JP6183947B2 - 単一シェルケーシング、ドラムロータ及び個別ノズルリングを含む蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般には、蒸気タービンに関し、より具体的には、単一シェルケーシングを有する中圧（ＩＰ）セクションを含む蒸気タービンに関する。

従来の蒸気タービンは、ホイール及びダイアフラム、又は従来型の二重シェルケーシングを有するドラムロータ構造体を使用する。単一シェルケーシングも使用されてきたが、その用途は、ドラムロータ構造体ではなく、ホイール及びダイアフラム構造体に限定されてきた。さらに、個別ノズルリングアセンブリが蒸気タービンのＩＰセクションに使用されてきたが、それらのＩＰセクションは、通常、個別ノズル段を支持する従来型の二重シェルケーシングを有する。ホイール及びダイアフラム構造体を使用する従来の蒸気タービンは、単一ケーシングの圧力限界及びダイアフラムの製造が単一段に限定されていることによる制約を受ける。

米国特許出願公開第２０１１／００８５９０５号公報

単一シェルに収容されたＩＰセクション内の個別ノズルリングアセンブリを利用したドラムロータを有する蒸気タービンを本明細書に開示する。一実施形態では、蒸気タービンは、二重シェルドラムを有する高圧（ＨＰ）セクションと、単一シェルドラムを有する中圧（ＩＰ）セクションとを含み、ＩＰセクションは、各ノズルリングアセンブリがドラムロータを取り囲むように、単一シェルケーシングに沿って軸方向に離隔した複数の個別ノズルリングアセンブリを含む。他の実施形態では、蒸気タービンの低圧（ＬＰ）セクションは、復水器との単流式又は双流式接続部を有することができ、復水器は、ＬＰセクションの側方に配置、垂直方向下方に配置、又は軸方向に整列させることができる。

本発明の第１の態様は、単一シェルケーシングを有する中圧（ＩＰ）セクションを含む蒸気タービンを提供し、ＩＰセクションは、ドラムロータと、各ノズルリングアセンブリがドラムロータを取り囲むように、単一シェルケーシングに沿って軸方向に離隔した複数のノズルリングアセンブリとを含み、各ノズルリングアセンブリは、支持リングと、支持リングと結合した少なくとも１組の個別ノズルとを含む。

本発明の第２の態様は、二重シェルケーシングを有する高圧（ＨＰ）セクションと、ＨＰセクションと流体接続し、単一シェルケーシングを有し、ドラムロータ及び各ノズルリングアセンブリがドラムロータを取り囲むように単一シェルケーシングに沿って軸方向に離隔した複数のノズルリングアセンブリを含む中圧（ＩＰ）セクションであって、各ノズルリングアセンブリが、支持リング及び支持リングと結合した少なくとも１組の個別ノズルを含む、中圧（ＩＰ）セクションと、ＩＰセクションと流体接続し、復水器とも接続する低圧（ＬＰ）セクションとを含む、蒸気タービンを提供する。

本発明の実施形態のこれら及び他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す、添付の図面と併せて読まれる、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明より、より容易に理解されるであろう。

従来の蒸気タービンの横断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの高圧（ＨＰ）セクション及び中圧（ＩＰ）セクションの断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンのＨＰセクションの断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンのＩＰセクションの断面概略図である。 本発明の一実施形態に係る、複数のノズルリングアセンブリを示す、蒸気タービンのＩＰセクションの断面概略図である。 復水器との側方排気接続部を含む、本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの一部分の等角図である。 本発明の一実施形態に係る、復水器との下方排気接続部を含む蒸気タービンの断面図である。 本発明の一実施形態に係る、復水器との軸方向排気接続部を含む蒸気タービンの等角図である。

図面は、必ずしも原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すものとし、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきでない。図面においては、図面を通して、同様の番号は、同様の部品を表す。

単一シェルに収容されたＩＰセクション内の個別ノズルリングアセンブリを利用する、ドラムロータを有する蒸気タービンを本明細書に開示する。一実施形態では、二重シェルドラムを有する高圧（ＨＰ）セクション及び単一シェルドラムを有する中圧（ＩＰ）セクションを含む蒸気タービンを開示し、ＩＰセクションは、ドラムロータを取り囲む、複数の個別ノズルリングアセンブリを含む。他の実施形態では、蒸気タービンの低圧（ＬＰ）セクションは、復水器との単流式又は双流式接続部を有することができ、この接続部は、復水器との側方接続部、下方流接続部又は軸方向接続部を含むことができる。

ここで図面を参照すれば、図１は、従来の複流蒸気タービン１００の横断面斜視図を示す。図１に示すように、蒸気タービン１００は、高圧（ＨＰ）セクション１１０、中圧（ＩＰ）セクション１２０及び低圧（ＬＰ）セクション１４０を含む。図１に示す蒸気タービン１００は、双流式ＬＰセクション１４０を有し、従って、ＬＰセクション１４０は、第１のＬＰセクション１４２及び第２のＬＰセクション１４４を含む。蒸気タービン１００は、ＩＰセクション１２０とＬＰセクション１４２、１４４との間のクロスオーバ管１３０と、クロスオーバ管１３０からＬＰセクション１４２、１４４に至るフィード部１３２とをさらに含む。発電機（図示せず）は、ＨＰセクション１１０、ＩＰセクション１２０及びＬＰセクション１４０を通して延びるドライブトレーン１４５に接続することができる。

蒸気タービン１００は、各セクション内で回転するドラムロータ１５０を含むので、ドラムロータタービンと呼ばれる。さらに、蒸気タービン１００は、図１に示し、本明細書により詳細に説明するように、側方排気部を通して復水器（図１には示さず）に接続するように構成される。図１に示すように、ＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１２０は、従来の二重シェルケーシングを有し、具体的には、図１に示すように、ＨＰセクション１１０は、二重ケーシング１１２を有し、ＩＰセクション１２０は、二重ケーシング１２２を有する。言い換えれば、ケーシング１１２、１２２は、それぞれ、ドラムロータ１５０とタービンの外面との間に２つの壁を有する状態で、シェル内にシェルを含む。

図２を参照して、本発明の一実施形態に係る蒸気タービン２００の断面図を示す。タービン２００は、ＨＰセクション２１０、ＩＰセクション２２０、ＬＰセクション２４０及びクロスオーバ管２３０を含むことができる。タービン２００は、セクション２１０、２２０及び２４０内で回転するドラムロータ２５０をさらに含む。図１に示す従来の蒸気タービン１００と対照的に、タービン２００は、二重シェルケーシングを有するＨＰセクション２１０と、単一シェルケーシングを有するＩＰセクション２２０とを含む。２つのセクションの異なるケーシングをより十分に示すために、ＨＰセクション２１０及びＩＰセクション２２０を示す拡大図を図３に提供する。それに加えて、ＨＰセクション２１０の拡大断面図を図４に示し、ＩＰセクション２２０の拡大断面図を図５に示す。

図４が示すように、ＨＰセクション２１０は、従来の二重シェルケーシング、具体的には、外側シェル２１２及び内側シェル２１４を含む。従って、ドラムロータ２５０とタービンの外面との間に２つの壁２１２、２１４がある。図５に示すように、それと対照的に、ＩＰセクション２２０は、単一シェルケーシング２２２を有する。言い換えれば、ドラムロータ２５０とタービンの外面との間に１つの壁２２２のみがある。

図４及び５に最も明瞭に示すように、ＨＰセクション２１０及びＩＰセクション２２０は、それぞれがドラムロータ２５０を取り囲むように配置されたノズルリングアセンブリ２２４などの、リング状に形成された複数の組の個別ノズルをさらに含む。これらのノズルリングアセンブリ２２４は、例えば、ケーシング２１４、２２２の溝部内に配置することにより、単一シェルケーシング２２２に沿って軸方向に分離することができ、ドラムロータ２５０と同様のタイプの材料を含むことができる。ノズルリングアセンブリ２２４は、ドラムロータ２５０に適合し、それにより、間隙を最小化し、蒸気径路性能を改善することができる。

ＩＰセクション２２０内に配置された複数のノズルリングアセンブリ２２４の拡大断面図を図６に示す。図６に示すように、各個別ノズルリングアセンブリ２２４は、対応する少なくとも１組のノズル２２８を支持するための支持リング２２６を含む。ノズル２２８の各組は、様々な手段により支持リング２２６に結合することができ、例えば、ノズル２２８は、リング２２６の溝部内に摺動させることができ、又は、結合するための他の機械的手段を使用することができる。断面図を図６に示すが、ノズル２２８の各組は、ドラムロータ２５０の周りの円周方向に配置された個別ノズルを含むことが当業者には明らかであろう。図６には、それぞれのノズルリングアセンブリ２２４が１つの支持リング２２６を含み、各支持リング２２６は２組のノズル２２８を支持する、４つのノズルリングアセンブリ２２４が図示される。しかし、任意の所望の数の支持リング２２６及びノズル２２８を使用することができることを理解されたい。例えば、図４からわかるように、各支持リング２２６内に、３組のノズル２２８を含むことができる。

図７〜図９から当業者には明らかであろうが、ＬＰセクション２４０を復水器２６０に接続することが望まれる。復水器２６０に至る接続部のタイプは、蒸気タービンを通る流れ及び復水器圧力に基づくことができる。一実施形態では、この接続部は、図７に示すように、遷移ダクトを介して復水器とつながる側方排気接続部を含むことができる。この実施形態では、復水器２６０は、ＬＰセクション２４０の上又は下ではなく、ＬＰセクション２４０の側方に配置される。別の実施形態では、この接続部は、図８に示すように、下方接続部を含むことができる。この実施形態では、復水器２６０は、排気がＬＰセクション２４０から復水器２６０まで下方に放出されるように、ＬＰセクション２４０の垂直方向下方に配置される。別の実施形態では、この接続部は、図９に示すように、軸方向接続部を含む。図９に示す例では、ＬＰセクション２４０は、単流式ＬＰセクションを含み、復水器２６０は、ＬＰセクション２４０と軸方向に整列する。この例では、タービンは、ＬＰセクション２４０が建屋の外の外部復水器にダクト接続することができるように配置することができる。

本発明の実施形態は、従来の二重シェルドラム設計を使用するＨＰセクション及び単一ケーシングドラム設計を使用するＩＰセクションを有する蒸気タービンを含む。（ＨＰセクションに比べて）ＩＰタービンセクションに典型的である比較的低い圧力により、単一シェル構造体の使用が可能になる。ＩＰセクションの単一シェルドラム構造体は、ＩＰ製品のコスト面（例えば、材料、構造、取付けなど）を低減しながら、高性能を実現する。ドラムロータに対するノズルの個々の調整を含む、ノズルリングアセンブリの追加調整は、半径方向間隙をさらに低減し、タービンの性能を改善する。それと対照的に、ＨＰセクションにもＩＰセクションにも２つのシェルケーシングを有する、従来の構造体は、ロータに対する全ての段の平均的な調整を可能にするだけであり、それにより、次善の半径方向間隙を提供する。図９にも示すように、一軸プラント（すなわち、他の原動機と同じ軸上の蒸気タービン）では、蒸気タービンにより発生したトルクは、タービンのＨＰ端部に配置されたクラッチ２６２を介してパワートレーンの残りに伝達することができ、又は、多軸用途（すなわち、軸上の唯一の原動機である蒸気タービン）では、蒸気タービンと発電機との間に、一体軸継手を使用することができる。

本明細書で用いる用語は特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本明細書の開示内容を限定するものではない。本明細書において、単数形で記載したものであっても、文脈から別途明らかでない限り、複数のものも含めて意味する。本明細書で用いる「含む」及び「備える」という用語は、記載した特徴、数、段階、操作、部品及び／又は部品が存在することを意味するものであり、１以上の他の特徴、数、段階、操作、部品及び／又は部品の存在又は追加を除外するものではない。

本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない部品を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な部品を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

１００、２００ 蒸気タービン
１１０、２１０ 高圧（ＨＰ）セクション
１１２、１２２ 二重ケーシング
１２０、２２０ 中圧（ＩＰ）セクション
１３０、２３０ クロスオーバ管
１３２ フィード部
１４０、２４０ 低圧（ＬＰ）セクション
１４２、１４４ ＬＰセクション
１４５ ドライブトレーン
１５０、２５０ ドラムロータ
２１２ 外側シェル
２１４ 内側シェル
２２２ 単一シェルケーシング
２２４ ノズルリングアセンブリ
２２６ 支持リング
２２８ ノズル
２６０ 復水器

Claims (13)

1. 二重シェルケーシングを有する高圧（ＨＰ）セクションと、ＨＰセクションと流体接続し、単一シェルケーシングを有する中圧（ＩＰ）セクションとを含む蒸気タービンであって、前記二重シェルケーシングが、ＨＰセクションの周りに配置された外側シェル及び内側シェルを含んでおり、前記ＩＰセクションが、
   ドラムロータと、
   前記単一シェルケーシングに沿って軸方向に離隔した複数のノズルリングアセンブリであって、各ノズルリングアセンブリが前記ドラムロータを取り囲んでいて、各ノズルリングアセンブリが、支持リングと、前記支持リングと結合した少なくとも１組の個別ノズルとを含んでいる、蒸気タービン。
2. 前記ＩＰセクションと流体接続した低圧（ＬＰ）セクションであって、復水器にも接続する低圧（ＬＰ）セクションをさらに含む、請求項１記載の蒸気タービン。
3. 前記復水器が前記ＬＰセクションの側方に配置され、遷移ダクトを介して前記ＬＰセクションに接続する、請求項２記載の蒸気タービン。
4. 前記復水器が前記ＬＰセクションの垂直方向下方に配置される、請求項２記載の蒸気タービン。
5. 前記復水器が前記ＬＰセクションと軸方向に整列する、請求項２記載の蒸気タービン。
6. ＩＰセクションの各ノズルリングアセンブリが２組の個別ノズルを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の蒸気タービン。
7. 各ノズルリングアセンブリが単一シェルケーシングの溝部に嵌合する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の蒸気タービン。
8. 二重シェルケーシングを有する高圧（ＨＰ）セクションであって、前記二重シェルケーシングが、ＨＰセクションの周りに配置された外側シェル及び内側シェルを含むＨＰセクションと、
   前記ＨＰセクションと流体接続した中圧（ＩＰ）セクションと、
   前記ＩＰセクションと流体接続した低圧（ＬＰ）セクションと
   を備える蒸気タービンであって、前記ＩＰセクションが単一シェルケーシングを有しているとともに、前記ＩＰセクションが、
   前記単一シェルケーシングに沿って軸方向に離隔した複数のノズルリングアセンブリであって、各ノズルリングアセンブリが前記ドラムロータを取り囲んでいて、各ノズルリングアセンブリが、支持リングと、前記支持リングと結合した少なくとも１組の個別ノズルとを含んでおり、前記ＬＰセクションが復水器とも接続しており、ＨＰセクション、ＩＰセクション及びＬＰセクション内にドラムロータが配設されている、蒸気タービン。
9. ＩＰセクションの各ノズルリングアセンブリが２組の個別ノズルを含む、請求項８記載の蒸気タービン。
10. 各ノズルリングアセンブリが単一シェルケーシングの溝部に嵌合する、請求項８又は請求項９記載の蒸気タービン。
11. 前記復水器が前記ＬＰセクションの側方に配置され、遷移ダクトを介して前記ＬＰセクションに接続する、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の蒸気タービン。
12. 前記復水器が前記ＬＰセクションの垂直方向下方に配置される、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の蒸気タービン。
13. 前記復水器が前記ＬＰセクションと軸方向に整列する、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の蒸気タービン。