JP5698895B2 - タービン用の排気フードを組立てるための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、総括的にはタービンに関し、より具体的には、タービンで使用する排気フードに関する。

公知の蒸気タービンの低圧セクションは、タービンの最終段の下流に結合された排気フード／ディフューザを含む。排気フードは、蒸気の静圧を回復させるのを可能にし、また最終段から凝縮器に蒸気を案内する。具体的には、最終段からの蒸気は、排気フードを通して凝縮器に送られる。多くの場合、最終段から吐出された蒸気は、強い渦流及び大きな半径方向の流量勾配を有する。さらに、蒸気の一部分は、排気フードの下半分を通って凝縮器に直接流れ、また蒸気の残余部分は、排気フードの上半分を通って移動する。

一般的に、排気フードの上半分を通って流れる蒸気は、垂直上向き流れ方向から下向きの流れ方向に１８０°方向転換して凝縮器内に流入する。蒸気の流れ方向の変化は、フードの上半分内における蒸気ガイドの背後に強い渦流を発生させる可能性がある。渦流は、蒸気ガイドとフードの外壁との間の有効流れ面積を最小化する。従って、蒸気通路内での流れ損失が増大して、排気フードの上半分内における流れ拡散が減少するようになる。従って、公知の蒸気タービンフードは、タービンの性能を低下させるおそれがある。
米国特許第６，７９２，７５８号公報 米国特許第６，６３４，１７６号公報 米国特許第５，９５１，２４６号公報 米国特許第５，３４６，３６５号公報 米国特許第４，９６１，３１０号公報 米国特許第４，５１２，７１６号公報 米国特許第４，４５９，８０２号公報 米国特許第４，３９２，６１５号公報 米国特許第４，３０８，７１８号公報 米国特許第３，８５９，７８６号公報

１つの態様では、タービン用の排気フードを組立てる方法を提供する。本方法は、タービンのロータを実質的に囲む軸受コーンを設けるステップと、軸受コーンの半径方向外側にガイドを配置するステップとを含む。ガイド及び軸受コーンは、タービンから流体を送るように構成される。本方法はまた、ガイドからガイドキャップを延ばすステップを含む。ガイドキャップは、排気フード内における流体渦流の発生を防止するのを可能にするように配向される。

別の態様では、タービン用の排気フードを提供する。本排気フードは、タービンのロータを実質的に囲む軸受コーンと、軸受コーンの半径方向外側に配置されたガイドとを含む。ガイド及び軸受コーンは、タービンから流体を送るように構成される。本排気フードはまた、ガイドから延びるガイドキャップを含む。ガイドキャップは、排気フード内における流体渦流の発生を防止するのを可能にするように配向される。

さらに別の態様では、蒸気タービンを提供する。本タービンは、複数の段を有するロータを含む。本タービンはまた、複数の段の最終段から蒸気を送るように構成された排気フードを含む。排気フードは、ロータを実質的に囲む軸受コーンと、軸受コーンの半径方向外側に配置されたガイドとを含む。ガイドキャップが、ガイドから延びる。ガイドキャップは、排気フード内における流体渦流の発生を防止するのを可能にするように配向される。

本発明は、蒸気タービン用の排気フードを提供する。排気フードは、タービンから凝縮器に蒸気を送るように構成される。この例示的な実施形態では、排気フードは、該排気フード内でガイドから延びるガイドキャップを含む。ガイドキャップは、排気フード内における蒸気渦流の発生を防止するのを可能にし、またガイドと排気フードの外壁との間の有効蒸気流れ面積を最大にするのを可能にする。１つの実施形態では、ガイドキャップは、ガイドの後面から延びて、該後面に沿った蒸気流の量を減少させるのを可能にする。

本発明は、蒸気タービンで使用することができる排気フードに関して説明しているが、本発明が蒸気タービンでの使用のみに限定されないことを当業者は理解する筈であることに注目されたい。むしろ、本発明は、流体を送るあらゆるシステムにおいて使用することができる。さらに、本明細書では、簡単にするために排気フードに関してのみ本発明を説明している。しかしながら、当業者には解るように、本発明は、排気フードでの使用に限定されるものではなく、むしろ本発明はまた、流体を送るあらゆる装置で使用することができる。

図１は、例示的な対向流蒸気タービン１０の概略図である。タービン１０は、第１及び第２の低圧（ＬＰ）セクション１２及び１４を含む。当技術分野では公知なように、各タービンセクション１２及び１４は、複数のダイアフラムの段（図１には図示せず）を含む。ロータシャフト１６が、セクション１２及び１４を貫通して延びる。各ＬＰセクション１２及び１４は、ノズル１８及び２０を含む。単一の外側シェル又はケーシング２２は、水平面に沿ってそれぞれ上半分及び下半分セクション２４及び２６に分割され、また軸方向にＬＰセクション１２及び１４の両方にわたって延びる。シェル２２の中央セクション２８は、低圧蒸気入口３０を含む。外側シェル又はケーシング２２内で、ＬＰセクション１２及び１４は、ジャーナル軸受３２及び３４によって支持された単一の軸受スパンとして構成される。流れスプリッタ４０が、第１及び第２のタービンセクション１２及び１４間で延びる。

図１は対向流低圧タービンを示しているが、当業者には分かるように、本発明は、低圧タービンで使用することのみに限定されるものではなく、それに限定されないが中圧（ＩＰ）タービン及び／又は高圧（ＨＰ）タービンを含むあらゆる対向流タービンで使用することができることに注目されたい。加えて、本発明は、対向流タービンで使用することのみに限定されるものではなく、むしろ例えば単流蒸気タービンでも同様に使用することができる。

運転時に、低圧蒸気入口３０は、それに限定されないがＨＰタービン又はＩＰタービンのような供給源からクロスオーバ管（図示せず）を通して低圧／中間温度蒸気５０を受ける。蒸気５０は、入口３０を通して送られ、この入口３０内で、流れスプリッタ４０が蒸気流を２つの正反対の流れ経路５２及び５４に分流する。より具体的には、この例示的な実施形態では、蒸気５０は、ＬＰセクション１２及び１４を通って送られ、それらのセクション内で仕事が蒸気から抽出されてロータシャフト１６を回転させる。蒸気は、ＬＰセクション１２及び１４から流出し、例えば凝縮器に送られる。

図２は、低圧タービンセクション１２で使用することができる例示的な排気フード１００の断面斜視図である。図２は、低圧タービンセクション１２で使用している排気フード１００を示しているが、当業者には分かるように、排気フード１００はまた、低圧タービンセクション１４でも使用することができる。図３は、低圧タービンセクション１２の一部分に結合された排気フード１００の概略図である。具体的には、排気フード１００は、低圧タービンセクション１２の最終段１０２に隣接して結合される。

この例示的な実施形態では、排気フード１００は、軸受コーン１０４と、ガイド１０６と、外壁１０８とを含む。軸受コーン１０４は、低圧タービンセクション１２のロータシャフト１６を実質的に囲み、またガイド１０６は、軸受コーン１０４の半径方向外側に配置される。より具体的には、ガイド１０６は、低圧タービンセクション１２のケーシング１１２に結合される。別の実施形態では、ガイド１０６は、低圧タービンセクション１２のいずれかの部分に結合される。さらに別の実施形態では、ガイド１０６は、フード１００の一部分に結合される。この例示的な実施形態では、ガイド１０６及び軸受コーン１０４は、低圧タービンセクション１２から排気フード１００の排気ダクト１１４を通して該排気フード１００と流体連通状態で結合された凝縮器（図示せず）に蒸気を送る。外壁１０８は、排気フード１００を囲み、該排気フード１００からの蒸気の望ましくない漏洩を防止するのを可能にする。

この例示的な実施形態では、ガイド１０６の端縁部１１８からガイドキャップ１１６が延びる。別の実施形態では、ガイドキャップ１１６は、ガイド１０６のいずれかの部分から延びる。１つの実施形態では、ガイドキャップ１１６は、部分的に端縁部１１８に沿って延びる。より具体的には、排気フード１００は、上半分１２０と下半分１２２とを含み、１つの実施形態では、ガイドキャップ１１６は、上半分１２０の端縁部１１８に沿って延びる。別の実施形態では、ガイドキャップ１１６は、端縁部１１８のいずれかの部分に沿って延びる。例えば、１つの実施形態では、ガイドキャップ１１６は、上半分１２０の端縁部１１８に沿って延びかつ排気フード１００の両側で下半分１２２内に約３０°延びる。さらに別の実施形態では、ガイドキャップ１１６は、端縁部１１８全体に沿って延びる。この例示的な実施形態では、ガイドキャップ１１６は、端縁部１１８から低圧タービンセクション１２に向って延びる。ガイド１０６は、前面１２４及び反対側の後面１２６を含み、この例示的な実施形態では、ガイドキャップ１１６は、後面１２６から低圧タービンセクション１２に向って延びる。従って、この例示的な実施形態では、ガイドキャップ１１６は、ほぼ弓形である。しかしながら、別の実施形態では、ガイドキャップ１１６は、排気フード１００が本明細書に記載したように機能することを可能にするあらゆる形状を有することができる。

運転時に、ガイドキャップ１１６は、蒸気ガイド１０６の背後における渦流の形成を抑制するのを可能にする。従って、排気フードガイド１０６及び外壁１０８間における蒸気の流れの拡散が改善される。拡散の改善は、それによって排気フード１００内における静圧回復を改善し、かつ排気フード１００とタービンの最終段との接合部における均一な圧力勾配を改善する。

図４は、排気フードを通る蒸気の流れ２００の概略図である。具体的には、図４Ａは、ガイドキャップ１１６（図２に示す）を備えていない排気フードを通る蒸気の流れ２００の概略図である。図４Bは、ガイドキャップ１１６を備えた排気フード１００を通る蒸気の流れ２００の概略図である。図４Ｂに示すように、ガイドキャップ１１６は、ガイド１０６の背後における付随的な蒸気の流れ２０２を制限するのを可能にし、またこの付随的な蒸気の流れ２０２が蒸気の流れ２００と混合するのを防止するのを可能にする。蒸気流２００及び２０２の混合を防止することにより、ガイド１０６と外壁１０８との間に形成される有効流れ面積Ａ１を増大させることが可能になる。その結果、ガイド１０６と外壁１０８との間における流れの拡散の改善が可能になって、排気フード１００内における静圧回復が改善されるようになる。さらに、排気フード１００の上半分１２０内における拡散の改善により、排気フード１００と低圧タービンセクション１２の最終段１０２との接合部における一層均一な圧力勾配の発生が可能になり、従って低圧タービンセクション１２の性能を改善することが可能になる。

１つの実施形態では、本発明は、排気フード１００内における静圧回復を改善するのを可能し、それによって低圧タービン１２の熱消費率又は出力を改善する。この例示的な実施形態では、ガイドキャップ１１６を備えた排気フード１００の組立ては、ガイドキャップ１１６を備えていない排気フード１００の組立コストと比べて、比較的小さなコスト増加で行われる。しかしながら、ガイドキャップ１１６の取付けは、タービン効率を増大させると同時に低圧タービンセクション１２の運転及び／又は保守に関連するコストを低減するのを可能にする。

１つの実施形態では、タービン用の排気フードを組立てる方法を提供する。本方法は、タービンのロータを実質的に囲む軸受コーンを設けるステップと、軸受コーンの半径方向外側にガイドを配置するステップとを含む。ガイド及び軸受コーンは、タービンから流体を送るように構成される。本方法はまた、ガイドからガイドキャップを延ばすステップを含む。ガイドキャップは、排気フード内における流体渦流の発生を防止するのを可能にするように配向される。この例示的な実施形態では、排気フードは、タービンから凝縮器に蒸気を送るように構成される。

この例示的な実施形態では、本方法は、ガイドから弓形のガイドキャップを延ばすステップを含む。１つの実施形態では、ガイドキャップは、排気フードの上半分内でガイドに沿って延びる。別の実施形態では、ガイドキャップはガイドからタービンに向って延びる。

さらに、この例示的な実施形態では、本方法は、ガイドと排気フードの外壁との間の有効流体流れ面積を増大させるのを可能にするようにガイドキャップを配向するステップを含む。別の実施形態では、本方法は、ガイドの後面に沿った流体流の量を減少させるのを可能にするように該ガイドの後面からガイドキャップを延ばすステップを含む。

上記のシステム及び方法は、排気フードガイドと排気フードの外壁との間における蒸気の流れの拡散を改善するのを可能にする。従って、排気フード内における静圧回復が改善され、また排気フードとタービンの最終段との接合部における均一な圧力勾配が可能になる。従って、タービンの性能が増大すると同時に、タービンの運転及び／又は保守に関連するコストが低減される。

本明細書で使用する場合に、単数を表す数詞の付いた表現又は数詞のない表現で記載した要素又はステップは、特にそうでないことを断わらない限り、複数のそのような要素又はステップを排除するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」という表現は、それらにもまた記載の特徴部を組み込んだ付加的な実施形態の存在を排除すると解釈されることを意図するものではない。

以上、排気フードを組立てるためのシステム及び方法の例示的な実施形態を詳細に説明している。これらの例示したシステム及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本システムの構成要素は、本明細書に記載したその他の構成要素とは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本方法において記載したステップは、本明細書に記載したその他のステップとは独立してかつ別個に利用することができる。

様々な具体的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。

例示的な対向流蒸気タービンの概略図。 図１に示す低圧タービンセクションで使用することができる例示的な排気フードの断面斜視図。 図１に示す低圧タービンセクションに隣接して結合された、図２に示す排気フードの概略図。 排気フードを通る蒸気の流れの概略図である図４を図４Ｂと共に構成する、ガイドキャップを備えていない排気フードを通る蒸気の流れの概略図。 排気フードを通る蒸気の流れの概略図である図４を図４Ａと共に構成する、図２に示す排気フードを通る蒸気の流れの概略図。

符号の説明

１０ タービン
１２ 低圧タービンセクション
１４ 低圧タービンセクション
１６ ロータシャフト
１８ ノズル
２０ ノズル
２２ 外側シェル又はケーシング
２４ 上半分セクション
２６ 下半分セクション
２８ 中央セクション
３０ 低圧蒸気入口
３２ ジャーナル軸受
３４ ジャーナル軸受
４０ 流れスプリッタ
５０ 蒸気
５２ 流れ経路
５４ 流れ経路
１００ 排気フード
１０２ 最終段
１０４ 軸受コーン
１０６ ガイド
１０８ 外壁
１１２ ケーシング
１１４ 排気ダクト
１１６ ガイドキャップ
１１８ 端縁部
１２０ 上半分
１２２ 下半分
１２４ 前面
１２６ 反対側の後面
２００ 蒸気流
２０２ 蒸気流

Claims (8)

1. 複数の段を含むタービン（１０）で使用するための排気フード（１００）であって、該排気フード（１００）が、上半分（１２０）と下半分（１２２）とを含んでいるとともに、
   前記タービンのロータを実質的に囲む軸受コーン（１０４）と、
   前記軸受コーンの半径方向外側に配置されかつ該軸受コーンと共に前記タービンから流体を送るように構成されたガイド（１０６）と、
   該排気フードの上半分（１２０）内で前記ガイドの端縁部（１１８）から鋭角に折り返して延びるガイドキャップ（１１６）であって、前記ガイドの後面（１２６）でタービン（１０）の軸方向上流に向かって延びる板からなっており、該排気フード内における流体渦流の発生を防止するガイドキャップ（１１６）と
   を含む、排気フード（１００）。
2. 前記ガイドキャップ（１１６）が、ほぼ弓形である、請求項１記載の排気フード（１００）。
3. 前記ガイドキャップ（１１６）が、前記ガイド（１０６）から前記タービン（１０）に向って延びる、請求項１又は請求項２に記載の排気フード（１００）。
4. 前記ガイドキャップ（１１６）が、前記ガイド（１０６）と該排気フード（１００）の外壁（１０８）との間の有効流体流れ面積を増大させるように構成される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の排気フード（１００）。
5. 前記ガイド（１０６）が、前面（１２４）及び後面（１２６）を含み、前記ガイドキャップ（１１６）が、前記後面から延びて該後面に沿った流体流の量を減少させるのを可能にする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の排気フード（１００）。
6. 該排気フードが、前記タービン（１０）から凝縮器に蒸気（５０）を送るように構成される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の排気フード（１００）。
7. 複数の段を含むロータ（１６）と、
   前記複数の段の最終段から蒸気（５０）を送るように構成された排気フード（１００）と
   を含む蒸気タービン（１０）であって、前記排気フードが、上半分（１２０）と下半分（１２２）とを含んでいるとともに、
   前記ロータを実質的に囲む軸受コーン（１０４）と、
   前記軸受コーンの半径方向外側に配置されたガイド（１０６）と、
   前記排気フードの上半分（１２０）内で前記ガイドの端縁部（１１８）から鋭角に折り返して延びるガイドキャップ（１１６）であって、前記ガイドの後面（１２６）でタービン（１０）の軸方向上流に向かって延びる板からなっており、該排気フード内における流体渦流の発生を防止するガイドキャップ（１１６）と
   を含んでいる、蒸気タービン（１０）。
8. 前記ガイドキャップ（１１６）が、ほぼ弓形である、請求項７記載の蒸気タービン（１０）。
   

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