 通路
404 第1の端部
406 第2の端部
408 第1の部分

Claims (10)

  1. 回転機械(10)用の固定ブレード(26)であって、前記固定ブレード(26)は、
    翼形部(44)と、
    前記翼形部(44)の半径方向内側端部に結合された固定部(42)と、
    前記固定部(42)に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)であって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)は内部に画定された複数の通路(203,305,403)を含み、前記複数の通路(203,305,403)は前記通路(203,305,403)を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている、漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)と
    を備える、固定ブレード(26)。
  2. 前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、第1の端部(204,306,404)から反対側の自由な第2の端部(206,308,406)まで軸方向に延びる複数のガイドベーン(202,402)を備え、前記第1の端部(204,306,404)は前記固定部(42)の下流側端部(52)に結合されている、請求項1に記載の固定ブレード(26)。
  3. 前記ガイドベーン(202,402)の各々が、前記固定部(42)の底面(54)から半径方向外向きに延びる第1の部分(208,316,408)と、前記第1の部分(208,316,408)に対して周方向に延びる第2の部分(210,318)とを含む、請求項2に記載の固定ブレード(26)。
  4. 前記各ガイドベーン(202,402)のうちの少なくとも1つの前記第2の部分(210,318)が、前記ガイドベーン(202,402)の少なくとも1つの前記第1の部分(208,316,408)に対して所定の角度で周方向に延び、隣接するガイドベーン(202,402)の前記第1の部分(208,316,408)と半径方向に重なる、請求項3に記載の固定ブレード(26)。
  5. 前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、本体(302)を貫通して画定される複数の開口部を有する本体(302)を備え、前記複数の開口部は前記複数の通路(203,305,403)を画定する、請求項1に記載の固定ブレード(26)。
  6. 前記複数の開口部が前記本体(302)を貫通して所定の半径方向角度で延びている、請求項5に記載の固定ブレード(26)。
  7. 前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)が、第1の端部(204,306,404)から反対側の自由な第2の端部(206,308,406)まで実質的に半径方向に延びる複数のガイドベーン(202,402)を備え、前記第1の端部(204,306,404)は前記固定部(42)の底面(54)に結合されている、請求項1に記載の固定ブレード(26)。
  8. 前記複数のガイドベーン(202,402)の各々が、軸方向中心軸線(32)に対して所定の角度で配置されている、請求項7に記載の固定ブレード(26)。
  9. 回転機械(10)を組み立てる方法であって、前記方法は、
    前記回転機械(10)のケーシング(22)のダイヤフラム(24)に固定ブレード(26)を結合するステップと、
    ロータ(16)を前記ケーシング(22)に結合するステップであって、前記ロータ(16)は前記固定ブレード(26)に隣接して下流側に配置された少なくとも1つのタービン段(12)を含む、ステップと、
    前記ケーシング(22)内に、前記ケーシング(22)の入口と流体連通している主流路(46)を形成するステップと、
    前記少なくとも1つのタービン段(12)に隣接する前記固定ブレード(26)に漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)を結合するステップであって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)は、前記ロータ(16)と前記固定ブレード(26)との間に画定された漏れ流路(48)内に配置され、前記漏れ流路(48)を通過する作動流体内に旋回速度を誘起する、ステップと
    を含む、方法。
  10. 前記少なくとも1つのタービン段(12)に隣接する前記固定ブレード(26)に前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ(200,300,400)を結合する前記ステップが、複数のガイドベーン(202,402)を前記固定ブレード(26)の固定部(42)に結合するステップを含み、前記複数のガイドベーン(202,402)は前記漏れ流路(48)内に延びている、請求項9に記載の回転機械(10)を組み立てる方法。
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