JP2020506325A

JP2020506325A - Controlled flow runner for turbine

Info

Publication number: JP2020506325A
Application number: JP2019541265A
Authority: JP
Inventors: ハラー、ブライアン・ロバート
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: CN110268136A; KR102496125B1; KR20190107052A; WO2018144658A1; EP3358134B1; EP3358134A1; US20200232327A1; JP7106552B2

Abstract

本出願は、蒸気タービンで使用するための制御されたフローランナー（１３０）を提供する。制御されたフローランナー（１３０）の例には、先端、先端に隣接しており、上部幅（１３４）、中間幅（１３６）、および底部幅（１３８）を有し、中間幅（１３６）が上部幅（１３４）および底部幅（１３８）より小さいブレード（１３２）、およびブレード（１３２）に隣接するルートが含まれてもよい。【選択図】図４The present application provides a controlled flow runner (130) for use in a steam turbine. Examples of a controlled flow runner (130) include a tip, adjacent to the tip, having a top width (134), a middle width (136), and a bottom width (138), wherein the middle width (136) is A blade (132) smaller than the top width (134) and the bottom width (138) and a route adjacent to the blade (132) may be included. [Selection diagram] FIG.

Description

本出願および結果として得られる特許は、一般に、任意のタイプの軸流タービンに関し、より具体的には、蒸気タービン用の制御されたフローランナーに関する。 The present application and the resulting patent generally relate to any type of axial turbine, and more particularly to a controlled flow runner for a steam turbine.

一般的に説明すると、蒸気タービンなどは、蒸気入口、タービンセクション、および蒸気出口を含む所定の蒸気経路を有することができる。より高い圧力の領域からより低い圧力の領域へと蒸気経路から流れ出し、あるいは蒸気経路へと流れ込む蒸気の漏洩が、蒸気タービンの運転効率に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、回転シャフトと周囲を囲むタービンケーシングとの間の蒸気タービン内の蒸気経路の漏洩が、蒸気タービンの全体としての効率を低下させる可能性がある。 Generally described, a steam turbine or the like may have a predetermined steam path including a steam inlet, a turbine section, and a steam outlet. Leakage of steam flowing out of or into the steam path from higher pressure areas to lower pressure areas can adversely affect the operating efficiency of the steam turbine. For example, leakage of the steam path in the steam turbine between the rotating shaft and the surrounding turbine casing may reduce the overall efficiency of the steam turbine.

蒸気は一般に、概して直列に配置されたいくつかのタービン段を流れ、最初の段のガイドとブレード（またはノズルとバケット）を通過し、その後タービンの後段のガイドとブレードを通過する。このようにして、ガイドは蒸気をそれぞれのブレードに向け、ブレードを回転させ、発電機などの負荷を駆動させることができる。蒸気は、ブレードを囲む円周シュラウドによって封じ込めることができ、これはまた、蒸気または燃焼ガスを経路に沿って導くのに役立ち得る。このようにして、タービンガイド、ブレード、およびシュラウドは、蒸気に起因する高温にさらされる可能性があり、その結果、これらの構成要素にホットスポットが形成され、高い熱応力が生じる可能性がある。蒸気タービンの効率はその動作温度に依存するため、蒸気または高温ガス経路に沿って配置された構成要素には、故障や耐用年数の減少なしにますます高くなる温度に耐えることができるという継続的な要求がある。 Steam generally flows through several turbine stages, generally arranged in series, passing through guides and blades (or nozzles and buckets) in the first stage, and then through guides and blades in subsequent stages of the turbine. In this way, the guide can direct the steam to each blade, rotate the blades, and drive a load, such as a generator. The steam may be contained by a circumferential shroud surrounding the blade, which may also help direct the steam or combustion gases along the path. In this way, turbine guides, blades, and shrouds can be exposed to high temperatures due to steam, resulting in hot spots in these components and high thermal stresses. . Because the efficiency of a steam turbine depends on its operating temperature, the components located along the steam or hot gas path have the continual ability to withstand increasingly high temperatures without failure or reduced service life. Requests.

特定のタービンブレードは、翼形部形状で形成されてもよい。ブレードは、先端とルートに取り付けることができ、ルートは、ブレードをディスクまたはドラムに結合するために使用される。タービンブレードの形状と寸法により、特定のプロファイル損失、二次損失、漏れ損失、混合損失などが生じ、蒸気タービンの効率および／または性能に悪影響を及ぼす可能性がある。 Certain turbine blades may be formed in an airfoil shape. A blade can be attached to the tip and root, which is used to couple the blade to a disk or drum. The shape and size of the turbine blades can cause certain profile losses, secondary losses, leakage losses, mixing losses, etc., which can adversely affect the efficiency and / or performance of the steam turbine.

米国特許出願公開第２０１６／０２３７８３３号明細書US Patent Application Publication No. 2016/0237833

この出願および結果として得られる特許は、蒸気タービンで使用するための制御されたフローランナーを提供する。制御されたフローランナーの例には、先端シュラウドと、先端シュラウドに隣接しており、上部幅、中間幅、および底部幅を有し、中間幅が上部幅および底部幅より小さいブレードと、ブレードの下のルートアタッチメントとが含まれてもよい。 This application and the resulting patent provide a controlled flow runner for use in a steam turbine. Examples of controlled flow runners include a tip shroud, a blade adjacent to the tip shroud, having a top width, a middle width, and a bottom width, wherein the middle width is less than the top width and the bottom width; A lower route attachment may be included.

この出願および結果として得られる特許はさらに、蒸気タービンで制御されたフローランナーを使用する方法を提供する。この方法は、制御されたフローランナー用のルートを提供するステップ、制御されたフローランナー用のブレードをルートに結合するステップを含むことができ、ブレードは上部幅、中間幅、および底部幅を含むことができ、中間幅は上部幅および底部幅より小さく、そして方法は先端をブレードに結合するステップを含む。 This application and the resulting patent further provide a method of using a flow runner controlled by a steam turbine. The method may include providing a route for a controlled flow runner, coupling a blade for the controlled flow runner to the route, the blade including a top width, a middle width, and a bottom width. The intermediate width can be less than the top width and the bottom width, and the method includes coupling the tip to the blade.

この出願および結果として得られる特許は、制御されたフローランナーを備えた蒸気タービンをさらに提供する。蒸気タービンは、ディスク、内側ケーシングに取り付けられた第１の制御されたフローガイド、および第１の制御されたフローガイドに隣接するディスクに結合された第１の制御されたフローランナーを含むことができる。第１の制御されたフローランナーは、第１のブレードを含むことができる。第１のブレードは、ディスクから第１の半径方向距離にある上部幅、ディスクから第２の半径方向距離にある中間幅、およびディスクから第３の半径方向距離にある底部幅を有し得る。中間幅は、上部幅および底部幅より小さくてもよく、第２の半径方向距離は、第１の半径方向距離より大きく、第３の半径方向距離より小さくてもよい。 This application and the resulting patent further provide a steam turbine with a controlled flow runner. The steam turbine may include a disk, a first controlled flow guide mounted on the inner casing, and a first controlled flow runner coupled to the disk adjacent to the first controlled flow guide. it can. The first controlled flow runner can include a first blade. The first blade may have a top width at a first radial distance from the disk, a middle width at a second radial distance from the disk, and a bottom width at a third radial distance from the disk. The intermediate width may be less than the top width and the bottom width, and the second radial distance may be greater than the first radial distance and less than the third radial distance.

本出願および結果として得られる特許のこれらの特徴および改良ならびに他の特徴および改良が、以下の詳細な説明を、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて検討することによって、当業者にとって明らかになるであろう。 These and other features and improvements of the present application and the resulting patents will become apparent to those skilled in the art by reviewing the following detailed description, in conjunction with the several drawings and the appended claims. Will be clear to

蒸気タービンの概略図である。It is a schematic diagram of a steam turbine. 図１の蒸気タービンで使用できるタービンの一部の概略図であり、いくつかのタービン段を示している。FIG. 2 is a schematic view of a portion of a turbine that can be used in the steam turbine of FIG. 1, illustrating several turbine stages. 図２のタービンで使用できるタービンブレードの正面図である。FIG. 3 is a front view of a turbine blade that can be used in the turbine of FIG. 2. 本明細書に記載の制御されたフローランナーを備えた蒸気タービンの一部の断面側面図である。1 is a cross-sectional side view of a portion of a steam turbine with a controlled flow runner as described herein. 本明細書に記載の制御されたフローランナーの様々な斜視図および側面図を示す。FIG. 3 shows various perspective and side views of the controlled flow runner described herein. 本開示の一実施形態による、タービンの一部および背面偏向角の例示的な図を概略的に示す。1 schematically illustrates an example view of a portion of a turbine and a back deflection angle, according to one embodiment of the present disclosure.

ここで図面を参照すると、いくつかの図を通して類似の数字は類似の要素を指しており、図１は、蒸気タービン１０の一例の概略図を示している。一般的に説明すると、蒸気タービン１０は、高圧セクション１５および中圧セクション２０を含むことができる。他のセクションにおける他の圧力も、本明細書において使用可能である。外殻またはケーシング２５を、上半分３０および下半分３５へと軸方向に分割することができる。ケーシング２５の中央部４０は、高圧蒸気入口４５および中圧蒸気入口５０を含むことができる。ケーシング２５内で、高圧セクション１５および中圧セクション２０を、ロータまたはディスク５５を中心にして配置することができる。ディスク５５を、いくつかのベアリング６０によって支持することができる。蒸気シールユニット６５を、各々のベアリング６０の内側に配置することができる。環状のセクション仕切り７０を、中央部４０からディスクに向かって半径方向内側に延ばすことができる。仕切り７０は、いくつかのパッキンケーシング７５を含むことができる。他の構成要素および他の構成も使用可能である。 Referring now to the drawings, wherein like numerals refer to like elements throughout the several views, FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a steam turbine 10. Generally described, the steam turbine 10 may include a high pressure section 15 and a medium pressure section 20. Other pressures in other sections may be used herein. The shell or casing 25 can be split axially into an upper half 30 and a lower half 35. The central portion 40 of the casing 25 can include a high-pressure steam inlet 45 and a medium-pressure steam inlet 50. Within the casing 25, the high-pressure section 15 and the medium-pressure section 20 can be arranged about a rotor or disk 55. The disk 55 can be supported by several bearings 60. A steam seal unit 65 can be located inside each bearing 60. An annular section divider 70 can extend radially inward from the center 40 toward the disk. The partition 70 can include several packing casings 75. Other components and other configurations can be used.

動作時に、高圧蒸気入口４５は、蒸気源から高圧蒸気を受け取る。蒸気は、ディスク５５の回転によって蒸気から仕事が抽出されるように、高圧セクション１５を通って導かれる。蒸気を、高圧セクション１５を出た後に、再加熱のために蒸気源へと戻すことができる。次いで、再加熱後の蒸気を、中圧セクションの入口５０へと再び導くことができる。蒸気を、高圧セクション１５に進入する蒸気と比べて低い圧力および高圧セクション１５に進入する蒸気の温度にほぼ等しい温度で、中圧セクション２０へと戻すことができる。したがって、高圧セクション１５における動作圧力が中圧セクション２０における動作圧力よりも高くなる可能性があるため、高圧セクション１５内の蒸気が、高圧セクション１５と中圧セクション２０との間に生じ得る漏洩経路を通って、中圧セクション２０に向かって流れる傾向にある。そのような漏洩経路の１つは、ディスクシャフト５５の周囲でパッキンケーシング７５を通って延びる可能性がある。他の漏洩が、蒸気シールユニット６５および他の場所において生じる可能性がある。 In operation, high pressure steam inlet 45 receives high pressure steam from a steam source. The steam is directed through the high pressure section 15 so that work is extracted from the steam by rotation of the disk 55. After exiting the high pressure section 15, the steam can be returned to the steam source for reheating. The reheated steam can then be re-directed to the inlet 50 of the medium pressure section. The steam can be returned to the medium pressure section 20 at a lower pressure than the steam entering the high pressure section 15 and at a temperature approximately equal to the temperature of the steam entering the high pressure section 15. Thus, steam in the high pressure section 15 may cause a leakage path between the high pressure section 15 and the medium pressure section 20 because the operating pressure in the high pressure section 15 may be higher than the operating pressure in the medium pressure section 20. Through to the medium pressure section 20. One such leak path may extend through packing casing 75 around disk shaft 55. Other leaks can occur at the vapor seal unit 65 and elsewhere.

図２は、蒸気タービン１０の蒸気または高温ガス経路５４に配置されたいくつかの段５２を含む蒸気タービン１０の一部の概略図を示す。第１の段５６は、円周方向に間隔を置いた複数の第１の段ガイド５８と、円周方向に間隔を置いたいくつかの第１の段ブレード６０とを含むことができる。第１の段５６はまた、円周方向に延びて第１の段ブレード６０を囲む第１の段シュラウド６２を含むことができる。第１の段シュラウド６２は、環状配置で互いに隣接して配置されたいくつかのシュラウドセグメントを含むことができる。同様に、第２の段６４は、いくつかの第２の段ガイド６６、いくつかの第２の段ブレード６８、および第２の段ブレード６８を囲む第２の段シュラウド７０を含むことができる。任意の数の段と、対応するガイドとランナーとを含めることができる。他の実施形態は異なる構成を有してもよい。 FIG. 2 shows a schematic view of a portion of the steam turbine 10 including several stages 52 located in the steam or hot gas path 54 of the steam turbine 10 . First step 56 may include a plurality of circumferentially spaced first step guides 58 and a number of circumferentially spaced first step blades 60. The first step 56 may also include a first step shroud 62 that extends circumferentially and surrounds the first step blade 60. First stage shroud 62 may include a number of shroud segments arranged adjacent to one another in an annular arrangement. Similarly, the second stage 64 may include some second stage guides 66, some second stage blades 68, and a second stage shroud 70 surrounding the second stage blade 68. . Any number of steps and corresponding guides and runners can be included. Other embodiments may have different configurations.

図３は、タービン１０の段５２の１つで使用できるタービンバケット８０を示している。例えば、バケット８０は、タービン１０の第２の段６４または後段で使用することができる。一般的に説明すると、タービンバケット８０は、ブレード８２、ダブテールまたはルート８４、およびブレード８２とルート８４との間に配置されたプラットフォーム８６を含むことができる。上述のように、タービン１０の段５２内にいくつかのブレードまたはバケット８０を円周方向に配置することができる。このようにして、各バケット８０のブレード８２は、タービン１０の中心軸に対して半径方向に延びることができ、各バケット８０のプラットフォーム８６は、タービン１０の中心軸に対して円周方向に延びる。 FIG. 3 shows a turbine bucket 80 that can be used in one of the stages 52 of the turbine 10. For example, bucket 80 may be used in second stage 64 or downstream of turbine 10. Generally described, turbine bucket 80 may include blades 82, dovetail or root 84, and a platform 86 disposed between blades 82 and root 84. As described above, a number of blades or buckets 80 may be circumferentially disposed within the stage 52 of the turbine 10. In this manner, the blades 82 of each bucket 80 can extend radially with respect to the central axis of the turbine 10 and the platform 86 of each bucket 80 extends circumferentially with respect to the central axis of the turbine 10. .

ブレード８２は、ルート８４からバケット８０の先端端部９０の周りに配置された任意の先端シュラウド８８まで半径方向外向きに延びることができる。一部の実施形態では、先端シュラウド８８は、ブレード８２と一体的に形成されてもよい。ルート８４は、プラットフォーム８６からバケット８０のルート端部９２まで半径方向内向きに延びて、プラットフォーム８６が概してブレード８２とルート８４との間の界面を画定するようにしてもよい。示されるように、プラットフォーム８６は、その動作中にタービン１０の中心軸にほぼ平行に延びるように形成されてもよい。ルート８４は、バケット８０をタービン１０のタービンディスクまたはドラムに固定するように構成されたダブテールなどのルート構造を画定するように形成することができる。タービン１０の運転中、蒸気または燃焼ガス３５の流れは、蒸気または高温ガス経路５４に沿ってプラットフォーム８６上を移動し、プラットフォーム８６は、タービンディスクの外周とともに、蒸気または高温ガス経路５４の半径方向内側境界を形成する。したがって、蒸気または燃焼ガス３５の流れはバケット８０のブレード８２に向けられるので、ブレード８２の表面は非常に高い温度にさらされる。 The blades 82 can extend radially outward from the root 84 to any tip shroud 88 located around the tip end 90 of the bucket 80. In some embodiments, tip shroud 88 may be formed integrally with blade 82. The root 84 may extend radially inward from the platform 86 to a root end 92 of the bucket 80 such that the platform 86 generally defines an interface between the blade 82 and the root 84. As shown, platform 86 may be formed to extend substantially parallel to the central axis of turbine 10 during its operation. The root 84 may be formed to define a root structure such as a dovetail configured to secure the bucket 80 to a turbine disk or drum of the turbine 10. During operation of the turbine 10, a stream of steam or combustion gas 35 travels on a platform 86 along the steam or hot gas path 54, and the platform 86, along with the outer periphery of the turbine disk, extends radially of the steam or hot gas path 54 Form the inner boundary. Thus, the flow of steam or combustion gas 35 is directed to blades 82 of bucket 80, and the surfaces of blades 82 are exposed to very high temperatures.

図４および５を参照すると、本明細書に記載のガイドおよびランナーを備えた蒸気タービン１００が一実施形態に示されている。蒸気タービン１００は、第１の段用の第１の制御されたフローガイド１２０と、第１の段用の第１の制御されたフローランナー１３０とを含むことができる。第１の制御されたフローランナー１３０は、第１の制御されたフローガイド１２０に隣接して配置されてもよい。第１の制御されたフローガイド１２０および第１の制御されたフローランナー１３０は、ディスクまたはドラム１１０に結合され得る。蒸気タービンのガイドは制御されたフローガイドであってもよく、ランナーは制御されたフローランナーであってもよい。蒸気タービン１００は、第２の段用の第２の制御されたフローガイド１４０と、第２の段用の第２の制御されたフローランナー１５０とを含むことができる。第２の制御されたフローガイド１４０は制御されたフローガイドであってもよく、第２の制御されたフローランナー１５０は制御されたフローランナーであってもよい。任意の数の段および／または制御されたフローガイドおよび制御されたフローランナーを含めることができる。 Referring to FIGS. 4 and 5, an embodiment of a steam turbine 100 with the guides and runners described herein is shown. The steam turbine 100 can include a first controlled flow guide 120 for a first stage and a first controlled flow runner 130 for a first stage. First controlled flow runner 130 may be located adjacent to first controlled flow guide 120. First controlled flow guide 120 and first controlled flow runner 130 may be coupled to disc or drum 110. The guide of the steam turbine may be a controlled flow guide, and the runner may be a controlled flow runner. Steam turbine 100 may include a second controlled flow guide 140 for a second stage and a second controlled flow runner 150 for a second stage. Second controlled flow guide 140 may be a controlled flow guide, and second controlled flow runner 150 may be a controlled flow runner. Any number of stages and / or controlled flow guides and controlled flow runners can be included.

制御されたフローランナーのうちの１つ以上、具体的には、第１の制御されたフローランナー１３０および第２の制御されたフローランナー１５０は、先端、ブレード、およびルートを含み得る。ルートは、ランナーをディスク１１０に結合するように構成できる。ブレードは、ルートと先端との間に配置することができる。一部の実施形態では、先端シュラウドが先端に結合されてもよい。 One or more of the controlled flow runners, specifically, first controlled flow runner 130 and second controlled flow runner 150, may include tips, blades, and routes. The root can be configured to couple the runner to the disk 110. The blade can be located between the root and the tip. In some embodiments, a tip shroud may be coupled to the tip.

第１の制御されたフローランナー１３０のブレードは、湾曲構成１３２を有し得る。具体的には、第１の制御されたフローランナー１３０のブレードは、第１の制御されたフローランナー１３０の中央部の周りに減少した軸方向幅を有し得る。図４に示すように、第１の制御されたフローランナー１３０のブレードは、上部幅１３４、中間幅１３６、および底部幅１３８を含むことができる。幅は軸方向の幅であってもよい。上部幅１３４は、第１の制御されたフローランナー１３０の上部の軸方向幅であってもよい。上部幅１３４は、ディスク１１０から半径方向外側にある、第１の制御されたフローランナー１３０の一部、より具体的にはブレードの幅であってもよい。中間幅１３６は、第１の制御されたフローランナー１３０、または第１の制御されたフローランナー１３０のブレードの中央部の周りで決定または測定されるブレードの軸方向幅であってもよい。底部幅１３８は、ブレード、あるいはディスクまたはドラム１１０に隣接し得る底部における第１の制御されたフローランナー１３０の軸方向幅であってもよい。 The blades of the first controlled flow runner 130 may have a curved configuration 132. In particular, the blades of the first controlled flow runner 130 may have a reduced axial width around a central portion of the first controlled flow runner 130. As shown in FIG. 4, the blades of the first controlled flow runner 130 may include a top width 134, a middle width 136, and a bottom width 138. The width may be an axial width. Top width 134 may be the axial width of the top of first controlled flow runner 130. Top width 134 may be the width of a portion of first controlled flow runner 130, more specifically, the blade, radially outward from disk 110. The intermediate width 136 may be the axial width of the first controlled flow runner 130 or the blade determined or measured around the center of the blade of the first controlled flow runner 130. Bottom width 138 may be the axial width of first controlled flow runner 130 at the bottom, which may be adjacent to a blade or disk or drum 110.

第２の制御されたフローランナー１５０はまた、第２の制御されたフローランナー１５０またはタービンディスクのルートから測定された異なる距離で変化する軸方向幅を有してもよい。例えば、第２の制御されたフローランナー１５０は、上部軸方向幅１５２、中間軸方向幅１５４、および底部軸方向幅１５６を有することができる。底部軸方向幅１５６は、ディスク１１０から第１の半径方向距離１５８で測定される第２の制御されたフローランナー１５０の軸方向幅であってもよい。中間軸方向幅１５４は、ディスク１１０から第２の半径方向距離１６０で測定される第２の制御されたフローランナー１５０の軸方向幅であってもよい。第２の半径方向距離１６０は、第１の半径方向距離１５８より大きくてもよい。上部軸方向幅１５２は、ディスク１１０から第３の半径方向距離１６２で測定される第２の制御されたフローランナー１５０の軸方向幅であってもよい。第３の半径方向距離１６２は、第１の半径方向距離１５８および第２の半径方向距離１６０より大きくてもよい。第２の制御されたフローランナー１５０の中間軸方向幅１５４は、プロファイル損失を低減するために、上部軸方向幅１５２および底部軸方向幅１５６に対して低減され得る。図４に示すように、第２の制御されたフローランナー１５０は、第１の制御されたフローランナー１３０の高さよりも高い高さを有してもよい。 The second controlled flow runner 150 may also have an axial width that varies at different distances measured from the second controlled flow runner 150 or the root of the turbine disk. For example, the second controlled flow runner 150 can have a top axial width 152, a middle axial width 154, and a bottom axial width 156. Bottom axial width 156 may be the axial width of second controlled flow runner 150 measured at a first radial distance 158 from disk 110. The intermediate axial width 154 may be the axial width of the second controlled flow runner 150 measured at a second radial distance 160 from the disk 110. The second radial distance 160 may be greater than the first radial distance 158. The upper axial width 152 may be the axial width of the second controlled flow runner 150 measured at a third radial distance 162 from the disk 110. Third radial distance 162 may be greater than first radial distance 158 and second radial distance 160. The intermediate axial width 154 of the second controlled flow runner 150 may be reduced relative to the top axial width 152 and the bottom axial width 156 to reduce profile loss. As shown in FIG. 4, the second controlled flow runner 150 may have a height that is higher than the height of the first controlled flow runner 130.

一部の実施形態では、第１の制御されたフローランナー１３０および第２の制御されたフローランナー１５０などの蒸気タービン１００のランナーの１つ以上またはすべての中間幅は、それぞれの上部幅および底部幅より小さくてもよい。そのため、ランナーは湾曲構成になる場合がある。蒸気タービン１００のランナーの中間幅は、プロファイル損失を低減するように寸法決めすることができる。例えば、上部幅および／または底部幅よりも小さくなるように中間幅を寸法決めすることにより、蒸気タービン１００のプロファイル損失を低減することができる。一部の実施形態では、それぞれのランナーの底部幅は、上部幅より大きくてもよい。したがって、制御されたフローランナーは、ガイドウェイクを加速し、蒸気タービン１００の混合損失を低減するように構成されてもよい。一部の実施形態では、蒸気タービンは、それぞれのタービン段に対応する制御されたフローガイドおよび制御されたフローランナーのそれぞれの対を備えた複数の段を含むことができる。 In some embodiments, one or more or all intermediate widths of the runners of steam turbine 100, such as first controlled flow runner 130 and second controlled flow runner 150, have respective top and bottom widths. It may be smaller than the width. Therefore, the runner may have a curved configuration. The intermediate width of the runner of steam turbine 100 can be sized to reduce profile losses. For example, sizing the intermediate width to be smaller than the top width and / or bottom width can reduce profile losses of the steam turbine 100. In some embodiments, the bottom width of each runner may be greater than the top width. Accordingly, the controlled flow runner may be configured to accelerate the guide wake and reduce the mixing loss of the steam turbine 100. In some embodiments, a steam turbine can include multiple stages with respective pairs of controlled flow guides and controlled flow runners corresponding to each turbine stage.

図５では、本明細書に記載の制御されたフローランナーのブレード部分１６４が斜視図で示されている。ブレード部分１６４は、後縁に湾曲構成１６０を備えた翼形部形状１６２を有してもよい。ブレード部分１６４の底部１６６は、ブレード部分１６４の上部または中間部とは異なる重心を有してもよい。 In FIG. 5, a blade portion 164 of the controlled flow runner described herein is shown in a perspective view. The blade portion 164 may have an airfoil shape 162 with a curved configuration 160 at the trailing edge. The bottom 166 of the blade portion 164 may have a different center of gravity than the top or middle portion of the blade portion 164.

制御されたフローランナーは、先端、ブレード、およびルートが重心をずらして積み重ねられた湾曲スタック構成１６０を有してもよい。具体的には、ランナーの先端の第１の重心は、ブレードの第２の重心からずれていてもよい。ブレードの第２の重心は、ルートの第３の重心からずれていてもよい。ブレードの湾曲した後縁および／または開口／ピッチ分布は、ガスが制御されたフローランナーを通過するときに制御フロー渦分布を生成する場合がある。図５は、上面斜視図１７０、正面図１８０、および、ブレードの湾曲した中央部１９２を示す側面図１９０でブレードをさらに示している。 The controlled flow runner may have a curved stack configuration 160 in which the tips, blades, and roots are stacked off-center. Specifically, the first center of gravity at the tip of the runner may be offset from the second center of gravity of the blade. The second center of gravity of the blade may be offset from the third center of gravity of the root. The curved trailing edge and / or aperture / pitch distribution of the blade may create a controlled flow vortex distribution as the gas passes through the controlled flow runner. FIG. 5 further illustrates the blade in a top perspective view 170, a front view 180, and a side view 190 showing the curved central portion 192 of the blade.

図６は、タービン２００の一部の一例示的実施形態を概略的に示す。タービン２００は、互いに隣接して配置されて段を形成するいくつかのブレード２０２を含むことができる。場合によっては、ブレード２０２はタービン２００の最終段を形成することがある。本明細書では、任意の数のブレード２０２を使用して、タービン２００の任意の段を形成することができる。例えば、ブレード２０２は、最初の段、最後の段、またはそれらの間の任意の段を形成してもよい。ブレード２０２は、ディスクに取り付けられ、円周方向に互いに間隔を空けて配置されてもよい。ブレード２０２のそれぞれは、前縁２０８、後縁２１０、正圧面２１２、および負圧面２１４を含むことができる。通路２１６は、隣接するブレード２０２間に形成され得る。通路２１６は、スロート領域２１８を含むことができる。スロート領域２１８は、後縁２１０から隣接するブレード２０２の負圧面２１４までの最短距離である。ブレードの背面のそりが非常に大きい場合がある。一部の実施形態では、背面のそりは、約１０度、または約５度から約２５度の間など、閾値より大きくてもよい。 FIG. 6 schematically illustrates one exemplary embodiment of a portion of a turbine 200. Turbine 200 may include a number of blades 202 arranged adjacent to one another to form a stage. In some cases, blade 202 may form the last stage of turbine 200. As used herein, any number of blades 202 may be used to form any stage of the turbine 200. For example, the blade 202 may form a first step, a last step, or any step therebetween. The blades 202 may be mounted on the disk and circumferentially spaced from one another. Each of the blades 202 may include a leading edge 208, a trailing edge 210, a pressure surface 212, and a suction surface 214. Passages 216 may be formed between adjacent blades 202. Passageway 216 may include throat region 218. The throat area 218 is the shortest distance from the trailing edge 210 to the suction side 214 of the adjacent blade 202. The back sled of the blade may be very large. In some embodiments, the back sled may be greater than a threshold, such as about 10 degrees, or between about 5 degrees and about 25 degrees.

図６は、本明細書に記載の制御されたフローランナーと別のランナー（破線で示す）との間の平均断面の違いをさらに概略的に示している。形状の違いは、それぞれの負圧面２２０、２２２および正圧面２２８、２３０の位置の変化、ならびに前縁間の間隔２２６および後縁間の間隔２２４によって示される。 FIG. 6 further schematically illustrates the difference in average cross section between the controlled flow runner described herein and another runner (shown in dashed lines). The difference in shape is indicated by a change in the position of each suction surface 220, 222 and pressure surface 228, 230, as well as spacing 226 between the leading edges and spacing 224 between the trailing edges.

本明細書に記載の制御されたフローランナーと別のランナー（破線で示す）との間の先端部の違いも図６に示されている。示されるように、負圧面２４０、２４２、および２４６、２４８の配置の違い、ならびに間隔の違い（これは最小であり得る）は、強度の増加および損失の減少をもたらし得る。図６はさらに、δで表される背面のそりの例を示しており、これは、負圧面で向きを変える制御されていない流れを示し、スロートポイントでの負圧面の接線と、負圧面の後縁サークルブレンドポイントで引かれた接線との間の角度である。 The tip differences between the controlled flow runner described herein and another runner (shown in dashed lines) are also shown in FIG. As shown, differences in the placement of suction surfaces 240, 242 and 246, 248, as well as differences in spacing (which may be minimal) can result in increased strength and reduced loss. FIG. 6 further shows an example of a backside warpage represented by δ, which shows an uncontrolled flow turning at the suction side, the tangent of the suction side at the throat point and the suction side at the throat point. The angle between the tangent drawn at the trailing circle blend point.

本明細書に記載の制御されたフローランナーを使用する方法は、蒸気タービンの制御されたフローランナーのルートを提供するステップ、制御されたフローランナーのブレードをルートに結合するステップを含むことができ、ブレードは上部幅、中間幅、底部幅を有し、中間幅は上部幅および底部幅よりも小さい。この方法は、先端をブレードに結合するステップを含むことができる。 A method of using a controlled flow runner as described herein may include providing a route for a controlled flow runner of a steam turbine, coupling a blade of the controlled flow runner to the route. , The blade has a top width, a middle width, and a bottom width, the middle width being smaller than the top width and the bottom width. The method can include coupling the tip to the blade.

本明細書に記載の制御されたフローランナーの結果、蒸気タービンの段効率の向上は約０．２０％であってもよく、制御されたフローランナーにおけるプロファイル損失が低減され、二次損失が低減され、正入射が改善される。特定の実施形態を使用して、既存の蒸気タービンを改造することができる。特定の実施形態は、コストを維持しながら、一貫した機械的信頼性を備えた軽量ランナーを提供し得る。したがって、制御されたフローランナーは、蒸気タービンのコストや複雑さを増やすことなく、機械的信頼性を維持または改善しながら、段効率を向上させることができる。排出量が削減される場合がある。 As a result of the controlled flow runner described herein, the step efficiency improvement of the steam turbine may be about 0.20%, with reduced profile losses and reduced secondary losses in the controlled flow runner. And the normal incidence is improved. Certain embodiments can be used to retrofit existing steam turbines. Certain embodiments may provide a lightweight runner with consistent mechanical reliability while maintaining cost. Thus, a controlled flow runner can increase stage efficiency while maintaining or improving mechanical reliability without increasing the cost and complexity of the steam turbine. Emissions may be reduced.

上記は、本出願および結果として得られる特許の特定の実施形態のみに関するものであることは明らかである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定められる本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において数多くの変更および修正を行うことが可能である。 Obviously, the above relates only to certain embodiments of the present application and the resulting patent. Those skilled in the art can make numerous changes and modifications herein without departing from the general spirit and scope of the invention as defined by the following claims and equivalents thereof. .

１０蒸気タービン
１５高圧セクション
２０中圧セクション
２５ケーシング
３０上半分
３５下半分、燃焼ガス
４０中央部
４５高圧蒸気入口
５０中圧蒸気入口、中圧セクションの入口
５２段
５４高温ガス経路
５５ディスク、ディスクシャフト
５６第１の段
５８第１の段ガイド
６０ベアリング、第１の段ブレード
６２第１の段シュラウド
６４第２の段
６５蒸気シールユニット
６６第２の段ガイド
６８第２の段ブレード
７０セクション仕切り、第２の段シュラウド
７５パッキンケーシング
８０タービンバケット
８２ブレード
８４ルート
８６プラットフォーム
８８先端シュラウド
９０先端端部
９２ルート端部
１００蒸気タービン
１１０ディスクまたはドラム
１２０第１の制御されたフローガイド
１３０第１の制御されたフローランナー
１３２湾曲構成
１３４上部幅
１３６中間幅
１３８底部幅
１４０第２の制御されたフローガイド
１５０第２の制御されたフローランナー
１５２上部軸方向幅
１５４中間軸方向幅
１５６底部軸方向幅
１５８第１の半径方向距離
１６０第２の半径方向距離、湾曲スタック構成
１６２第３の半径方向距離、翼形部形状
１６４ブレード部分
１６６底部
１７０上面斜視図
１８０正面図
１９０側面図
１９２中央部
２００タービン
２０２ブレード
２０８前縁
２１０後縁
２１２正圧面
２１４負圧面
２１６通路
２１８スロート領域
２２０負圧面
２２２負圧面
２２４間隔
２２６間隔
２２８正圧面
２３０正圧面
２４０負圧面
２４２負圧面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Steam turbine 15 High pressure section 20 Medium pressure section 25 Casing 30 Upper half 35 Lower half, combustion gas 40 Central part 45 High pressure steam inlet 50 Medium pressure steam inlet, medium pressure section inlet 52 Step 54 Hot gas path 55 Disk, disk shaft 56 first stage 58 first stage guide 60 bearing, first stage blade 62 first stage shroud 64 second stage 65 steam seal unit 66 second stage guide 68 second stage blade 70 section partition, Second stage shroud 75 Packing casing 80 Turbine bucket 82 Blade 84 Root 86 Platform 88 Tip shroud 90 Tip end 92 Root end 100 Steam turbine 110 Disk or drum 120 First controlled flow guide 130 First controlled Flora Knurl 132 curved configuration 134 top width 136 middle width 138 bottom width 140 second controlled flow guide 150 second controlled flow runner 152 top axial width 154 middle axial width 156 bottom axial width 158 first Radial distance 160 Second radial distance, curved stack configuration 162 Third radial distance, airfoil shape 164 Blade portion 166 Bottom 170 Top perspective view 180 Front view 190 Side view 192 Central section 200 Turbine 202 Blade 208 Front Edge 210 Trailing edge 212 Pressure surface 214 Suction surface 216 Passage 218 Throat area 220 Suction surface 222 Suction surface 224 Interval 226 Interval 228 Suction surface 230 Suction surface 240 Suction surface 242 Suction surface

Claims

A controlled flow runner (130, 150) for use in a steam turbine (10, 100),
tip,
Adjacent to the tip, having a top width (134), a middle width (136), and a bottom width (138), wherein the middle width (136) is the top width (134) and the bottom width (138). A smaller blade (82) and a route (84) adjacent said blade (82)
A controlled flow runner (130, 150).

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the blade (82) includes a curved stack configuration (132).

The controlled flow runner (130, 150) of any preceding claim, wherein a first center of gravity of the blade (82) is offset from a second center of gravity of the root (84).

The controlled flow runner (130, 150) of claim 3, wherein the first center of gravity is offset from a third center of gravity of the tip.

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the trailing edge (210) of the blade (82) includes a curved configuration (132).

The controlled flow runner (130, 150) of claim 5, wherein the aperture / pitch distribution of the blade (82) creates a controlled flow vortex distribution.

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the bottom width (138) is greater than the top width (134).

The controlled flow runner (130, 150) of any of the preceding claims, wherein a backside sledge of the blade (82) is greater than a threshold.

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, further comprising a tip shroud (88) coupled to the tip, wherein the upper width (134) is adjacent to the tip shroud (88).

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the intermediate width (136) is an axial width.

The controlled flow runner (130, 150) of any preceding claim, wherein the intermediate width (136) is sized to reduce profile loss.

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the root (84) is coupled to a disk (110) and the bottom width (138) is adjacent to the root (84).

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the blade (82) is positioned adjacent to a controlled flow guide (120, 140).

The controlled flow runner (130, 150) of claim 1, wherein the controlled flow runner (130, 150) is configured to accelerate a guide wake and reduce mixing losses.