JP5647817B2

JP5647817B2 - 成形・補強下方排出フード側壁

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Publication number: JP5647817B2
Application number: JP2010119978A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・アール・プレドモア; エドワード・ジェイ・シャロウ; クマール・ナヴジョト
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: JP2010276024A; US20100303619A1; EP2256306A2; RU2010121239A; US8221053B2; EP2256306B1; EP2256306A3

Description

本発明は、総括的には蒸気タービンに関し、より具体的には、蒸気タービン用の下方排出フードに関する。

蒸気タービン低圧セクションの外側シェルは一般に、排出フードと呼ばれる。排出フードの主な機能は、内側シェルの最終段バケットからの蒸気を最小の圧力損失で復水器に向けることである。通常、排出フードの下半分は、内側ケーシングを支持し、かつロータのための支持構造体として作用する。上方排出フードは通常、蒸気をフードの下半分に案内するカバーである。大型の複流低圧蒸気タービン用のフードは、大きな寸法及び重量のものであり、かつ通常は現場においてのみ組立てられる。多くの蒸気タービンでは、蒸気タービンの内側ケース、例えば複流下向き排出ユニットは、垂直方向に分割されかつタービンの対向する側面及び端部に沿って延びる包囲排出フードを有する。この大型の箱状構造体は、タービンの低圧セクション全体を収容する。タービンからの排出蒸気出口は、ほぼ円錐形状にされ、蒸気排出は、ほぼ軸方向に延びる流れ方向から該軸方向流れ方向に対して９０°の流れ方向に向け直される。この９０°の流れ方向は、あらゆる平面内において、下向き方向、上向き方向又は横向き方向とすることができる。従って、従来の蒸気タービン用の排出フードは、蒸気流を直角に方向転換させかつ拡散させる大型の直線状構造体を円錐形セクションの出口端部に構成する。

上半分から垂直方向に分割された排出フードの下半分は、蒸気の排出流を通常は排出フードのほぼ下方に設置された復水器に導く。下方排出フードは一般にタービンの内側ケーシング並びにダイアフラムなどの付随蒸気通路部品を支持する。下方排出フードにはさらに、外部の大気圧と内部のほぼ真空状態との間の外的圧力勾配によって荷重が加わる。下方排出フードシェルは一般に炭素鋼プレートで組立てられた構造体よりなる。下方排出フードのための一般的な側壁は、平坦でありかつ垂直方向に配向される。真空荷重下における側壁の内向き撓みに対する抵抗性を与えるために、下方排出フードは伝統的に、内部横（方向）及び縦（方向）プレート並びにストラットを備えている。これらの内部横及び縦プレート並びにストラットは、タービンケーシングのほぼ下方に位置しかつ側壁まで延びるウエブを形成する。垂直な側壁は、内側ケーシングの下方に停滞流領域を生じさせる。平坦な壁を有するフードは、流れプレートを必要とする。流れプレートは、内側ケーシングと排出フードとの間の水平方向接合部しぼり域を通過した後における排出蒸気の急速な膨張を防止するために使用される。

内部フード補強材及び流れプレートは、コストがかかる。さらに、側壁として使用する厚壁のプレートもまた、コストがかかる。排出フードを補強（補剛）するための従来の試みは、内部補強（補剛）材（パイプ、ストラット、プレート）と壁厚さとの様々な組合せに集中している。

図１は、排出フードを備えた低圧タービン１００の一般的な構成を示している。排出フード１０は、水平方向接合部２２において組合された上方排出フード１５及び下方排出フード２０を含む。内側ケーシング２５は、下方排出フード２０上の複数の支持パッド３０において支持される。これらのパッドからの荷重を低圧タービンのための基礎（図２）に分散させるために、横（方向）プレート３５、ビーム３７及びストラット４０の形態をした様々な支持構造体が、設けられている。これらの横プレート３５は、側壁４５及び端部壁５０の吸込み作用（変形）を回避し、かつ内側ケーシング２５に加わる荷重によってフードに加えられる荷重を分散させる。下方排出フード２０はさらに、タービンロータ（図示せず）のためのシャフトシール（図示せず）及び端部軸受（図示せず）のための支持部位５５を構成することができる。下方排出フード２０は、外部基礎（図２）上に載置することができる支持レッジ７５を備えたフレーム構造７０を含むことができる。

側壁４５及び端部壁５０は、溶接又はその他の公知の結合方法によって継目において接合された平坦な金属プレート６０（図１）で構成することができる。構成及び機能が類似しているので、側壁及び端部壁の両方は、以後「側壁」と呼ぶことにする。基礎は、開口部を備えたコンクリートで構成することができ、この開口部は、垂直壁を含み、かつその垂直方向側壁を備えた下方排出フードをその中に収容するような寸法にされる。

図２は、平坦な側壁と絞られた蒸気流路とを示す、一般的な蒸気タービン用の排出フードの軸方向図を示している。上方排出フード１５内の排出蒸気流６５は、下方排出フード２０の底部にある復水器開口部８５に向けて蒸気を下向きに運ぶ矩形シュート領域９５に到達する前に、フード１０と内側ケーシング２５との間の水平方向接合部絞り域８０を通過しなくてはならない。復水器開口部８５は、水平方向接合部絞り域８０よりも遙かに大きく、その結果、内側ケーシング２５の下方に停滞域９７が生じる。水平方向接合部絞り域８０の下流における無制御な膨張を回避するために、流れプレート９８が付加される。内向きに作用する圧力勾配に起因したシュート領域９５の撓みを制御するために、横支持プレート３５により、内部補強を行なう。

この問題は、これ迄、フード全体にわたって横補強プレートを設置することによって対処されてきた。これまで行なわれてきた方法は、過度な撓みを防止するような材料を付加することによってフードを十分な剛性のあるものにすることであった。問題は、フードの側壁及び端部壁の撓みを制御するために、フードの内部に横材及び補強材を必要とすることである。これらの横材及びストラットの存在は、フードの複雑さを増し、フードの重量を増大させ、また蒸気流阻害状態を発生させて空気力学的性能損失を生じさせる。

米国特許第６９７１８４２号明細書

従って、コスト及び複雑さを低減しかつ流れ分布を改善する別のフード構造体を提供することが望ましいことになる。

本発明は、蒸気タービン用の下方排出フードの補強を行なうための構成及び方法に関する。補強は、下方排出フード側壁の壁プレート上の補強屈曲部、補強湾曲部及び外部補強ビームによって行なうことができる。

簡潔に言えば、本発明の１つの態様によると、蒸気タービン排出フードを提供する。本蒸気タービン排出フードは、水平方向接合部において上方排出フードセクションと接合された下方排出フードを含む。シュートセクションが、下方排出フード内に設けられる。シュートセクションの対向する側壁は、水平方向接合部の下方に内向きテーパ部を含む。対向する側壁は、補強手段を含む。

本発明の別の態様によると、蒸気タービン排出フードの下方排出フードの側壁を補強する方法を提供する。本方法は、下方フードの水平方向接合部より下方のシュートセクションにおいて側壁を内向きテーパさせるステップと、対向する側壁上に補強手段を設けるステップとを含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。

排出フードを備えた低圧タービンの一般的な構成を示す図。平坦な側壁と制限された蒸気流路とを示す、一般的な蒸気タービン用の排出フードの軸方向図。補強屈曲部を備えた内向きテーパ側壁を組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フードの実施形態の軸方向図。補強湾曲部を備えた内向きテーパ側壁を下方排出フードに組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フードの実施形態の軸方向図。外部補強ビームを備えた内向きテーパ側壁を下方排出フードに組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フードの実施形態の軸方向図。補強屈曲部、補強湾曲部及び外部補強ビームの組合せを備えた内向きテーパ側壁を下方排出フードに組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フードの実施形態の軸方向図。

本発明の以下の実施形態は、下方排出フードの側壁の補強と下方排出フードのシュート領域内における流れ分布との両方を改善することを含む多くの利点を有する。側壁補強の改善は、該側壁内で屈曲部、湾曲部及び外部支持ビームを単独で又は組合せて使用することによって達成される。流れ分布は、側壁を内向きに（非垂直方向に）配向して排出流を内側ケーシングの下方に導いて、これまでの停滞領域を利用することによって改善される。

本発明では、大きな広がりの平坦な側壁を補強するための手段を提供する。補強手段は、対向する側壁内に屈曲部、湾曲部及びビームのいずれかの組合せを含み、それによってプレート及びパイプストラットのような内部補強材の必要性を低減させるか又は排除することができる。側壁補強の改善により、側壁のためのより薄いプレートを検討することができる。さらに、側壁は、排出蒸気流を中心部に向けて押し進めるように内向きに配向されて、内側ケーシングの下方における停滞領域の利用を高め、それによって内部流れプレートの必要性を減少させるか又は排除する。

側壁内における屈曲部、湾曲部及びビームのあらゆる組合せにより、内部補強材及び厚壁の必要性を減少させるか又は排除して、フードのコストを低減することができる。内部補強材を除去することはまた、流れ阻害を減少させて、空気力学的性能を向上させる。側壁は、シュート内における蒸気の膨張を良好に処理するように配向されて、それによっても空気力学的性能を向上させる。内側ケーシングの下方における停滞領域をより良好に利用するようにシュート内で流れをより良好に処理することにより、コストのかかる流れプレートの必要性が減少する。加えて、そのように流れをより良好に処理することは、より小さな復水器開口部を可能にして、プラントコスト全体を低減する。

後に続く図３〜図６は、下方排出フードの大きな広がりの側壁が、屈曲部、湾曲部及び外部補強ビームのいずれかの組合せによって補強されて、プレート及びパイプストラットのような内部補強材の必要性を減少させるか又は排除することを示している。側壁補強の改善により、一層薄いプレートを検討することができる。図３〜図６はさらに、本発明による側壁の実施形態が、排出蒸気流を中心部に向けて押し進めるように内向きに配向されて、内側ケーシングの下方における停滞領域の利用を高め、それによって内部流れプレートの必要性を減少させるか又は排除することを示している。図２〜図６内の同様な部分は、共通の参照符号で表している。

図３は、補強屈曲部を備えた内向きテーパ側壁を組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フード１０５の実施形態の軸方向図を示している。本発明による構成では、下方排出フード２０のシュート領域９５における側壁１１０は、該側壁１１０が支持レッジ７５から延びるにつれて排出フードの中心部に向けて内向きにテーパしている。側壁１１０の内向きテーパは、該側壁と基礎９０との間に空間１１５を形成する。側壁のプレート６１の軸方向長さに沿って、１つ又はそれ以上の補強屈曲部１２０を設けることができる。プレート６１の補強屈曲部１２０は、公知の手段によって形成することができる。側壁１１０のプレート６１の補強屈曲部１２０は、外側大気と下方排出フード２０内の真空との間の差圧による変形に対するプレートの抵抗性を補強することになる。補強屈曲部１２０は、内部横補強材の必要性を減少させるか又は排除して、流れプレートの減少又は排除により下方領域１５０の利用を改善することができる。

図４は、補強湾曲部を備えた内向きテーパ側壁を下方排出フードに組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フード１０５の実施形態の軸方向図を示している。本発明による構成では、下方排出フード２０のシュート領域９５における側壁１１０は、該側壁１１０が支持レッジ７５から延びるにつれて排出フードの中心部に向けて内向きにテーパしている。側壁１１０の内向きテーパは、該側壁と基礎９０との間に空間１１５を形成する。側壁のプレートの長さに沿って軸方向に、補強湾曲部１３０を設けることができる。湾曲部は、単純又は複合とすることができる。プレート６１の補強湾曲部１３０は、公知の手段によって形成することができる。側壁１１０のプレート６１の湾曲部は、外側大気と下方排出フード内の真空との間の差圧による変形に対するプレートの抵抗性を補強することになる。補強湾曲部１３０は、内部横補強材の必要性を減少させるか又は排除して、流れプレートの減少又は排除により下方領域１５０の利用を改善することができる。

図５は、外部補強ビームを備えた内向きテーパ側壁を下方排出フードに組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フード１０５の実施形態の軸方向図を示している。本発明による構成では、下方排出フード２０のシュート領域９５における側壁１１０は、該側壁１１０が支持レッジ７５から延びるにつれて排出フード１０５の中心部に向けて内向きにテーパしている。側壁１１０の内向きテーパは、該側壁と基礎９０との間に空間１１５を形成する。側壁のプレート６１の長さに沿って軸方向に、１つ又はそれ以上の外部補強ビーム１４０を設けることができる。ビームは、公知の形状のものとすることができ、また公知の手段によって側壁のプレートの外部に取付けることができる。側壁上の外部補強ビーム１４０は、外側大気と下方排出フード内の真空との間の差圧による変形に対するプレートの抵抗性を補強することになる。外部補強ビーム１４０は、内部横補強材の必要性を減少させるか又は排除して、流れプレートの減少又は排除により下方領域１５０の利用を改善することができる。

図６は、補強屈曲部１２０、補強湾曲部１３０及び外部補強ビーム１４０の組合せを備えた内向きテーパ側壁１１０を下方排出フード２０に組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フード１０５の実施形態の軸方向図を示している。

本発明の別の態様では、蒸気タービン排出フードの下方排出フードの側壁を補強する方法を提供する。本方法は、下方フードの水平方向接合部より下方のシュートセクションにおいて側壁を内向きテーパさせるステップと、対向する側壁上に補強手段を設けるステップとを含む。本方法の１つの実施形態はさらに、内部横補強材の使用を減少させるか又は排除する少なくとも１つの補強屈曲部を内向きテーパ側壁上に形成するステップを含むことができる。本方法の第２の実施形態は、内部横補強材の必要性を減少させるか又は排除する少なくとも１つの補強湾曲部を内向きテーパ側壁上に形成するステップを含むことができる。側壁の湾曲部をこのように設ける方法は、単純湾曲部又は複合湾曲部を設けるステップを含むことができる。側壁を補強する方法の第３の実施形態は、内部横補強材の使用を減少させるか又は排除する１つ又はそれ以上の外部補強ビームを側壁に沿って軸方向に取付けるステップを含むことができる。

側壁を補強するさらに別の実施形態では、内向きテーパ側壁上に少なくとも１つの補強屈曲部を形成するステップ、内向きテーパ側壁上に１つ又はそれ以上の補強湾曲部を形成するステップ、及び内向きテーパ側壁の外面上に１つ又はそれ以上の外部補強ビームを取付けるステップのうちの１つ又はそれ以上の組合せを採用することができる。この場合に、補強屈曲部を形成するステップ、補強湾曲部を形成するステップ、及び外部補強ビームを取付けるステップの組合せは、内部横補強材を減少させるか又は排除するようになっている。

本明細書では、様々な実施形態について説明しているが、要素の様々な組合せ、それらの変形或いは改良を行なうことができ、またそれらが本発明の技術的範囲内にあることは、本明細書から分かるであろう。

１０排出フード
１５上方排出フード
２０下方排出フード
２２水平方向接合部
２５内側ケーシング
３０支持パッド
３５横支持プレート
３７ビーム
４０ストラット
４５側壁
５０端部壁
５５支持部位
６０プレート
６１プレート
６５排出蒸気流
７０フレーム構造
７５支持レッジ
８０水平方向接合部絞り域
８５復水器開口部
９０基礎
９５シュート領域
９７停滞域
１００蒸気タービン
１０５蒸気タービン排出フード
１１０側壁
１１５空間
１２０補強屈曲部
１３０補強湾曲部
１４０補強ビーム
１５０下方領域

Claims

上方排出フード（１５）と、
水平方向接合部（２２）において前記上方排出フード（１５）と接合され、外部基礎により支持される支持レッジ（７５）を備えた下方排出フード（２０）と、
前記上方排出フード（１５）と前記下方排出フード（２０）により形成される蒸気タービン排出フード（１０５）内に配置される内側ケーシング（２５）と、
前記内側ケーシング（２５）と前記下方排出フード（２０）との間に配置されたシュートセクション（９５）であって、前記下方排出フード（２０）が、前記シュートセクション（９５）に沿って配置されかつ前記支持レッジ（７５）の下方で内向きにテーパした対向する側壁（１１０）を有している、前記シュートセクション（９５）と、
前記対向する側壁（１１０）を補強するための手段（１２０、１３０、１４０）と
を備え、
前記対向する側壁（１１０）が、前記シュートセクション（９５）を流れる排出蒸気流を中心部に向けて押し進め、前記内側ケーシングの下方における停滞領域の利用を高める、蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）を補強するための手段が、内部横補強材を減少させること及び排除することの少なくとも１つを行なう複数の補強屈曲部（１２０）を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）を補強するための手段が、内部横補強材を減少させること及び排除することの少なくとも１つを行なう少なくとも１つの補強湾曲部（１３０）を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）の少なくとも１つの補強湾曲部（１３０）が、単純湾曲部を含む、請求項３記載の蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）の少なくとも１つの補強湾曲部（１３０）が、複合湾曲部を含む、請求項３記載の蒸気タービン（１００）。
前記下方排出フード（２０）が、復水器開口部（８５）において復水器と接合され、
前記対向する側壁（１１０）が、外部気圧による荷重を受け、
前記対向する側壁（１１０）が、前記支持レッジ（７５）よりも下方の位置で、内向きにテーパし、さらにその下方で外向きに広がっている、請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）が、内部横補強材を減少させること及び排除することの少なくとも１つを行なう少なくとも１つの補強屈曲部（１２０）及び少なくとも１つの外部補強ビーム（１４０）を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）を補強するための手段が、内部横補強材を減少させること及び排除することの少なくとも１つを行なう少なくとも１つの補強湾曲部（１３０）及び少なくとも１つの外部補強ビーム（１４０）を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸気タービン（１００）。
前記下方排出フード（２０）のフレーム構造（７０）の前記支持レッジ（７５）が外部基礎（９０）上に載置され、
前記内側ケーシング（２５）が前記下方排出フード（２０）上の複数の支持パッド（３０）により支持される、
請求項１乃至８のいずれかに記載の蒸気タービン（１００）。
前記対向する側壁（１１０）を補強するための手段が、内部横補強材を減少させること及び排除することの少なくとも１つを行なう少なくとも１つの補強屈曲部（１２０）、少なくとも１つの補強湾曲部（１３０）及び少なくとも１つの外部補強ビーム（１４０）を含む、請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸気タービン（１００）。