JP3913982B2 - スチームタービン - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ノズル、さらに詳しくは、スチームタービンに使用される可逆ノズルに関する。
【０００２】
２．従来技術の簡単な説明
ノズルは様々な用途で使用され、その一つはスチームタービンに於けるスチームの案内である。スチームタービンは、高圧スチーム又はガスをタービンブレードに向けるためにノズルを利用している。たとえば、タービンノズルは、米国特許１，７５０，６５２号、４，０６６，３８１号、４，０９７，１８８号、５，２５９，７２７号及び５，３９２，５１３号に記載されている。高圧ガスは、高速でノズルから放出され、ブレードに当たり、そのブレードを回転させる。ノズルは、通常、二つの方法で取り付けられる。その内の一つでは、複数のノズルを一つのノズルプレート又はリングに組み付け、これをタービンにボルト止めする。別の方法はタービンケーシングを穿孔して、そこにノズルを位置決めして溶接する。
【０００３】
時々、取り付けられたノズルは摩耗するので、取り外して交換しなければならない。更に、タービンの設計に依存して、そのタービンブレードを時計回り方向又は反時計回り方向に回転させるために向きの異なるノズルが使用される。もしも回転方向を変えなければならないのであれば、ノズルを取り外して再度位置合せする必要がある。これらはすべて時間と手間のかかる作業であり、ノズルが溶接固定されている場合には特にそうである。
【０００４】
従って、本発明の課題は、溶接することなく、取り付け、取り外し、又は反転が可能なノズルを提供することにある。
【０００５】
発明の要旨
本発明は、一般に、流体放出ベースに取り外し可能に取り付けられた可逆ノズルに関し、各ノズルはノズルチューブとノズル本体とを備える。各ノズルチューブは、流体入口と、流体出口と、これら流体入口と流体出口とを接続するノズル通路とを形成している。各ノズル本体は、対応するノズルチューブの第１端部に接続され、各ノズル本体は、内部空洞と複数のファスナ受け入れスロットとを形成している。前記ノズルチューブはノズル軸心に沿って延びており、このノズル軸心は、ノズル本体軸心と交差し、これら両軸心間にはノズル角が形成される。
【０００６】
作動時、ノズル本体とこれに対応するノズルチューブとは、好ましくは、ノズルチューブが流体放出ベースから突出離間する状態でこの流体放出ベースの近傍に位置する。流体放出ベースから出る流体は、前記ノズル本体空洞に受け入れられ、ノズルチューブの流体入口に入り、このノズルチューブによって形成された前記ノズル通路を通過し、ノズルチューブの前記流体出口から出る。
【０００７】
各ノズルチューブは、流体を複数の方向に案内することができる。一般に、各ノズルチューブの流体出口から出る流体の方向が第１方向から第２方向に反転されるには、各ノズル本体と対応するノズルチューブとを流体放出ベースに取り外し可能に接続しているファスナを取り外し、ノズル本体を流体放出ベースに対して回転させることにより各ノズルチューブの流体出口を第１方向から第２方向に反転させ、各ノズル本体に形成されているファスナ受け入れスロットを流体放出ベースに形成されているファスナ受け入れ孔に合せ、ノズル本体に形成されているファスナ受け入れスロットと流体放出ベースに形成されているファスナ受け入れ孔とに通してファスナを再び取り付ける。メンテナンス又は交換のためのノズルの取り外しも同様であるが、但し、この場合には、ファスナを取り外し、古いノズルを取り外した後、新しいノズルを上述したように取り付けることになる。
【０００８】
本発明のこれら及びその他の利点は、添付の図面を参照して「好適実施例の詳細説明」から明らかになるであろう。これら図面を通して類似の部材は類似の参照番号によって示されている。
【０００９】
好適実施例の詳細な説明
図１は、本発明に依って形成されたノズル１０を図示している。このノズル１０は、一般に、ノズルチューブ１２とノズル本体１６とを有し、好ましくは、ステンレス鋼等の金属製である。
【００１０】
図２に示されているように、前記ノズルチューブ１２は、第１端部１７と、流体出口１５と、これら第１端部１７と流体出口１５とを接続するノズル通路１４とを形成している。図１に示したノズルチューブ１２は、非円筒形状であって、これによって、このノズル１０を比較的高い流体速度が望まれる用途に於いて使用可能としている。この非円筒形状に依り、通過する流体をそらせ（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）、これによって、流体速度が増加する。但し、このノズルチューブ１２の形状はいかなるものであってもよい。
【００１１】
前記ノズル本体１６は、ノズルチューブ１２の前記第１端部１７に接続されている。ノズル本体１６は、内部空洞１９を形成するとともに、複数のファスナ受け入れスロット１８，１８ａを形成しており、その内の少なくとも一つのファスナ受け入れスロット１８ａは、長手形状を有している。スロット１８は、円形状であって、ファスナ３４を受け入れるように構成されている。前記スロット１８ａは、幾分楕円形状であって、これも同じ径のファスナ３４を受け入れるように構成されている。好ましくは、前記長手スロット１８ａの長さＬは、前記スロット１８の直径Ｄに等しいその幅Ｄの約２倍である。この長手スロット１８ａによって、後述するように、たった三つのスロット１８，１８ａによってノズル１０を二つの方向に向きを変えることが可能である。図１に示すノズル１０に於いて、三つのファスナ受け入れスロット１８，１８ａは、ノズル本体１６を、時計回り方向と反時計回り方向との両方用として、図４に示す半割りタービンケーシング２２等の流体放出ベースに対して正しく位置決め可能とするために、適当に離間配置されている。前記ノズル本体１６は、更にリップ２１を形成している。
【００１２】
引き続き図１を参照すると、前記ノズルチューブ１２は、ノズル軸心２０に沿って延びており、ノズル本体軸心Ｘと交差して角度αを形成している。図２に於いて、前記ノズル軸心２０は、ノズルチューブ１２の中心を長手方向に通っている。図１及び３に於いては、図２に示したものと同じノズル軸心２０が、明瞭性の為に、ノズルチューブ１２の外面に引かれている。しかしながら、図１−３に図示されている角度αは、それぞれ、この実施例に於いて同一である。
【００１３】
図３は、本発明に依る第２実施例のノズル１０’を図示している。このノズル１０’は、図１−２に図示したノズル１０と外観は類似しているが、この第２実施例のノズル１０’は、より低い流体速度用途に於いて有用な円筒形状であり、更に、このノズル１０’に於いて前記ファスナ受け入れスロット１８’，１８ａ’の配置は類似しているが、そのファスナ受け入れスロット１８’，１８ａ’はノズル本体１２’に対して陥入しており、これによって、図４に示すファスナ３４の頭部がノズル本体１６’の上面の下方に位置して、ファスナ３４が取り付けられた時にノズル１０’の全体寸法を増加させないように構成されている。
【００１４】
図４−５は、スチームエンドケーシング２２の半割り部分等の、流体放出ベースを図示しており、これは下流側のタービンケーシングに接続するためのファスナ３４を受け入れるための外側フランジ２４を備えている。前記半割りタービンケーシング２２は、その内の一つのみが図示されている複数のノズル１０を受け入れるように加工形成された内リング２６を有する。この内リング２６は、複数のノズル受け入れ凹部２７と複数のネジファスナ受け入れ孔２８とを形成している。前記ファスナ受け入れ孔２８は、ノズル本体１６に形成された各ファスナ受け入れスロット１８，１８ａと位置合せされるように構成されている。
【００１５】
前記内リング２６には、複数の通路３０とリップ受け入れ凹部３２が形成されている。ノズル１０は、ノズル本体１６に形成されたファスナ受け入れ孔２８が各ファスナ受け入れスロット１８，１８ａと位置合せされた状態で、各ノズル受け入れ凹部２７内に受け入れられるように構成されている。前記リップ２１は、前記リップ受け入れ凹部３２内に受け入れられて流体シールを提供する。通路３０は、水蒸気等の流体が、半割りタービンケーシング２２を出て、流体入口１９を介してノズルチューブ１２の第１端部１７に入る通路を提供する。１／４−２０ボルト等のファスナ３４が、ノズル１０を半割りタービンケーシング２２に対して固定及びシールするために、各ファスナ受け入れ孔２８とファスナ受け入れスロット１８を貫通する。この構成に於いて、すべてのノズルチューブ１２が、図４に示したものに類似の第１方向に合せられており、流体入口１９に入ってノズル出口１５から出る流体は、矢印によって示す反時計回り方向等の第１方向に向けられる。特定のタービンに使用されるノズル１０の数は作動パラメータに応じて異なり、したがって、前記ノズル１０のいくつかには通路１４が無くてもよい。これらのノズル１０はブランクとして知られている。
【００１６】
図５は図４に類似しているが、但しここでは、各ノズル１０は、半割りタービンケーシング２２に対して適当な角度回動しており、流体は、矢印によって示すように、時計回り方向等の、第２方向でノズル１０に流入する。図５に図示されているすべての部材は、図４の部材と同じ参照番号を有する。
【００１７】
次に、半割りタービンケーシング２２や圧力容器等に接続された可逆ノズル１０からの流体流の方向を反転させる方法について説明する。これらの工程は各実施例共通であるので、ノズル１０のみを説明する。
【００１８】
第１の工程は、ノズル１０を半割りタービンケーシング２２に取り外し可能に接続しているファスナ３４の取り外し工程である。次の工程は、ノズル本体１６を半割りタービンケーシング２２に対して回転させることによって、各ノズルチューブ１２の流体出口１５を第１方向から第２方向に反転させる工程である。その次の工程は、ノズル本体１６に形成されたファスナ受け入れスロット１８，１８ａを半割りタービンケーシング２２に形成されたファスナ受け入れ孔２８に位置合せする工程である。最後の工程は、ファスナ３４を、ノズル本体１６に形成されたファスナ受け入れスロット１８，１８ａと半割りタービンケーシング２２に形成されたファスナ受け入れ孔２８とに通して再度取り付ける工程である。
【００１９】
本発明に依れば、流体放出ベースに対するノズル１０，１０’の向きを変えることによって、同じノズル１０，１０’が、水、スチーム、又はガス等の流体を複数の方向に案内することが可能となる。タービン用途に於いて、本発明に依れば、ノズル１０，１０’を半割りタービンケーシング２２に溶接する必要が無くなり、又、流体を異なる方向に案内するために異なるノズル１０，１０’を使用する必要も無くなる。更に、本発明に依れば、溶接されたノズル１０，１０’の為に半割りタービンケーシング２２を加工することにより摩耗したノズル１０，１０’を取り外す必要性もなくなる。本発明に依れば、適当なファスナ３４を取り外し、ノズル１０，１０’を半割りタービンケーシング２２に固定することによって、修繕又は方向変更のためにノズル１０，１０’を迅速に取り外すことが可能である。更に、前記ノズルチューブ１２，１２’は、特定のタービン運転条件のためにノズル１０，１０’の効率を最適化するべく複数の集束／分岐通路１４を備えたものとすることができる。最後に、本発明に依れば、様々な向きの異なるノズル１０，１０’を在庫しておく必要も無くなる。
【００２０】
以上、本発明を好適実施例を参照して説明した。上記詳細説明を参照し理解することによって、他者にとって様々な改造及び改変が容易に想到されるであろう。従って、本発明は、それらが添付のクレームの範囲又はそれらの均等物に含まれる限りに於いて、それらすべての改造及び改変を含むものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に依って形成された可逆ノズルの第１実施例の上方斜視図
【図２】図１に示した可逆ノズルの断面斜視図
【図３】本発明に依って形成された可逆ノズルの第２実施例の上方斜視図
【図４】ノズルを第１方向に向けた状態における、図１に示したノズルとタービンケーシングの一部との分解図
【図５】ノズルを第２方向に向けた状態における、図１に示したノズルとタービンケーシングとの分解図

Claims (9)

1. タービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、以下を有する、
   前記ノズル受け入れ凹部の近傍に位置する複数の通路と複数のファスナ受け入れ孔とを形成した圧力容器、
   第１端部と、流体出口と、前記流体入口と前記流体出口とを接続するノズル通路とを形成したノズルチューブ、そして
   前記ノズルチューブの前記第１端部に接続されたノズル本体、前記ノズル本体は内部空洞を形成するとともに、複数のファスナ受け入れスロットを形成し、前記ノズルチューブはノズル軸心に沿って延びており、ノズル角を形成しながらノズル本体軸心に交差している、
   前記ノズルチューブの前記流体出口から出る流体の方向が、前記ノズル本体を前記圧力容器に対して回動させることにより、前記タービンブレードの回転方向を反時計回りとする第１方向から時計回りとする第２方向に反転される、
   前記圧力容器は複数のノズルを受け、前記ファスナ受け入れ孔は対応する前記ノズル本体のファスナ受け入れスロットと位置合せされ、前記ファスナは、前記ノズルを前記圧力容器に固定するために、前記各ファスナ受け入れ孔とファスナ受け入れスロットとを貫通する。
2. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記ノズル本体と前記ノズルチューブとはステンレス鋼製である。
3. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記ノズル本体は、更に、前記内部空洞に位置するリップを形成し、このリップは、前記圧力容器の対応するリップ受け凹部に位置する。
4. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記ファスナ受け入れスロットは、前記ノズル本体に対して陥入している。
5. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、一つのファスナ受け入れスロットは長手形状である。
6. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記圧力容器はタービンケーシングである。
7. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記スチームタービンは、スチームが、前記圧力容器の前記通路から出て、更に、対応する前記ノズルチューブの対応する前記流体出口から出ることを許容するように構成されている。
8. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記圧力容器は、複数のノズル受け入れ凹部を形成し、前記可逆ノズルは、前記ノズル受け入れ凹部内に取り付けられる。
9. 請求項１のタービンブレードを回転させるためのスチームタービンであって、前記ノズル本体は、二つの円形状ファスナ受け入れスロットと、一つの長手形状ファスナ受け入れスロットとを形成している。

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