JP5956077B2 - ローターおよびハウジングを備えた流体力学的機械 - Google Patents

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Description

本発明は、回転可能にマウントされかつローターブレードを備えたローターと、このローターの周りに配置されたケーシングとを備えたターボ機械、特に蒸気タービンに関し、ケーシングは、ガイドベーンと、ローターをマウントするための第１のベアリングおよび第２のベアリングとを備える。
相対的に長いターボ機械は、電力の共同供給源において採用されるデバイスの一つである。そうしたターボ機械の一例は、主として、ローターおよびローターの周りに配置されたケーシングを有する蒸気タービンである。この例では、ローターは、数メートルとなることがありかつ数トンの重量を持つことがあるコンポーネントである。概して、ローターは、二つのベアリング上に回転可能にマウントされ、運転中、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚあるいはそれ以上の比較的高い回転速度に達することがある。そうした高い回転周波数は、ローターの重量および長さと一緒に、安全な運転が可能であるように正確な製造を必要とする。そうしたローターの最大長さは、タービンセクションスプールの剛性が制限されるという事実によって制限され、ローター動的特性との関連で延長することができない。さらに、ローターの最大長さは、ベアリング場所のポジションならびにベアリングケーシングが支持される様式に強く依存する。
公知のターボ機械において、現在のタービンセクションスプールはシャフト端にマウントされる。このために、ベアリングは、頻繁に蒸気スペース内に配置される必要がある。さらに、そうしたベアリングは、ベアリングケーシングが、ベース上で支持されたディフューザーとストラットを介して接続されるように設計される必要がある。このタイプの構造はまた、スターベアリングと呼ばれる。
本発明の目的は、ローター動的特性に関して改善されたターボ機械を提供することである。
この目的は、請求項１に記載のターボ機械によって達成される。
本発明によれば、剛性に関して、最適なベアリングポジションは、均等に荷重が作用するシャフトの場合に、Besselポイントと呼ばれる箇所に存在することが判明した。このBesselポイントは、計算の結果、シャフト端からシャフト長さの約２２％に位置する。本発明は、したがって、ローター動的特性が基本的に改善されるように少なくとも一つのベアリングを変位させることを提案する。このために、ベアリングが、流れ方向に見たとき、ガイドベーンステージの上流に配置されることが提案される。したがってベアリングがローターの端部に別個のコンポーネントとして配置されないことが、むしろ、それがターボ機械のブレード経路内に統合されることが提案される。このために、ベアリングがローターブレードステージの上流に配置されることがまず提案される。とりわけ、本発明は、ベアリングケーシングが、今後、付加的なベアリングサポートを伴わずにガイドベーンステージによって支持できるという利点を提供する。
有利な改良は従属請求項に開示されている。
したがって、最後のローターブレードステージの上流に第２のベアリングを配置することが提案される。これは、ベアリングが最後のローターブレードステージの上流に配置されるようにベアリングが流れダクト内に配置されることを意味する。
さらに有利な実施形態では、ベアリングケーシングは、ガイドベーンとして形成されたベアリングサポート上に配置される。これは、ベアリングサポートが熱力学的機能、特にガイドベーンの熱力学的機能を満たすことを意味する。これは、それがガイドベーンステージによって予め決定された流体力学的プロファイルに従うようにベアリングサポートが形成されることを意味する。流路内に変位させられたベアリングは、ベアリングサポートがまたガイドベーンとして形成されるので、したがってまた、ローター動的特性に加えて、熱力学的特性を満たすことができる。
ディフューザーは、好ましくは、最後のローターブレードステージの下流に配置される。今後、ディフューザーは、有利なことには、もはや、流路内に分裂的ベアリングサポートを持たず、したがって、より目標とする様式で圧力リカバリーを実現できる。
有利なことに、ガイドベーンとして形成されたベアリングサポートは、エネルギーおよび信号を交換するためのデバイスを有するように設計される。
本発明は、ガイドベーンステージに統合されたベアリングが、今後、僅かな軸方向設置スペースしか必要とせず、しかも復水器に関してより小さな分離を可能とするという点をもたらす。ベアリングはガイドベーンステージによって支持されるので、ベアリングサポート（これは材料および製造コストにつながるであろうし、しかも復水器への排出流れを妨害するであろう）は必要とされない。さらに、タービンセクションスプールの剛性は実質的に増大し、著しく改善されたローター動的特性をもたらす。これは、さらに効率を改善するために、半径方向クリアランスの低減を可能とし得る。
さらに、本発明は、より大きな排出流断面を実現でき、かつ、より長いブレード経路を使用できるという利点をもたらす。
例示的実施形態を参照して本発明について、さらに詳しく説明する。
蒸気タービンの断面図である。
図１は、蒸気タービン１として設計されたターボ機械の実施形態を示している。この蒸気タービン１は、主として、それが回転軸線２の周りで回転できるようにマウントされたローター３を備えるが、このローターには、第１のローターブレードステージ５、第２のローターブレードステージ６、そして第３のローターブレードステージ７がローター表面４上に配置される。蒸気タービン１は、さらに、回転可能にマウントされたローター３の周りに配置されたケーシング（詳しくは図示していない）を備える。第１のガイドベーンステージ８、第２のガイドベーンステージ９、そして第３のガイドベーンステージ１０がケーシング上に配置される。
流路１１は、第１のローターブレードステージ５、第２のローターブレードステージ６、そして第３のローターブレードステージ７と、第１のガイドベーンステージ８、第２のガイドベーンステージ９、そして第３のガイドベーンステージ１０との間に形成されるが、この流路を経て運転中に蒸気が流れる。ローター３は、第１のベアリング１３および第２のベアリング１４によって、ベース１２上にマウントされる。第１のベアリング１３は、ローター３の第１の端部１５に配置される。第２のベアリング１４は、第２の端部１６に配置される。
このコンテクストにおいて、第２のベアリング１４は、第３のローターブレードステージ７、すなわち最後のローターブレードステージの上流で流路１１内に配置される。ベアリングは、第２のベアリング１４の周りに配置されたベアリングケーシング１７を備える。ガイドベーンとして形成されたベアリングサポート１９はベアリングケーシング上に配置される。ガイドベーンとして形成されたベアリングサポート１９は流路１１内に配置されるので、ガイドベーンとして形成されたこのベアリングサポート１９は、流路１１内の蒸気のエネルギーの変換に関与する。
ディフューザー２０（その中で流路１１の蒸気の圧力リカバリーが生じる）は、第３のローターブレードステージ７の下流に配置される。
代替実施形態では、ガイドベーンとして形成されたベアリングサポート１９はまた、第２のベアリング１４によって、第２のローターブレードステージ６の上流に、あるいは流路１１における、さらに上流にさえ配置可能である。
エネルギーおよび信号を交換するためのデバイス２１は、ガイドベーンとして形成されたベアリングサポート１９内に設けられる。
ローター（３）は、流れ方向に見たとき、第１のローターブレード列と、第２のローターブレード列と、最後から２番目のローターブレード列と、最後のローターブレード列とを有する。
ケーシングは、流れ方向に見たとき、第１のガイドベーン列と、第２のガイドベーン列と、最後から２番目のガイドベーン列と、最後のガイドベーン列とを有する。
第２のベアリングは、最後から２番目のローターブレード列と最後のローターブレード列との間に配置される。
１ 蒸気タービン
２ 回転軸線
３ ローター
４ ローター表面
５ 第１のローターブレードステージ
６ 第２のローターブレードステージ
７ 第３のローターブレードステージ
８ 第１のガイドベーンステージ
９ 第２のガイドベーンステージ
１０ 第３のガイドベーンステージ
１１ 流路
１２ ベース
１３ 第１のベアリング
１４ 第２のベアリング
１５ 第１の端部
１６ 第２の端部
１７ ベアリングケーシング
１９ ベアリングサポート
２０ ディフューザー
２１ デバイス

Claims (3)

  1. 回転可能にマウントされかつローターブレードを備えたローター（３）と、このローター（３）の周りに配置されたケーシングと、を備えたターボ機械であって、
    前記ケーシングは、ガイドベーンと、前記ローター（３）をマウントするための第１のベアリング（１３）および第２のベアリング（１４）と、を備え、前記ローター（３）は、流れ方向に見たとき、第１のローターブレード列と、第２のローターブレード列と、最後から２番目のローターブレード列と、最後のローターブレード列と、を有し、かつ、前記ケーシングは、第１のガイドベーン列と、第２のガイドベーン列と、最後から２番目のガイドベーン列と、最後のガイドベーン列と、を有し、
    前記第２のベアリング（１４）は、前記流れ方向において、前記最後から２番目のローターブレード列と前記最後のローターブレード列との間に配置され、
    前記第２のベアリング（１４）は、ベアリングケーシング（１７）と、ガイドベーンとして形成されたベアリングサポート（１９）と、を有し、
    エネルギーおよび信号を交換するためのデバイスが、ガイドベーンとして形成された前記ベアリングサポート（１９）内に設けられる、ターボ機械。
  2. 前記流れ方向に見たとき、ディフューザーが前記最後のローターブレード列の下流に配置される、請求項１に記載のターボ機械。
  3. 前記ターボ機械は蒸気タービン（１）である、請求項１または２に記載のターボ機械。
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