JP7053196B2 - 流体制御された蒸気タービンの入口スクロール - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題は、蒸気タービンに関する。具体的には、本明細書に開示される主題は、タービンの第１段に蒸気流を提供するためのタービン入口および関連する装置またはシステムに関する。

蒸気タービンは、回転ロータに接続されたタービンブレード内に蒸気や作動流体の流れを導く静止ノズルアセンブリを含む。蒸気は複数のタービン段を通過し、各段は、外側ケーシングに取り付けられた一列の固定ノズルと、回転ロータに取り付けられた回転ブレードとを含む。固定ノズルは蒸気の流れをブレード内に導き、ロータを回転させる。

低圧蒸気タービンでは、高圧セクションからの蒸気が低圧タービン入口を介して低圧蒸気タービンに供給される。タービン入口は、ハウジングと、ハウジング内のタービン入口ポートと、ハウジングによって画定される環状入口チャンバとを含む。蒸気は、タービン入口導管から、タービン入口ポートを通って、入口チャンバの蒸気出口を通って、第１段ノズルおよびロータブレードまで流れる。多くの構成では、蒸気は、環状入口チャンバを通って蒸気出口に均等にまたは均一に流れず、すなわち、蒸気が蒸気出口の周りのすべての位置において等角度で、または蒸気出口の回りのすべての位置において等しい質量流量で、蒸気出口に接近しない。例えば、多くの構成では、蒸気の不均衡な大部分が、蒸気出口ならびにノズルおよびロータブレードの第１段への直接流の中を流れる。直接流の周縁に向かって、蒸気の比較的小さな割合が蒸気出口から離れて、蒸気が蒸気出口に入る場合に蒸気出口の接線に対して垂直からずれた入射角で蒸気出口に入る。直接流の周縁の蒸気の比較的小さな割合は、蒸気が半径方向内側に供給され、蒸気出口を通って第１段に軸線方向に向きを変える前に、蒸気出口から遠くに押し退けられ、環状入口チャンバの周方向経路に従うことができる。

入口チャンバ内の蒸気出口へのこの不均等な流れおよび／または不均一な流れの結果として、蒸気は、蒸気出口の周囲に均等に間隔を空けられてまたは蒸気出口への均一な入射角で蒸気出口に入らない。円周方向に流れる蒸気は乱流であるため、速度が失われ、エネルギー損失が生じる。また、低圧タービンの第１段に入る不均等な流れは、ロータブレードに圧力不均衡をもたらし、ロータブレードおよびロータを疲労させる可能性があり、それぞれの寿命を低下させる。この効果はタービンの後続の段全体を通して継続されるが、蒸気がブレードによって周囲に均等に分配されるまで、重度が低下する。さらに、蒸気出口での蒸気の不均一な入射角は±４０度の範囲であってもよく、圧力不均衡をさらに引き起こす可能性があり、第１段の構成要素に接近する間接的で最適でない角度により、ロータ回転に伝達されるエネルギーの程度をかなり低下させる可能性がある。上記の理由により、全体的なシリンダ効率が低下する。

これらの問題に対処する方法は、入ってくる蒸気を円周方向に導くために、タービン入口の環状入口チャンバの内側にベーンを追加して、蒸気の流れをより均一にかつ均等に蒸気出口に、および蒸気出口を通じて導くことを含む。タービン入口の内部の高エネルギー状態、すなわち蒸気の高圧および高速により、タービン入口の内部に取り付けられたベーンのような物理的構成要素は望ましくないことが分かっている。さらに、タービン入口の内部の余分な構成要素は、追加の検査および保守を必要とし、タービン入口の内部のアクセス性を低下させる。追加のメンテナンスは、タービンの付加的な停止と生産性の低下を伴う。

さらに、不均等な流れおよび／または不均一な流れを伴う問題に対処するための蒸気タービンの改良では、元の内側ケーシングおよび外側ケーシングの幾何学的形状に加えられ得る変更には制限があり、不均等な流れおよび／または不均一な流れに対処するための可能な解決策を制限する。

米国特許第６６２９８１９号明細書

本開示の第１の態様は、タービン入口を含む。タービン入口は、環状ハウジングと、環状ハウジング内の主入口ポートと、環状ハウジング内の蒸気出口と、環状ハウジング内の分流ポートとを含む。環状ハウジングは、外周を取り囲む周壁と一対の軸線方向に離間した側壁とを有し、環状ハウジングは内部チャンバを画定する。主入口ポートは、蒸気を内部チャンバに送るために内部チャンバと流体連通している。蒸気出口は、蒸気を内部チャンバからタービンの第１段に通すために内部チャンバと流体連通しており、蒸気出口は中心軸線を有している。分流出口は、分流ポートからの流れが、蒸気出口の中心軸線と交差しないように傾斜した中心軸線を有するように配置され、向けられる。

本開示の第２の態様は、タービンシステムを含む。タービンシステムは、タービン入口と、流体供給部と、分流供給導管とを含む。タービン入口は、内部の主入口ポートと、内部の中央に位置する蒸気出口と、内部の分流ポートと、内部チャンバを画定する外周を取り囲む周壁および一対の軸線方向に離間した側壁とを含む環状ハウジングを有する。主入口ポートは、蒸気を内部チャンバに送るために内部チャンバと流体連通しており、蒸気出口は、蒸気を内部チャンバからタービンシステムのタービンの第１段に通すために内部チャンバと流体連通している。分流供給導管は、流体供給部を分流ポートに結合する。流体供給部は、主入口ポートから内部チャンバに入る蒸気よりも高い圧力で流体を内部チャンバに供給するように構成される。

本開示の第３の態様は、タービンシステムにタービン入口を後付けする方法を含む。この方法は、タービン入口の環状ハウジングを通じて分流ポートを開くステップと、分流供給導管を分流ポートに接続するステップと、分流供給導管を流体供給部に接続するステップとを含む。タービン入口は、環状ハウジングと、環状ハウジング内の主入口ポートと、環状ハウジング内の中心に配置された蒸気出口とを有する。環状ハウジングは、外周を取り囲む周壁と、一対の軸線方向に離間した側壁とを有する。環状ハウジングは、内部チャンバを画定する。主入口ポートは、蒸気を内部チャンバに送るために内部チャンバと流体連通している。蒸気出口は、蒸気を内部チャンバからタービンの第１段に通すために内部チャンバと流体連通している。分流ポートを開くステップは、分流ポートからの流れが蒸気出口の中心軸線から５度を超えて傾斜した中心軸線を有するように分流ポートに対向するステップを含む。流体供給部は、主入口ポートから内部チャンバに入る蒸気よりも高い圧力で流体を内部チャンバに供給するように構成される。

本発明のこれらおよび他の特徴は、本開示のさまざまな実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明のさまざまな態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。

蒸気タービンの斜視切取内部図である。 さまざまな実施形態によるタービン入口の概略断面図である。 図２のタービン入口の断面側面図である。 さまざまな実施形態による分流入口のいくつかの可能な位置および向きを示すタービン入口の概略断面図である。 さまざまな実施形態によるタービン入口の断面側面図である。 さまざまな実施形態による分流入口の１つの可能な位置および向きを示すタービン入口の概略断面図である。 さまざまな実施形態によるタービンシステムの概略ブロック図である。 さまざまな実施形態によるタービンシステムの概略ブロック図である。

本発明の図面は必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。

最初の問題として、本開示を明確に説明するために、蒸気タービン内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。

さらに、本明細書ではいくつかの記述上の用語を定常的に使用する場合があり、この点についてこれらの用語を定義することが有用であることが証明されるはずである。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用される「下流側」および「上流側」は、タービンエンジンを通る作動流体などの流体の流れ、例えばタービン段を通る蒸気の流れ内の位置に対する方向を示す用語である。「下流側」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流側」という用語は、流れの反対の方向を指す。用語「前方」および「後方」は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前方またはタービン端部を指し、「後方」はエンジンの後方または発電機端部を指す。多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な運動または位置を指す。このような場合には、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線の近くにあるならば、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内側」にあると本明細書では記述する。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸から遠くにあるならば、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外側」にあると本明細書では記述することができる。「軸線方向」という用語は、軸線に平行な運動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線の周りの運動または位置を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることは理解されよう。

図１は、蒸気タービン１０の斜視切取内部図を示している。蒸気タービン１０は、回転シャフト１４を含むロータ１２を含む。複数の回転ブレード２０がシャフト１４に機械的に結合されている。より具体的には、ブレード２０は、各段に対して１つの列を有するシャフト１４の周りに円周方向に延びる列状に配置されている。複数の静止ベーン２２が、内側ケーシング１５からシャフト１４に向かって半径方向に延びている。静止ベーン２２は、隣接するブレード２０の列の間に軸線方向に配置され、ブレード２０と協働して各段を形成し、タービン１０を通る蒸気流路の一部を画定する。ロータ１２、ブレード２０、および静止ベーン２２は、内側タービンケーシング１５および外側タービンケーシング１６の内部にある。

動作中、蒸気２４は、蒸気タービン１０のタービン入口２６に入り、静止ベーン２２を通って送られる。ベーン２２は、蒸気２４をブレード２０に対して下流側に導く。蒸気２４は残りの段を通過し、ブレード２０に力を与え、シャフト１４を回転させる。タービン１０の少なくとも１つの端部は、ロータ１２から軸線方向に離れて延在してもよく、発電機および／または別のタービンなどの負荷または機械（図示せず）に取り付けられてもよいが、これらに限定されない。

図１に示す本発明の一実施形態では、タービン１０は５つの段を含む。５つの段は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４と呼ばれる。段Ｌ４は第１段であり、５つの段のうちの最小（半径方向に）である。段Ｌ３は第２段であり、軸線方向の次の段である。段Ｌ２は第３段であり、５つの段の中間に示されている。段Ｌ１は４番目であり、最後から２番目の段である。段Ｌ０は最後の段であり、最大（半径方向に）である。単なる一例として５つの段が示されており、各タービンは５つより多くの段またはより少ない段を有してもよいことが理解されるべきである。また、本明細書で説明するように、本発明の教示は多段タービンを必要としない。

図２は、側壁２０８の大部分が切り取られたタービン入口２００の概略断面図である。図３は、タービン入口２００の断面側面図である。タービン入口２００は、外周を取り囲む周壁２０４と一対の軸線方向に離間した側壁２０６，２０８とを有する環状ハウジング２０２を含む。環状ハウジング２０２は、内部チャンバ２１０を画定する。タービン入口２００への主入口ポート２１２は、環状ハウジング２０２を通る第１の開口部を含む。主入口ポート２１２は、主蒸気供給導管２１４を内部チャンバ２１０に結合する。いくつかの実施形態では、２つの対向する主入口ポート２１２が、２つの主蒸気供給導管２１４を内部チャンバ２１０に結合することができる。分流ポート２１６は、環状ハウジング２０２を通る第２の開口部を含む。分流ポート２１６は、分流供給導管２１８を内部チャンバ２１０に結合する。いくつかの実施形態では、２つ以上の分流ポート２１６が、それぞれの分流供給導管２１８を内部チャンバ２１０に結合する。図４は、複数の分流ポート２１６のいくつかの可能な位置Ａ、Ｂ、およびＣを示している。図２および図３を再び参照すると、内部チャンバ２１０から蒸気タービン１０（図１）の第１段Ｌ４への蒸気出口２２０は、環状ハウジング２０２を通る、すなわち側壁２０６，２０８の一方を通る第３の開口部を含む。デュアルフロータービンにおいて、蒸気出口２２０はまた、ハウジング２０２を通る、すなわち、側壁２０６，２０８の他方を通る第４の開口部を含む。蒸気出口２２０は、蒸気出口２２０がロータ１２の中心軸線と同軸または共有の中心軸線２２４を有し、蒸気出口２２０がロータ１２と静止ブレードキャリア３０２との間の隙間によって画定されるように、ロータ軸線の周りに配置されることができる。いくつかの例では、インパルスタービンと同様に、蒸気出口５０２を有するタービン入口５００を示す図５に見られるように、静止ブレード５０４は、ロータ１２と静止ブレード５０４の内径との間に配置された静止ブレードキャリア５０６を有し、蒸気出口５０２は、静止ブレード５０４を通る静止ブレードキャリア５０６の部分間の隙間によって画定される。蒸気出口２２０の中心軸線２２４を、環状ハウジング２０２／内部チャンバ２１０の側壁２０６，２０８の略中央に配置するか、または環状ハウジング２０２／内部チャンバ２１０の中心から外れた位置に配置することができる。環状ハウジング２０２／内部チャンバ２１０内の中央に位置する蒸気出口２２０は、内部チャンバ２１０に円周方向の流れが発生したときに、均等かつ均一な流れを促進することができる。

主蒸気供給導管２１４および主入口ポート２１２は、蒸気出口２２０に向かう流れおよび蒸気出口２２０を通る流れが均等でないおよび／または均一でないように、あるいは蒸気出口２２０に向かう流れおよび蒸気出口２２０を通る流れを、蒸気出口２２０に接近して通過する均等性および均一性を向上させるために、方向転換または迂回させることができるように、内部チャンバ２１０内に蒸気を導くために任意の位置に配置され、向けられることができる。図２に示す例では、主蒸気供給導管２１４および主入口ポート２１２は、蒸気を内部チャンバ２１０の中心に向かって、または蒸気出口２２０に向かって誘くように配置され、向けられている。このような位置および向きは、蒸気出口２２０の中心軸線２２４と略交差する主蒸気供給導管２１４から導かれる蒸気流の中心軸線２３２（すなわち、蒸気流が主入口ポート２１２を出る場合の蒸気流の中心軸線２３２）を有する。この位置および向きでは、主入口ポート２１２は、内部チャンバ２１０の中心または蒸気出口２２０の中心に対向することができ、すなわち、一般的にそれと半径方向に整列することができる。

主蒸気供給導管２１４および主入口ポート２１２は、内部チャンバ２１０の中心または蒸気出口２２０の中心にあまり直接面していない、すなわち、より半径方向に整列していないように向けられることもできる。主蒸気供給導管２１４および主入口ポート２１２は、主蒸気供給導管２１４から導かれる蒸気流の中心軸線２３２が蒸気出口２２０の中心軸線２２４から蒸気出口２２０の半径まで、いくつか場合には蒸気出口２２０の直径までオフセットされるように、蒸気出口２２０の中心と偏心して対向することができる。蒸気出口２２０の半径より大きなオフセットは、主蒸気供給導管２１４からの大部分の蒸気流の直接経路の外側の蒸気出口２２０を有することができる。

分流ポート２１６および分流供給導管２１８を、分流ポート２１６からの流体（例えば、蒸気、空気など）を内部チャンバ２１０または蒸気出口２２０の中心から離れる方向に導くように向けて、主入口ポート２１２からの蒸気を蒸気出口２２０の周りの周方向流れに転向させることができ、図２に概略的に示されるように、蒸気は、蒸気出口２２０の周囲で蒸気出口２２０により均等に、より均一な入射角で入る。分流ポート２１６および分流供給導管２１８を、内部チャンバ２１０内で円周方向に流れを押し出すために、環状ハウジング２０２の周囲のどこかに、主入口ポート２１２の上流側または下流側に配置することができる。図５および図６は、１つまたは複数の分流ポート２１６を配置することができる環状ハウジング２０２の周囲のいくつかの潜在的な位置および向きを示している。分流ポート２１６の数、位置、および向きを、任意の望ましい方法で組み合わせることができ、その組み合わせは図示のものに限定されない。

主入口ポート２１２において内部チャンバ２１０に入る主蒸気流にどの程度の調整が望まれるかに応じて、位置および方向は環状ハウジング２０２内のどこにあってもよい。いくつかの実施形態では、分流供給導管２１８の長手方向軸線２２８および／または分流ポート２１６を出る流れの中心軸線２３０は、蒸気出口２２０の中心軸線２２４と交差するのを回避する。図２、図５、および図６に示される各分流ポート２１６は、蒸気出口２２０の中心軸線２２４と交差するのを回避する中心軸線に伴う流れを解放するように構成される。言い換えれば、分流ポート２１６から向けられた流れの中心軸線２３０（すなわち、分流ポート２１６を出る流れの中心軸線２３０）は、蒸気出口２２０の中心軸線から角度θだけ傾斜しており、角度を、必要に応じて０より大きい任意の値とすることができる。いくつかの実施形態では、角度は、分流ポート２１６から導かれる流れの中心軸線２３０が主入口ポート２１２からの主蒸気流の中心軸線２３２と交差するような値であってもよい。環状ハウジング２０２の周りの分流ポート２１６の位置に応じて、主入口ポート２１２と蒸気出口２２０との間で交差が生じ得るか、または主入口ポート２１２に対して蒸気出口２２０の遠い側で交差が生じ得る。例えば、図４を位置Ａで参照すると、分流ポート２１６からの流れの中心軸線と、主入口ポート２１２と蒸気出口２２０との間の主入口ポート２１２からの主蒸気流の中心軸線２３２との交差は、主入口ポート２１２からの主蒸気流上で分流ポート２１６からの流れを転向させる効果を増大させる。位置Ｂにおいて、分流ポート２１６からの流れの中心軸線２３０が主入口ポート２１２に対して蒸気出口２２０の遠い側で主入口ポート２１２からの主蒸気流の中心軸線２３２と交差することにより、蒸気出口２２０に向かう半径方向において周方向の蒸気流に影響を与えやすくする。

いくつかの実施形態では、図６に示すように、分流ポート２１６の角度を、分流ポート２１６の中心軸線２３０に平行な分流ポート２１６の周縁内に延びるラインが蒸気出口２２０の中心軸線２２４と交差しないようにすることができる。ある場合には、図４の位置Ａの例のように、分流供給導管２１８および分流ポート２１６は、分流ポート２１６から導かれる流れの軸２３０が、蒸気出口２２０の中心と、蒸気出口２２０の少なくとも半径分だけずれているように、内部チャンバ２１０の中心または蒸気出口２２０の中心から遠ざかる方向に対向する（すなわち流体を向ける）ように配置され、向けられる。

上述のいくつかの場合において、分流ポート２１６からの流れは、主入口ポート２１２から内部チャンバ２１０に入る主蒸気流内に向けられる。主入口ポート２１２を通って入口２００に入る蒸気の経路に分流入口２１６をより直接的に向けることで、流れを周方向に向け直す際により大きな影響を与えることができ、これにより、所望のレベルの周方向流れを達成するために必要な転流の圧力および質量流量の低減を可能にすることができる。

分流ポート２１６は、主入口ポート２１２よりも小さな領域を有することができる。より小さな領域は、流体が分流ポート２１６から内部チャンバ２１０に入るときにより大きな影響を作り出すために、より高い圧力を促進することができる。分流ポート２１６を通って入口２００に入る流体は、主入口ポート２１２に入る蒸気よりも少ない質量流量を有することもできる。さまざまな実施形態では、例えば、多くの他の質量流量値を実施することができるが、蒸気は約Ｘｋｇ／ｓで主入口ポート２１２を通って入口２００に入ることができ、一方で、流体は約Ｘ／３０ｋｇ／ｓで分流入口２１６に入ることができる。例えば、ある場合には、蒸気は約２１０ｋｇ／ｓで主入口ポート２１２を通って入口２００に入ることができ、一方で、流体は約７ｋｇ／ｓで分流入口２１６に入ることができる。ここでもまた、この実施形態は単なる一例に過ぎず、より大きな範囲の値が望ましいことがあり、実現されることができる。この実施形態では、主入口ポート２１２から内部チャンバ２１０に入る主蒸気流内に向けられている分流ポート２１６からの流れに伴って、蒸気出口２２０での蒸気の入射範囲を±４０度から±１５度以下に低減することができる。

図７は、低圧タービン７０２と、高圧タービン７０４と、中圧タービン７０６と、分流供給導管７０７とを含むタービンシステム７００を示している。分流供給導管７０７は、適切な圧力の流体を低圧タービン７０２のタービン入口に送達するために、外部流体供給部７０８に結合される。外部流体供給部７０８は、主入口ポート２１２に入る蒸気よりも高い圧力の供給流体を有することができる。外部流体供給部７０８は、タービンシステム７００の他の部分と流体連通する必要はなく、タービンシステム７００とは独立して制御され、中圧タービン７０６または高圧タービン７０４の動作に影響を及ぼすことなく、低圧タービン７０２のタービン入口に送達される分流流体を増減させることができる。コントローラ７１２を、動作の自動制御または電子制御のために外部流体供給部７０８に電気的に結合することができ、１つまたは複数のバルブ７１０は、分流供給導管７０７に一直線に装備されて、再び、分流流体が低圧タービン７０２のタービン入口に送達される速度を調整することができる。さらに、分流流体は、タービンシステム７００を停止させることなく、外部構成要素と組み合わされたバルブ７１０または外部流体供給部７０８のいずれかで完全に止められることができ、比較的簡単で非侵襲的なメンテナンスを提供する。

図８は、低圧タービン８０２と、高圧タービン８０４と、中圧タービン８０６と、分流供給導管８０７とを含むタービンシステム８００を示している。分流供給導管８０７は中圧タービン８０６に結合され、分流供給導管８０７を通じて低圧タービン８０２に蒸気を供給する。分流供給導管８０７は、既存の中圧タービン抽出点に結ばれて、設備および改質を減少させることができ、または別の地点を選択することができる。コントローラ８１２を、動作の自動制御または電子制御のためにタービンシステム８００に電気的に結合することができ、１つまたは複数のバルブ８１０は、分流供給導管８０７に一直線に装備されて、再び、分流流体が低圧タービン８０２のタービン入口に送達される速度を調整することができる。分流流体は、タービンシステム８００を停止させることなく、外部構成要素と組み合わされたバルブ８１０で完全に止められることができ、比較的簡単で非侵襲的なメンテナンスを提供する。中圧タービン８０６への結合により、その出力および効率を低下させる可能性がある。中圧タービン８０６から抽出された蒸気のエネルギーは、比較的低いエネルギー損失で所望の円周方向の流れを達成するのに十分であり得るが、エネルギー損失は、低圧タービン８０２のタービン入口における改善された円周方向の流れから過剰に取り戻すことができる。エネルギーの一部は、より高いエンタルピー流体を低圧タービン８０２に流入させることからも取り戻すことができる。エンタルピーの再生を容易にするために、ブレードを変更したり、取り除いたり、異なる設計のブレードと交換することができる。分流供給導管８０７における流れの速度および圧力は、中圧タービン８０６の出力に比例することができる。例えば、低圧タービン８０２、高圧タービン８０４、および中圧タービン８０６を含むタービン列が半分の容量で運転されるとき、分流供給導管８０７に抽出される蒸気は、中圧タービン８０６を通る蒸気流の全体的な減少に比例して減少する。

あるいは、分流供給導管８０７を高圧タービン８０４に結合することができる。中圧タービン８０６と同様に、高圧タービン８０４から抽出されたエネルギーは、比較的低いエネルギー損失で、所望の円周方向の流れを達成するのに十分であり得、このエネルギー損失は、低圧タービン８０２のタービン入口における改善された円周方向の流れ、およびエンタルピーを再生すること（すなわち、より高いエンタルピー流体を低圧タービン８０２に流入させること）から過剰に取り戻すことができる。中圧タービン８０６と低圧タービン８０２との間の距離が、高圧タービン８０４と低圧タービン８０２との間の距離よりも短いため、設備、スペース、および費用をより少なくすることができる。

また、中圧タービン８０６の入口の入口条件を改善するために、高圧タービン８０４の抽出を使用することができる。抽出された蒸気を再導入するための隙間が小さくなればなるほど、バイパスされる段数が少なくなり、入口の上流側のロータに伝達されるエネルギーが、分流ポートによって改善される。タービン列のさらに上流側では、抽出された蒸気が入口への主蒸気流に与える影響が大きくなる。ただし、バイパスによって影響を受ける段の数が増えるが、パフォーマンス上のペナルティが発生する可能性がある。抽出場所とバイパスによって発生するペナルティの間にはバランスがある。

タービンシステム７００，８００に関して図示されているように、本開示の教示は、新しい設計として実施することもできるし、既存のタービンシステムに後付けすることもできる。後付けのために、既存のタービンシステムにアクセスするために、タービン１０（図１）の外側ケーシング１６を取り外すことができる。図２を参照して説明したような入口を備えた既存の低圧タービンは、タービン入口および角度のついた分流ポート２１６のハウジングを通じて分流ポート２１６を開くことによって、分流ポート２１６を取り付けることができ、このため、分流ポート２１６からの流れの中心軸線２３０は、蒸気出口２２０の交差軸線２２４を回避する（言い換えれば、蒸気出口２２０と中心をずらす）。分流供給導管７０７，８０７を、分流流体供給部（例えば、中圧タービン８０６、高圧タービン８０４、または外部流体供給部７０８）から分流ポート２１６に接続することができる。分流流体供給部を接続のために開くことができ、または接続を既存の接続点で行うことができる。ブレード２０は、取り外し、修正、および交換が可能であり、またはブレード２０を取り外して、異なる設計のブレードと交換することができる。本明細書に記載のタービン入口およびタービンシステムを変更することは、タービン入口の内部に追加の部品を必要とせず、タービンの内側および外側ケーシングに最小限の変更を加えるか、または変更を加えない。

さまざまな実施形態において、互いに「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」として説明される構成要素を、１つまたは複数のインタフェースに沿って接合することができる。いくつかの実施形態では、これらのインタフェースは、別個の構成要素間の接合部を含むことができ、他の場合には、これらのインタフェースは、強固なおよび／または一体的に形成された相互接続を含むことができる。すなわち、ある場合には、互いに「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」構成要素を同時に形成して、単一の連続的な部材を画定することができる。しかしながら、他の実施形態では、これらの結合された構成要素は、別個の部材として形成され、その後、既知のプロセス（例えば、はんだ付け、締結、超音波溶接、接着）によって接合されることができる。さまざまな実施形態では、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」として説明される電子構成要素を、これらの電子構成要素が互いにデータを通信できるように、従来の有線および／または無線手段を介してリンクすることができる。

本明細書で使用する用語は、特定の例示的な実施形態のみを説明するためのものであり、限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図され得る。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であり、したがって、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。本明細書に記載の方法のステップ、プロセス、および動作は、パフォーマンスの順序として具体的に指定されない限り、必ずしも説明または図示された特定の順序でパフォーマンスを必要とすると解釈されるべきではない。付加的または代替的なステップを用いることもできることを理解されたい。

ある要素または層が別の要素または層に対して「上に（ｏｎ）」、「係合される（ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」、または「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」と言及される場合には、他の要素または層に対して直接的に上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、別の要素または層に対して「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係を記述するために使用される他の単語も同様なやり方（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接する」対「直接隣接する」など）で解釈するべきである。本明細書において、用語「および／または」は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つもしくは複数のすべての組み合わせを含む。

「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ，ｂｅｌｏｗ，ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ，ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語を、図に示すように、１つの要素または特徴と他の要素または特徴との関係を説明するために、説明を容易にするために本明細書で使用することができる。空間的に相対的な用語は、図に描かれている向きに加えて、使用または動作中の装置の異なる向きを含むことを意図することができる。例えば、図中の装置がひっくり返される場合、他の要素または特徴の「下（ｂｅｌｏｗ）」または「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」として記載された要素は、他の要素または特徴の「上（ａｂｏｖｅ）」に向けられる。したがって、「下（ｂｅｌｏｗ）」の例の用語は、上および下の両方の方向を含むことができる。装置を、それ以外の方向に向ける（９０度回転させる、または他の方向に回転させる）ことができ、したがって、本明細書で使用される空間的に相対的な記述はそれに応じて解釈される。

この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意の装置またはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
［実施態様１］
外周を取り囲む周壁（２０４）と、一対の軸線方向に離間した側壁（２０６，２０８）とを有し、内部チャンバ（２１０）を画定する環状ハウジング（２０２）と、
前記環状ハウジング（２０２）への主入口ポート（２１２）であって、蒸気を前記内部チャンバ（２１０）に送るために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通する主入口ポート（２１２）と、
前記環状ハウジング（２０２）からの蒸気出口（２２０，５０２）であって、蒸気を前記内部チャンバ（２１０）からタービンの第１段に通すために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通しており、中心軸線（２２４）を有している、蒸気出口（２２０，５０２）と、
前記環状ハウジング（２０２）への分流ポート（２１６）であって、前記分流ポート（２１６）を出る流れは、前記流れの中心軸線（２３０）が前記蒸気出口（２２０，５０２）の前記中心軸線（２２４）と交差するのを回避するように向けられる、分流ポート（２１６）と
を備える、タービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様２］
前記分流ポート（２１６）がある領域を有し、前記主入口ポート（２１２）がある領域を有し、前記分流ポート（２１６）の前記領域は前記主入口ポート（２１２）の前記領域よりも小さい、実施態様１に記載のタービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様３］
前記分流ポート（２１６）からの前記流れが、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る主蒸気流に向けられる、実施態様１に記載のタービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様４］
前記分流ポート（２１６）が、前記蒸気出口（２２０，５０２）の半径と少なくとも同じ大きさだけ、前記蒸気出口（２２０，５０２）の中心から偏心して対向する、実施態様１に記載のタービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様５］
前記タービン入口（２６，２００，５００）が分流供給導管（２１８）をさらに備え、前記分流ポート（２１６）は、前記分流供給導管（２１８）を前記内部チャンバ（２１０）に結合する、実施態様１に記載のタービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様６］
前記分流ポート（２１６）から前記内部チャンバ（２１０）に入る流れの前記中心軸線（２３０）が、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る主蒸気流の中心軸線（２３２）と交差する、実施態様１に記載のタービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様７］
前記蒸気出口（２２０，５０２）が、ロータの中心軸線（２２４）の周りに同心に配置されている、実施態様１に記載のタービン入口（２６，２００，５００）。
［実施態様８］
タービンシステム（７００，８００）が、
環状ハウジング（２０２）を有するタービン蒸気入口であって、前記環状ハウジング（２０２）は、
内部の主入口ポート（２１２）と、
内部の中央に位置する蒸気出口（２２０，５０２）と、
内部の分流ポート（２１６）と、
内部チャンバ（２１０）を画定する外周を取り囲む周壁（２０４）および一対の軸線方向に離間した側壁（２０６，２０８）と、
を含む、タービン蒸気入口と、
流体供給部と、
前記流体供給部を前記分流ポート（２１６）に結合する分流供給導管（２１８）と
を備え、
前記主入口ポート（２１２）は蒸気を前記内部チャンバ（２１０）に送るために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通しており、前記蒸気出口（２２０，５０２）は蒸気を前記内部チャンバ（２１０）から前記タービンシステム（７００，８００）のタービンの第１段に通すために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通しており、
前記流体供給部は、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る蒸気よりも高い圧力で前記内部チャンバ（２１０）に流体を供給するように構成される、
タービンシステム（７００，８００）。
［実施態様９］
前記分流ポート（２１６）が、前記主入口ポート（２１２）の領域よりも小さい領域を有する、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１０］
前記蒸気出口（２２０，５０２）が中心軸線（２２４）を有し、前記分流ポート（２１６）は周縁および中心軸線（２３０）を有し、前記分流ポート（２１６）は、前記分流ポート（２１６）の前記中心軸線（２３０）に平行な前記周縁を通って延びるラインが前記蒸気出口（２２０，５０２）の前記中心軸線（２２４）と交差しないように向けられている、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１１］
前記分流ポート（２１６）からの流れが、前記分流ポート（２１６）を出る前記流れの中心軸線（２３０）が前記蒸気出口（２２０，５０２）の前記中心軸線（２２４）から０度を超えて傾斜するように向けられている、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１２］
前記分流ポート（２１６）から前記内部チャンバ（２１０）に入る流れの中心軸線（２３０）が、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る主蒸気流の中心軸線（２３２）と交差する、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１３］
前記流体供給部が、中圧タービン（７０６，８０６）、高圧タービン（７０４，８０４）、および外部流体供給部（７０８）からなる群から選択される少なくとも１つを備え、前記外部流体供給部（７０８）は、前記分流供給導管（２１８）を介してのみ前記タービンシステム（７００，８００）に流体接続される、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１４］
前記流体供給部と前記分流ポート（２１６）との間に少なくとも１つのバルブをさらに備える、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１５］
前記分流ポート（２１６）への蒸気流の速度を制御するように構成された制御システムをさらに備える、実施態様８に記載のタービンシステム（７００，８００）。
［実施態様１６］
タービンシステム（７００，８００）にタービン蒸気入口を後付けする方法であって、前記方法は、
タービン入口（２６，２００，５００）の環状ハウジング（２０２）を通じて分流ポート（２１６）を開くステップと、
前記分流供給導管（２１８）を前記分流ポート（２１６）に接続するステップと、
前記分流供給導管（２１８）を流体供給部に接続するステップと
を含み、
前記タービン入口（２６，２００，５００）は、
外周を取り囲む周壁（２０４）および一対の軸線方向に離間した側壁（２０６，２０８）を有し、内部チャンバ（２１０）を画定する前記環状ハウジング（２０２）と、
蒸気を前記内部チャンバ（２１０）に送るために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通している、前記環状ハウジング（２０２）内の主入口ポート（２１２）と、
前記環状ハウジング（２０２）内の中心に配置され、蒸気を前記内部チャンバ（２１０）から前記タービンの第１段に通すために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通しており、中心軸線（２２４）を有する蒸気出口（２２０，５０２）と、
を有し、
前記分流ポート（２１６）を開くステップは、前記分流ポート（２１６）からの流れが前記蒸気出口（２２０，５０２）の前記中心軸線（２２４）と交差しないように傾斜した中心軸線（２３０）を有するように前記分流ポート（２１６）に対向するステップを含み、
前記流体供給部は、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る蒸気よりも高い圧力で流体を前記内部チャンバ（２１０）に供給するように構成される、
方法。
［実施態様１７］
前記流体供給部が、中圧タービン（７０６，８０６）、高圧タービン（７０４，８０４）、および外部流体供給部（７０８）からなる群から選択される少なくとも１つを備え、前記外部流体供給部（７０８）は、前記分流供給導管（２１８）を介してのみ前記タービンシステム（７００，８００）に流体接続され、前記流体供給部は、前記タービンよりも高い圧力で蒸気を収容するように構成されている、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記方法が前記流体供給部をタッピングするステップをさらに含み、前記流体供給部は、前記タービンシステム（７００，８００）の既存の部分である、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記分流ポート（２１６）から前記内部チャンバ（２１０）に入る前記流れの前記中心軸線（２３０）が、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る主蒸気流の中心軸線（２３２）と交差する、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２０］
前記分流ポート（２１６）からの前記流れの前記中心軸線（２３０）と前記主入口ポート（２１２）からの主蒸気流の前記中心軸線（２３２）との交差が、前記蒸気出口（２２０，５０２）と前記主入口ポート（２１２）との間にある、実施態様１６に記載の方法。

１０ タービン
１２ ロータ
１４ シャフト
１５ 内側ケーシング
１６ 外側ケーシング
２０ ブレード、回転ブレード
２２ ベーン
２４ 蒸気
２６ タービン入口
２００ 入口
２０２ ハウジング
２０４ 外周を取り囲む周壁
２０６ 側壁
２０８ 側壁
２１０ 内部チャンバ
２１２ 主入口ポート
２１４ 主蒸気供給導管
２１６ 分流ポート、分流入口
２１８ 分流供給導管
２２０ 蒸気出口
２２４ 中心軸線
２２８ 長手方向軸線
２３０ 中心軸線
２３２ 中心軸線
３０２ 静止ブレードキャリア
５００ タービン入口
５０２ 蒸気出口
５０４ 静止ブレード
５０６ 静止ブレードキャリア
７００ タービンシステム
７０２ 低圧タービン
７０４ 高圧タービン
７０６ 中圧タービン
７０７ 分流供給導管
７０８ 外部流体供給部
７１０ バルブ
７１２ コントローラ
８００ タービンシステム
８０２ 低圧タービン
８０４ 高圧タービン
８０６ 中圧タービン
８０７ 分流供給導管
８１０ バルブ
８１２ コントローラ

Claims (9)

1. タービン（１０）の第１段（Ｌ４）に蒸気流を供給するためのタービン入口（２００，５００）を含むシステムであって、前記タービン入口（２００，５００）が、
   外周を取り囲む周壁（２０４）及び一対の軸線方向に離間した側壁（２０６，２０８）とを有する環状ハウジング（２０２）であって、内部チャンバ（２１０）を画定する環状ハウジング（２０２）と、
   前記環状ハウジング（２０２）への主入口ポート（２１２）であって、蒸気を前記内部チャンバ（２１０）に送るために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通する主入口ポート（２１２）と、
   前記環状ハウジング（２０２）からの蒸気出口（２２０）であって、該蒸気出口（２２０）が、蒸気を前記内部チャンバ（２１０）から、前記タービン入口（２００，５００）の下流に流体連通したタービンの第１段に通すために前記内部チャンバ（２１０）と流体連通しているとともに、中心軸線（２２４）を有している、蒸気出口（２２０）と、
   前記環状ハウジング（２０２）への分流ポート（２１６）であって、該分流ポート（２１６）を出る流れは、その流れの中心軸線（２３０）が前記蒸気出口（２２０）の前記中心軸線（２２４）と交差するのを回避するように向けられる、分流ポート（２１６）と、
   前記分流ポート（２１６）を流体供給部と流体連通させて、前記流体供給部からの流体が前記内部チャンバ（２１０）内に供給されるようにする流体供給導管と
   を備えており、前記流体供給部が、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る蒸気よりも高い圧力で前記流体を前記内部チャンバ（２１２）に供給するように構成されており、前記分流ポート（２１６）から前記内部チャンバ（２１０）に入る流れの中心軸線（２３０）が、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る主蒸気流の中心軸線（２３２）と交差する、システム。
2. 前記分流ポート（２１６）がある領域を有し、前記主入口ポート（２１２）がある領域を有し、前記分流ポート（２１６）の前記領域は前記主入口ポート（２１２）の前記領域よりも小さい、請求項１に記載のシステム。
3. 前記分流ポート（２１６）からの前記流れが、前記主入口ポート（２１２）から前記内部チャンバ（２１０）に入る主蒸気流に向けられる、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 前記分流ポート（２１６）が、前記蒸気出口（２２０）の半径と少なくとも同じ大きさだけ、前記蒸気出口（２２０）の中心から偏心して対向する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記タービン入口（２００，５００）が分流供給導管（２１８）をさらに備えており、前記分流ポート（２１６）は、前記分流供給導管（２１８）を前記内部チャンバ（２１０）に結合する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記蒸気出口（２２０）が、ロータの中心軸線（２２４）の周りに同心に配置されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシステム。
7. タービンシステム（７００，８００）であって、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のシステムと、
   前記タービン入口の下流に配置され、前記蒸気出口（２２０）と流体連通するタービンと
   を備える、タービンシステム（７００，８００）。
8. 前記分流ポート（２１６）が、前記主入口ポート（２１２）の領域よりも小さい領域を有する、請求項７に記載のタービンシステム（７００，８００）。
9. 前記蒸気出口（２２０）が中心軸線（２２４）を有し、前記分流ポート（２１６）は周縁及び中心軸線（２３０）を有し、前記分流ポート（２１６）は、前記分流ポート（２１６）の前記中心軸線（２３０）に平行な前記周縁を通って延びるラインが前記蒸気出口（２２０）の前記中心軸線（２２４）と交差しないように向けられている、請求項７又は請求項８に記載のタービンシステム（７００，８００）。

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