(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械の高圧セクションを冷却するためのシステムを提供する。【解決手段】ボイラ２からターボ機械の第１段ノズルの上流のスペースに冷却蒸気を運ぶ導管８を含む。導管は、ターボ機械のハウジング２０及び第１段ノズルのノズルダイヤフラムを貫通して延びる。導管内に設けられかつ冷却蒸気の流れを制御する制御バルブ６を含む。ターボ機械は、ハウジングと、該ハウジング内に回転可能に支持されたタービンシャフトと、該タービンシャフトに沿って設置されかつハウジング内に収容された複数のタービン段とを含む。各タービン段は、ハウジングに取付けられたダイヤフラムを含む。ダイヤフラムは、複数のノズルを含む。孔が、冷却蒸気の導入のために複数の段の第１段の上流でダイヤフラム内に設けられる。ターボ機械の高圧セクションを冷却する方法は、少なくとも１つの孔を通して該ターボ機械内に冷却蒸気を導入するステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の高圧セクションを冷却するためのシステムであって、
前記ターボ機械のハウジング（２０）及び該ターボ機械の第１段ノズル（３０）のノズルダイヤフラム（２６）を貫通して延びかつボイラ（２）から前記第１段ノズルの上流のスペースに冷却蒸気を運ぶように構成された導管（８）と、
前記導管内に設けられかつ前記冷却蒸気の流れを制御するように構成された制御バルブ（６）と
を含むシステム。
【請求項２】
前記導管が第１の分岐管（８ａ）と第２の分岐管（８ｂ）とを含み、前記第１及び第２の分岐管の各々が前記ハウジング及びノズルダイヤフラムを貫通して延び、前記第１の分岐管及び第２の分岐管が、対向する位置で前記ハウジング及びノズルダイヤフラムを貫通して延びる、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記制御バルブが、前記第１及び第２の分岐管の上流に設けられる、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ノズルダイヤフラムの外側リング部分（２８）上に設けられかつ前記ターボ機械の主蒸気流から前記冷却蒸気流を分離するように構成されたストリップシールリング（１８）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記制御バルブが、前記ターボ機械の負荷に従って前記冷却蒸気流を制御するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
ハウジング（２０）と、
前記ハウジング内に回転可能に支持されたタービンシャフト（１０）と、
前記タービンシャフトに沿って設置されかつ前記ハウジング内に収容された複数のタービン段と
を含むターボ機械であって、各タービン段が前記ハウジングに取付けられたダイヤフラム（２６）を含み、前記ダイヤフラムが複数のノズル（３０）を含み、少なくとも１つの孔が、冷却蒸気の導入のために前記複数の段の第１段の上流で前記ダイヤフラム内に設けられる、ターボ機械。
【請求項７】
前記少なくとも１つの孔が、前記ダイヤフラム上の対向する位置に設けられた２つの孔を含みかつ該２つの孔を貫通する２つの導管をさらに含む、請求項１記載のターボ機械。
【請求項８】
ハウジング（２０）と、前記ハウジング内に回転可能に支持されたタービンシャフト（１０）と、前記タービンシャフトに沿って設置されかつ前記ハウジング内に収容された複数のタービン段とを含み、各タービン段が前記ハウジングに取付けられたダイヤフラム（２６）を含み、前記ダイヤフラムが、複数のノズル（３０）と前記複数の段の第１段の上流で該ダイヤフラム内に設けられた少なくとも１つの孔とを含むターボ機械の高圧セクションを冷却する方法であって、
前記少なくとも１つの孔を通して前記ターボ機械内に冷却蒸気を導入するステップ、
を含む方法。
【請求項９】
前記ターボ機械における負荷に従って、前記冷却蒸気の圧力が前記ノズルを通る該ターボ機械の主蒸気流の圧力よりも高くなるように該冷却蒸気の導入を制御するステップ、
をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記冷却蒸気を前記ターボ機械の主蒸気流から分離するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械のタービン内の金属応力を制限するためにボイラから供給する冷却蒸気の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第０１／８６１２１号には、蒸気タービンの高圧膨脹セクション内でシャフトを冷却する方法が開示されている。蒸気発生器は、シャフトを冷却するために該蒸気発生器から取出される冷却蒸気よりもそれぞれ高い温度及び低い圧力を有する生蒸気を生成するように構成される。高圧膨脹セクションには、冷却蒸気用供給源が設けられる。
【０００３】
特開平０９−２５０３０６号には、ボイラの中間段で生じる蒸気に高圧初期段ノズル出口漏洩蒸気を混合させて、中圧初期段バケットスタッド部の物質力が低下するのを防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開出願第０１／８６１２１号パンフレット
【特許文献２】特開平０９−２５０３０６号公報
【特許文献３】米国特許第４３０９８７３号明細書
【特許文献４】米国特許第６７７９９７２号明細書
【特許文献５】米国特許第６８９６４８２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態では、ターボ機械の高圧セクションを冷却するためのシステムは、ボイラからターボ機械の第１段ノズルの上流のスペースに冷却蒸気を運ぶように構成された導管を含む。導管は、ターボ機械のハウジング及び第１段ノズルのノズルダイヤフラムを貫通して延びる。本システムはさらに、導管内に設けられかつ冷却蒸気の流れを制御するように構成された制御バルブを含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、ターボ機械は、ハウジングと、該ハウジング内に回転可能に支持されたタービンシャフトと、該タービンシャフトに沿って設置されかつハウジング内に収容された複数のタービン段とを含む。各タービン段は、ハウジングに取付けられたダイヤフラムを含む。ダイヤフラムは、複数のノズルを含む。孔が、冷却蒸気の導入のために複数の段の第１段の上流でダイヤフラム内に設けられる。
【０００７】
本発明のさらに別の実施形態では、ターボ機械の高圧セクションを冷却する方法を提供する。ターボ機械は、ハウジングと、該ハウジング内に回転可能に支持されたタービンシャフトと、該タービンシャフトに沿って設置されかつハウジング内に収容された複数のタービン段とを含む。各タービン段は、ハウジングに取付けられたダイヤフラムを含む。ダイヤフラムは、複数のノズルと、複数の段の第１段の上流で該ダイヤフラム内に設けられた少なくとも１つの孔とを含む。本方法は、少なくとも１つの孔を通してターボ機械内に冷却蒸気を導入するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】高圧冷却システムの１つの実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態における蒸気が供給されているタービンの第１段上流ホイールスペースを示す概略図
【図３】本発明の実施形態におけるタービンの各段を通る冷却流の移動を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、ボイラは、ターボ機械のタービン２４に蒸気を供給するように構成されている。ボイラ２は、複数の過熱器又は再熱器を含む。図１に示すように、導管又はパイプ８は、ボイラ２の最終過熱器４に設けられて、タービン２４に冷却蒸気を供給する。
【００１０】
パイプ８は、タービン２４の負荷要件に従って冷却蒸気の流れ（冷却蒸気流（量））を調整する（制御）するのを可能にする制御バルブ６を有する。冷却蒸気流は、パイプ８に沿って移動し、タービン２４の外側ハウジング又はシェル２０を貫通して該タービン２４に供給される。パイプ８は、第１の分岐管８ａと第２の分岐管８ｂとに分岐される。
【００１１】
図２を参照すると、冷却蒸気は、第１及び第２の分岐管８ａ及び８ｂに沿ってタービン２４の外側シェル２０を貫通して第１段上流ホイールスペース内に導入される。図２には、第２の分岐管８ｂのみを示しているが、タービン２４の外側シェル２０の下半分には第１の分岐管８ａが設けられることを理解されたい。
【００１２】
図２を参照すると、タービン２４は複数の蒸気方向付けノズルを含む。図２に示すように、冷却蒸気パイプ８の第２の分岐管８ｂのすぐ下流には、第１段ノズル３０が設けられている。蒸気方向付けノズル３０は、ノズルダイヤフラム２６を含み、ノズルダイヤフラム２６は外側リング部分２８とノズルダイヤフラム内側リング部分２２とを含む。ノズルダイヤフラム２６は、ハウジング又はシェル２０に取付けられかつタービンブラケット又はブレード１４及ノズル３０を囲む。タービンブレード１４は、タービン２４のロータ１０のホイール１２上に支持される。
【００１３】
ノズルダイヤフラム内側リング部分２２は、該ノズルダイヤフラム内側リング部分２２とロータ１０の外側表面との間に設けられたシール１６を支持する。ノズルダイヤフラム外側リング２８は、タービンブレード１４を囲むスピルストリップシールリング１８を支持する。タービンブレード１４には、該タービンブレード１４の外側半径方向表面上にカバーを設けることができることを理解されたい。
【００１４】
図２に示すように、冷却蒸気は、導管又はパイプ８から第２の分岐管８ｂ内に供給され、タービン２４のハウジング又はシェル２０を貫通して第１段蒸留ホイールスペースに至る。冷却蒸気は、シェル２０の上及び下半分の両方内において、例えば該シェル２０及びノズルダイヤフラム２６内に穴をドリル加工し、かつステライト嵌合装置を使用することによって第１段ノズル３０の上流に供給される。
【００１５】
図３を参照すると、冷却蒸気流は、２つの分岐管８ａ及び８ｂを通ってタービン２４のシェル２０の高圧（ＨＰ）部分に流入し、次に第１段上流ホイールスペース内に導かれ、それによって第１段上流ホイールスペースを多量のより低温の蒸気で満たす。冷却流は次に、蒸気バランス孔を通って下流ホイールスペースに移動し、次にパッキンリング１６を通って第２段上流ホイールスペースに流れる。スピルストリップシールリング１８を使用して主蒸気流から冷却回路を分離する。これにより図３に示すような蛇行冷却構成が得られる。
【００１６】
高圧膨張タービン２４内において、高反動全周第１段を使用することによって冷却蒸気がタービン２４の高圧領域に供給され、またその圧力がタービン２４のスロットル圧力よりも高いことが必要な場合には冷却流がボイラ２から供給されるので、冷却蒸気により、タービン２４内の金属応力が制限される。
【００１７】
制御バルブ６は、タービン２４の負荷要件に合わせて冷却流を調整するのを可能にすることによって、該冷却流を制御するように使用される。これにより、タービン２４の性能を悪化させずに高効率低反動第１段の使用が可能になる。従って、図１〜図３に示す構成はタービン２４を広い負荷範囲にわたって作動させるのを可能にし、またボイラ２からの外部蒸気冷却流の使用はタービン２４の広い負荷範囲にわたる最大効率を可能にする。
【００１８】
現在、最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００１９】
２  ボイラ
４  最終過熱器
６  制御バルブ
８  冷却蒸気パイプ又は導管
８ａ  第１の分岐管
８ｂ  第２の分岐管
１０  ロータ
１２  ホイール
１４  タービンブレード
１６  パッキンリング
１８  ストリップシールリング
２０  外側ハウジング
２２  ノズルダイヤフラム内側リング部分
２４  タービン
２６  ノズルダイヤフラム
２８  ノズルダイヤフラム外側リング部分
３０  第１段ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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