(57)【要約】【課題】タービンでのガス漏出を制御するためのシステム、方法、及び装置を提供すること。【解決手段】タービン構成部品（２２０）の入口（２１２）からのガス逆流圧力を低減するよう各々が動作することができる複数のシール（２１４）を設けることができる。更に、１以上のチャンネル（２１６）は、ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール（２１４）内のそれぞれの地点からタービンのガス流路内の対応する地点に導くよう動作することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンでのガス漏出を制御するための方法であって、
タービンの入口からガス逆流圧力を低減するために複数のシールを直列に設ける段階（４０５）と、
ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール内のそれぞれの地点からタービンのガス流路内の対応する地点に導く１以上のチャンネルを設ける段階（４１０）と、
ガス逆流の一部を１以上のチャンネルを通してガス流路内の地点に導く段階（４１５）と
を含む方法。
【請求項２】
ガス逆流によって生成された正味スラストをタービンのガス流路によって生成された正味スラストとバランス調整する段階を更に含む、
請求項１記載の方法（４００）。
【請求項３】
ガス逆流によって生成された正味スラストをタービンの流路によって生成された正味スラストとバランス調整する段階が、複数のシールの各々に関連するそれぞれの半径を調整する段階を含む、請求項２記載の方法（４００）。
【請求項４】
１以上のチャンネルを設ける段階（４１０）が、タービンのケーシング内に１以上のチャンネルを設ける段階を含む、請求項１記載の方法（４００）。
【請求項５】
１以上のチャンネルを設ける段階（４１０）が、タービンのロータ内に１以上のチャンネルを設ける段階を含む、請求項１記載の方法（４００）。
【請求項６】
複数のシール内のそれぞれの地点の１つにおけるガス逆流圧力が、ガス流路内の対応する地点におけるガス流路の圧力にほぼ等しい、請求項１記載の方法（４００）。
【請求項７】
複数のシールを設ける段階（４０５）が、約４〜約６つのシールを設ける段階を含む、請求項１記載の方法（４００）。
【請求項８】
タービンでのガス漏出を制御するためのシステム（２００）であって、
直列に配列され、タービンの入口（２１２）からのガス逆流圧力を低減するよう各々が動作可能な複数のシール（２１４）と、
ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール（２１４）内のそれぞれの地点からタービンのガス流路内の対応する地点に導くように動作し得る１以上のチャンネル（２１６）と
を備えるシステム（２００）。
【請求項９】
ガス逆流によって生成された正味スラストが、タービンのガス流路によって生成された正味スラストと近似的にバランス調整される、請求項８記載のシステム（２００）。
【請求項１０】
近似的バランス調整が、複数のシール（２１４）の各々に関連するそれぞれの半径を調整することによって促進される、請求項９記載のシステム（２００）。
【請求項１１】
１以上のチャンネル（２１６）が、タービンのケーシング内に１以上のチャンネルを含む、請求項８記載のシステム（２００）。
【請求項１２】
１以上のチャンネル（２１６）が、タービンのロータ（２０４）内に１以上のチャンネルを含む、請求項８記載のシステム（２００）。
【請求項１３】
複数のシール（２１４）内のそれぞれの地点の１つにおけるガス逆流圧力が、ガス流路内の対応する地点におけるガス流路の圧力にほぼ等しい、請求項８記載のシステム（２００）。
【請求項１４】
複数のシール（２１４）が、約４〜約６つのシールを含む、請求項８記載のシステム（２００）。
【請求項１５】
タービン（３００）において、
ケーシングと、
ロータ（３０４）及び該ロータ（３０４）から延びる複数の回転ブレード（３０６）を有するタービン構成部品（３０２）と、
タービン構成部品（３０２）にガス流を提供する入口（３１２）と、
直列に配列され、タービン構成部品（３０２）からガス逆流を受けて該ガス逆流の圧力を低減するように動作し得る複数のシール（３１４）と、
ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール（３１４）内のそれぞれの地点からタービン構成部品（３０２）のガス流路内の対応する地点に導くように動作し得る１以上のチャンネル（３１６）と
を備えるタービン（３００）。
【請求項１６】
ガス逆流によって生成された正味スラストが、タービン（３００）のガス流路によって生成された正味スラストと近似的にバランス調整される、請求項１５記載のタービン（３００）。
【請求項１７】
近似的バランス調整が、複数のシール（３１４）の各々に関連するそれぞれの半径を調整することによって促進される、請求項１５記載のタービン（３００）。
【請求項１８】
１以上のチャンネル（３１６）が、タービン（３００）のケーシング内に１以上のチャンネルを含む、請求項１５記載のタービン（３００）。
【請求項１９】
１以上のチャンネル（３１６）が、タービン（３００）のロータ（３０４）内に１以上のチャンネルを含む、請求項１５記載のタービン（３００）。
【請求項２０】
複数のシール（３１４）内のそれぞれの地点の１つにおけるガス逆流圧力が、ガス流路内の対応する地点におけるガス流路の圧力にほぼ等しい、請求項１５記載のタービン（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、全体的にタービンに関し、より具体的には、タービンにおけるガス漏出を制御するシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは通常、直列に配列された複数のタービン段を含む。各段は、回転構成部品と静止固定部品とを含むことが多い。これらの段の各々においてガス流路からエネルギーが抽出されて回転構成部品の回転エネルギーに変換され、結果として個々の段の各々の前後で圧力低下を招く。個々の段の各々の前後におけるこの圧力低下は、タービン内の正味スラストをもたらす。タービンに作用する機械的応力を低減するために、多くの場合、発生するスラストをバランス調整することが望ましい。
【０００３】
更に、種々の段からのエネルギーの抽出は、個々の段、個々のケーシング、及びタービン全体の各々における損失を伴う。例えば、タービンの高圧（ＨＰ）段に関連するケーシングにおいて、損失は、最終段及び段間の漏出の形態で発生する可能性がある。漏出は、静止又は回転タービン構成部品の何れかをバイパスするガス流（蒸気流など）とすることができる。漏出流れには、例えば、段間パッキング又は最終段パッキングなどの漏出制御装置を通る流れ、先端流出、膨張継手及び静止ブレードキャリアシールを通る漏出、若しくは水平継手に沿った漏出が含まれる。漏出流れは、蒸気通路の流出量を低減し、流れによって行われる仕事量の減少につながり、結果としてタービン性能に影響を及ぼす。
【０００４】
漏出流れは、タービン性能の劣化につながることが多い。タービン内での漏出流れを低減又は最小限にする試みが行われている。例えば、漏出通過を最小限にする試みは、パッキングシール直径及び／又はタービンの種々の段におけるタービンの回転及び静止構成部品間のクリアランスを最少にすることによって行われている。これらの試みは、漏出漏れの低減をもたらすことができるが、依然としてタービン内に比較的かなりの漏出漏れが残る場合がある。
【０００５】
従って、タービンにおける漏出を制御するための方法、システム、及び装置に対する必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一実施形態では、タービンでのガス漏出を制御するための方法が開示される。本方法は、タービンの入口からガス逆流を低減するために複数のシールを直列に設ける段階を含むことができる。本方法は更に、ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール内のそれぞれの地点からタービンのガス流路内の対応する地点に導く１以上のチャンネルを設ける段階を含むことができる。ガス逆流の一部は、１以上のチャンネルを通してガス流路内の地点に導くことができる。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、タービンでのガス漏出を制御するためのシステムが開示される。本システムは、複数のシール及び１以上のチャンネルを含むことができる。複数のシールは直列に配列することができ、ここで複数のシールの各々は、タービンの入口からのガス逆流を低減するよう動作することができる。１以上のチャンネルは、ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール内のそれぞれの地点からタービンのガス流路内の対応する地点に導くよう動作することができる。
【０００８】
本発明の更に別の実施形態では、タービンが開示される。タービンは、ケーシング、タービン構成部品、入口、複数のシール、及び１以上のチャンネルを含むことができる。ケーシングは、タービン構成部品を囲み又は包む。タービン構成部品は、ロータ、及びロータから延びる複数の回転ブレードを含むことができる。タービン構成部品は、入口と流体連通することができ、入口は、タービン構成部品にガス流を提供することができる。複数のシールは、入口に近接して直列に配列することができ、複数のシールは、ガス逆流を低減するよう動作することができる。１以上のチャンネルは、ガス逆流の少なくとも一部を複数のシール内のそれぞれの地点からタービン構成部品のガス流路内の対応する地点に導くよう動作することができる。
【０００９】
本発明の他の実施形態、態様、及び特徴は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の請求項から当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の種々の実施形態に従って利用することができる１つの例示的な実施例の概略図。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、ガス漏出を制御することができる蒸気タービンの例示的な部分の断面図。
【図３】本発明の別の例示的な実施形態による、ガス漏出を制御することができる蒸気タービンの別の例示的な部分の断面図。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、タービンでのガス漏出を制御するための１つの例示的な方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以上において本発明を概略的に説明してきたが、ここで添付図面を参照する。
【００１２】
次に、本発明の全てではなく一部の実施形態を示している添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を以下でより詳細に説明する。実際に、本発明は、多くの様々な形態で具現化することができ、本明細書で記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、むしろこれらの実施形態は、本開示が適用可能な法適要件を満足するように提供される。全体を通じて同様の参照符号は同じ要素を示す。
【００１３】
タービンにおける漏出を制御するためのシステム、方法、及び装置が開示される。本発明の種々の実施形態は、直列に配列され、タービンの１以上の構成部品においてガス逆流を受けるように動作し得る複数のシールを含むことができる。特定の実施形態では、複数のシールは、複数のパッキングリングを含むことができる。ガス逆流の圧力は、ガス逆流が複数のシール又はパッキングリングにわたって流れるときに減少させることができる。複数のシールは、タービン構成部品の入口付近に配置又は位置付けることができ、１以上のチャンネルと流れ連通することができる。１以上のチャンネルは、複数のシール内のそれぞれの地点からガス逆流の少なくとも一部をタービンのガス流路内の対応する地点に導くように動作することができる。ガス流路内へのガス逆流の一部の再注入は、タービンの性能及び効率を改善することができる。加えて、複数のパッキングリングは、複数のシールにわたるスラストの発生を促進するために種々のパッキング直径で設計してもよい。発生したスラストは、タービン構成部品内で発生するスラストを少なくとも部分的にバランス調整することができる。
【００１４】
本明細書で説明される本発明の構成部品の技術的作用は、タービン構成部品においてガス流によって発生するスラスト荷重をバランス調整するよう、複数のシールを直列に配列して設けることができることである。この構成は、タービン構成部品に関連して大きなスラスト軸受を利用するか、又はピストンをバランス調整する必要性を排除することができる。加えて、複数のシールは、タービン構成部品の相対的に高い圧力入口からガス逆流を低減するよう動作することができる。複数のシールにわたるタービン構成部品の入口から漏出する可能性のある逆流の一部は、１以上のチャンネルを通してタービン構成部品のガス流路に戻すよう配向することができる。従って、漏出逆流は、廃棄することが許容されず、タービン構成部品に戻るように配向されてタービン構成部品において仕事を生成する。従って、複数のシールの使用は、性能を向上させると同時に、タービン構成部品の安定性を確保する技術的作用を有することができる。
【００１５】
図１は、本発明の種々の実施形態に従って利用することができる１つの例示的な蒸気タービン１００の概略図である。図１は、例えば、発電用途のような、様々な用途で使用することができる１つの例示的な蒸気タービン１００の構造の概要を示している。図１に示す例示的な蒸気タービン１００は、３つの主要セクション、すなわち高圧（ＨＰ）セクション１０２、中圧（ＩＰ）セクション１０４、及び低圧（ＬＰ）セクション１０６を含む。ＨＰセクション１０２、ＩＰセクション１０４、及びＬＰセクション１０６は、１以上の圧力ケーシング（図示せず）によって囲むことができ、更に、共通のロータ１０８により結合することができ、該ロータ１０８は、発電のために発電機（図示せず）に動作可能に結合することができる。更に、ＨＰセクション１０２、ＩＰセクション１０４、及びＬＰセクション１０６の各々は、ロータ１０８に沿って配置された１以上の段を含むことができる。１以上の段は各々、ノズルを形成する複数の固定ブレードと、ロータ１０８から延びる複数の回転ブレード（図示せず）とを含むことができる。本発明の種々の実施形態において、ロータ１０８は、蒸気タービン１００の効率を向上させるために可変の断面を含むことができる。本発明の種々の実施形態を利用するタービンにおいて、あらゆる数のセクション及び／又は段を含めることができる。加えて、本発明の種々の実施形態は、広範な異なるタービン（例えば、蒸気タービン、ガスタービン、その他）と関連して利用することができる。
【００１６】
図１に示す蒸気タービン１００において、流入蒸気は、タービン１００のタービン構成部品を駆動することができる。ＨＰセクション１０２の流出蒸気の少なくとも一部は、再熱器（図示せず）に吐出することができ、次いで、ＩＰセクション１０４、続いてＬＰセクション１０６に送られ、タービン１００の１つのセクションから別のセクションに蒸気が移動するときに圧力が失われる。各セクションの入口及び出口前後での圧力の損失は、蒸気流の方向に沿った各セクションにおいてスラストを発生することができる。
【００１７】
圧力の損失は、タービン１００のＨＰセクション１０２において、最も顕著とすることができ、従って、他の２つのセクションと比べて、相対的に大きなスラストを生じさせる。
【００１８】
蒸気タービン１００は、ボイラー（図示せず）から比較的高温及び高圧の蒸気を受け取ることができる。流入蒸気は、入口１１０を通って蒸気タービン１００のＨＰセクション１０２に流入することができ、その結果、流入蒸気は、ノズルを通ってロータ１０８の回転ブレード上に案内され、回転エネルギーを生成することができる。１つの例示的な実施形態では、流入蒸気は、ロータ１０８に約３６００（回転／分）の回転速度を与えることができる。回転エネルギーの生成は、タービン１００のＨＰセクション１０２にわたる流入蒸気の圧力及び温度の損失に関連付けることができる。従って、ＨＰセクション１０２の出口１１２を通って流出する蒸気は、比較的低温とすることができ、流入蒸気と比べて比較的低圧とすることができる。本発明の特定の実施形態では、流出蒸気の少なくとも一部は、再熱のためにボイラーに入ることができるが、残りの部分は、冷却の目的でＩＰセクション１０４に配向することができる。加えて、ボイラーからの再熱蒸気は更に、ＩＰセクション１０４の入口に配向することができる。
【００１９】
更に、比較的低圧でＩＰセクション１０４に流入した後の再熱蒸気は、ロータ１０８上で仕事を行うことができ、続いて、出口を通ってＬＰセクション１０６に吐出することができる。
【００２０】
蒸気タービン１００の運転中、ロータ１０８は、蒸気タービン１００の１以上のセクションを囲むケーシングの圧力境界を透過することができる。結果として、ケーシングは、透過点でシールされ、ケーシング圧力が周囲圧力を超える場合に、あるロケーションでケーシングから蒸気が逃げるのを防ぎ、ケーシング圧力が周囲圧力を下回る場合に、ケーシング内に空気が漏出するのを防ぐことができる。従って、本発明の種々の実施形態において要望通りに、複数のシール１１４をロータ１０８の回りで利用することができる。１つの例示的な実施形態では、複数のシール１１４を蒸気タービン１００のセクション（例えば、ＨＰセクション、ＩＰセクション）の比較的高圧入口に近接して設けて、比較的高圧の蒸気がセクションから逃げるのを防ぐことができる。
【００２１】
図２は、本発明の例示の実施形態による、ガス漏出を制御することができる蒸気タービンの例示的な一部２００の断面図である。図２は、図１に示す蒸気タービン１００のような、蒸気タービンのＨＰセクション２０２を示しているが、図２に関して説明された本発明の実施形態は、限定ではないが、ガスタービン、蒸気タービン、その他を含む様々なタービンに適用することができ、また、高圧（ＨＰ）セクション、中圧（ＩＰ）セクション、及び低圧（ＬＰ）セクションなど、タービンの様々なセクションに適用することができる。
【００２２】
図２を参照すると、蒸気タービンのＨＰセクション２０２は、ケーシング（図示せず）などの静止構成部品内に内包された、ロータ２０４などの回転構成部品を含むことができる。複数の回転タービンブレード２０６は、ロータ２０４上に装着することができ、ケーシングに向かって半径方向に延びることができる。これらの回転タービンブレード２０６は、静止ステータブレード２０８の隣接する列間に配置することができ、該ブレードは、ケーシングからロータ２０４に向かって半径方向内向きに延びる。特定の実施形態では、ロータ２０４は、該ロータ２０４の軸線に沿って配置された少なくとも１つの半径方向段部２１０を備えた可変断面積を有することができる。通常運転中、蒸気は、ボイラー（図示せず）から蒸気タービン内に入り、ＨＰ入口２１２を通ってＨＰセクション２０２に流入することができる。流入蒸気は、比較的高圧力を有することができる。１つの例示的な実施形態では、流入蒸気は、約２０００ｐｓｉの圧力を有することができる。流入蒸気は、静止ステータブレード２０８を通過している間に加速され、次いで、回転タービンブレード２０６を通過するときに膨張することができる。静止ステータブレード２０８は、流入蒸気のポテンシャルエネルギーを運動エネルギーに変換し、加速された流れを回転タービンブレード２０６上に配向するよう動作することができる。その後、回転タービンブレード２０６は、流れの運動エネルギーを衝撃力及び反動力に変換し、回転タービンブレード２０６にわたる圧力低下を生じさせ、従って、ロータ２０４の回転をもたらすことができる。この圧力低下は、蒸気流の方向にスラストを生じさせることができる。
【００２３】
更に、タービン構成部品２００内で補償スラストを生成することができる。補償スラストは、パッキングリング又はシール直径と蒸気通路の内側根元直径との間の種々の半径方向段部によって生成することができる。従って、複数のシール２１４は、ＨＰ入口２１２に近接し且つ蒸気流とは反対の方向で利用し、補償スラストを調整して、蒸気流路に沿った蒸気流によって生成されたスラストを少なくとも部分的にバランス調整することができる。幾つかの実施形態では、複数のシール２１４は、蒸気流路に沿った蒸気流によって生成されたスラストに対して補償スラストを近似的にバランス調整可能にすることができる。本発明の特定の実施形態において、複数のシール２１４は、複数のパッキングリングを含むことができる。本発明の種々の実施形態で所望に応じて、あらゆる数のパッキングリングを利用することができる。例えば、図２に示すように、複数のシール２１４は、４つのパッキングリングを含むことができる。パッキングリングの各々は、それぞれの半径を有することができる。例えば、４つのパッキングリングは、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４の半径を有することができる。加えて、特定の実施形態では、パッキングリングは、蒸気流によって発生したスラストのバランス調整を可能にし、更にＨＰセクション２０２のＨＰ入口２１２からの蒸気逆流を低減するよう直列に配列又は配置することができる。半径方向段部２１０に関連する段部区域は、Ｒ１とＲ２の半径差があるので、発生する補償スラストは、シール２１４の半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４によって制御することができる。補償スラストは、複数のシールの各々にわたる圧力低下と何れかの２つの隣接するシール間の段部区域との積の合計として定義することができる。本発明の種々の実施形態の要求に応じて、シール２１４の半径を調整することによって、補償スラストを調整することができる。
【００２４】
加えて、複数のシール２１４の各々は、蒸気逆流を複数のシール２１４内のそれぞれの地点から蒸気又はガス流路の下流側の対応する圧力地点に導くよう動作することができる、蒸気タービンのケーシング内の１以上のチャンネル２１６と流体連通することができる。１つの例示的な実施形態では、複数のシール２１４内のそれぞれの地点の１つにおける逆流圧力は、蒸気流路内の対応する地点における蒸気流路の圧力にほぼ等しいとすることができる。本発明の特定の実施形態の要求に応じて、ガス流路内の対応する圧力地点は、ＨＰセクション２０２の様々な段に関連する地点とすることができ、ここでの圧力は、複数のシール２１４内のそれぞれの地点における圧力にほぼ等しいとすることができる。例えば、複数のシール２１４における第１の地点（例えば、第１のパッキングリングの出口）での逆流の圧力は、ガス流路内の対応する地点でのタービン構成部品のガス流路における蒸気の圧力にほぼ等しいとすることができる。複数のシールにおける第１の地点での逆流の一部は、チャンネルを通じて流れることができ、同様の圧力を有するガス流路内の対応する地点でタービン構成部品２００のガス流路内に再導入することができる。この点に関して、逆流の少なくとも一部が取り込まれ、タービン構成部品２００のガス流路内に再導入することができる。比較的低圧でのＨＰセクション２０２の様々な段における蒸気流路の下流側にある漏出蒸気の再注入は、これらの段において蒸気により実施される仕事を増大させ、その結果、蒸気タービン全体の効率を向上させるように動作することができる。
【００２５】
本発明の種々の実施形態において、１以上のチャンネルは、ガス逆流の一部をガス流路に注入するために設けることができる。ケーシングを通じて逆流又は漏出蒸気を配向するのに利用することができる１以上のチャンネル２１６の１つの実施例は、蒸気タービンのケーシングの回りで円周方向に間隔を置いて配置されるパイプ又は他のガス流路とすることができる。更に、１以上のチャンネル２１６は、少なくとも１つのバルブ２１８を含むことができ、該バルブは、蒸気をガス流路内に再注入することを可能にするよう選択的に開放することができる。例えば、少なくとも１つのバルブ２１８は、蒸気タービンが定常運転に達したときに開放することができる。
【００２６】
更に、入口２１２に近接して設けられるシール２１４の数は、ＨＰセクション２０２の長さに応じて変えることができる。ＨＰセクション２０２の全長は固定されているので、シール２１４の数が増えると、ＨＰセクション２０２の段数が減少することにつながる。そのため、シール２１４の数の増加が漏出流れを低減するよう機能するにもかかわらず、段数の減少によって、ＨＰセクション２０２において実施される膨張仕事が低減される可能性がある。或いは、段数が増加すると、ＨＰセクション２０２において実施される仕事は増大するが、シール２１４の数が減少することは、漏出流れの増大及び蒸気タービンの効率の低下を意味することになる。従って、例示的な実施形態では、約４〜約６つのシールによって蒸気タービンの最適性能を提供することができる。
【００２７】
ＨＰタービンセクション２０２全体を通って流れた後の蒸気は、流入蒸気と比べて相対的に低い温度及び圧力でＨＰタービンセクション２０２の低圧出口２２０で吐出することができる。１つの例示的な実施形態では、低圧出口２２０での流出蒸気は、ほぼ６００ｐｓｉの圧力を有することができる。流出蒸気の一部は、再熱のためにボイラーに吐出することができるが、残りの部分は、冷却の目的でＩＰセクション（図示せず）に配向することができる。
【００２８】
図３は、本発明の別の例示的な実施形態に従ってガス漏出を制御することができる蒸気タービン３００の一部の断面図である。蒸気タービン構成部品３００は、複数のタービン段を備えたＨＰセクション３０２を含むケーシング（図示せず）と、回転構成部品とを備える。図３に示す蒸気タービン構成部品３００のＨＰセクション３０２に関して説明される本発明の実施形態は、単なる例証に過ぎず、図３に関して説明されるシステム及び方法は、ガスタービン、蒸気タービン、その他などの異なるタイプのタービンに適用することができ、更に、高圧（ＨＰ）セクション、中圧（ＩＰ）セクション、及び低圧（ＬＰ）セクションなどの蒸気タービンの様々なセクションに適用することができる。
【００２９】
図３を参照すると、ケーシングに内包されるロータ３０４などの回転構成部品は、ロータ３０４上に装着され、ケーシングに向かって半径方向に延びる複数の回転タービンブレード３０６を含むことができる。ＨＰセクション３０２のタービン段の各々は、ケーシングからロータ３０４に向かって半径方向内向きに延びる、静止ステータブレード３０８の隣接する列間に配置された回転タービンブレード３０６の少なくとも１つのセットを含むことができる。特定の実施形態では、ロータ３０４は、ロータ３０４の軸線に沿って配置された少なくとも１つの半径方向段部３１０を備えた可変断面積を有することができる。通常運転中、蒸気は、関連するボイラーからタービン構成部品３００に入り、ＨＰ入口３１２を通ってＨＰセクション３０２内に進むことができる。各タービン段において、流入蒸気は、静止ステータブレード３０８を通って加速され、次いで、蒸気が回転タービンブレード３０６を通過するときに膨張することができる。各段における静止ステータブレード３０８は、流入蒸気のポテンシャルエネルギーを運動エネルギーに変換し、加速された流れを回転タービンブレード３０６上に配向するよう動作することができる。その後、回転タービンブレード３０６は、流れの運動エネルギーを衝撃力及び反動力に変換し、回転タービンブレード３０６にわたる圧力低下を生じさせ、従って、ロータ３０４の回転をもたらすことができる。各段におけるこの圧力低下は、蒸気流の方向にスラストを発生することができる。
【００３０】
更に、タービン構成部品３００内で補償スラストを生成することができる。特定の実施形態において、補償スラストは、パッキングシール直径と蒸気通路の内側根元直径との間の種々の半径方向段部によって生成することができる。従って、複数のシール３１４は、ＨＰ入口３１２に近接し且つ蒸気流とは反対の方向で利用し、補償スラストを調整して、蒸気流路の方向に沿った蒸気によって生成されたスラストを少なくとも部分的にバランス調整することができる。特定の実施形態において、補償スラストは、蒸気流路の方向に沿った蒸気によって生成されたスラストを近似的にバランス調整することができる。図３に示す１つの例示的な構成において、シール３１４は、蒸気流によって発生したスラストをバランス調整し、更にＨＰセクション３０２のＨＰ入口３１２からの蒸気逆流を低減するよう直列に配置することができる。補償スラストは、シール３１４の半径に依存することができる。従って、蒸気タービンのＨＰセクション３０２のスラストバランス調整は、シール３１４の半径を最適化することによって達成することができる。
【００３１】
加えて、シール３１４の各々は、タービン構成部品３００のロータ内の１以上のチャンネル３１６と流体連通することができ、シール３１４内のそれぞれの地点からＨＰセクション３０２のガス流路における対応する圧力地点に導くよう動作することができる。１つの例示的な実施形態において、シール３１４内のそれぞれの地点の１つにおける逆流圧力は、ガス流路内の対応する地点における蒸気流路の圧力にほぼ等しいとすることができる。ガス流路内の対応する地点は、ＨＰセクション３０２の様々な段に関連する地点とすることができ、ここでの圧力は、シール３１４内のそれぞれの地点における圧力にほぼ等しいとすることができる。例えば、複数のシール３１４における第１の地点（例えば、第１のシールの出口）での逆流の圧力は、ガス流路内の対応する地点でのタービン構成部品のガス流路における蒸気の圧力にほぼ等しいとすることができる。複数のシールにおける第１の地点での逆流の一部は、チャンネルを通じて流れることができ、同様の圧力を有するガス流路内の対応する地点でタービン構成部品３００のガス流路内に再導入することができる。この点に関して、逆流の少なくとも一部が取り込まれ、タービン構成部品３００のガス流路内に再導入することができる。比較的低圧でのＨＰセクション３０２の様々な段における蒸気流路の下流側にある漏出蒸気の再注入は、これらの段において蒸気により実施される仕事を増大させ、その結果、タービン構成部品３００の全体の効率を向上させるように動作することができる。逆流又は漏出蒸気をロータ３０４を通して配向するのに使用されるチャンネル３１６の１つの実施例は、タービン構成部品３００のロータ３０４内部に円周方向に間隔を置いて配置された溝又は他のガス流路とすることができる。更に、１以上のチャンネル３１６は、少なくとも１つのバルブ３１８を含むことができ、該バルブは、最初に蒸気タービンが始動するときには閉鎖され、定常運転が達成されたときに蒸気をガス流路内に再注入可能にするよう選択的に開放することができる。
【００３２】
更に、入口３１２に近接して設けられるシール３１４の数は、ＨＰセクション３０２の長さに応じて変えることができる。ＨＰセクション３０２の全長は固定されているので、シール３１４の数が増えると、ＨＰセクション３０２の段数が制限されることになる。そのため、この構成は漏出流れを低減することができるが、ＨＰセクション３０２において実施される膨張仕事が低減されることにより、エンジンの性能に影響を及ぼす結果となる可能性がある。或いは、段数が増加した構成は、ＨＰセクション３０２において実施される仕事を増大させることができるが、シール３１４の数が減少することは、漏出流れの増大及び損失が生じ、従って、蒸気タービン３００の性能に影響を及ぼす可能性がある。従って、例示的な実施形態では、約４〜約６つのシールを利用する構成は、蒸気タービンの最適性能を提供することができる。
【００３３】
ＨＰタービンセクション３０２全体を通って流れた後の蒸気は、流入蒸気と比べて相対的に低い温度及び圧力でＨＰタービンセクション３０２の低圧出口３２０で吐出することができる。流出蒸気の一部は、再熱のためにボイラーに吐出することができるが、残りの部分は、冷却の目的でＩＰセクション（図示せず）に配向することができる。
【００３４】
図４は、本発明の例示的な実施形態による、タービンを監視するための１つの例示的な方法４００を示すフローチャートである。
【００３５】
方法４００は、ブロック４０５で始まることができる。ブロック４０５では、タービンの入口からガス逆流を低減するために、直列になった複数のパッキングリングを設けることができる。タービンは、ロータなどの回転組立体を有するタービン構成部品を包むケーシングを含むことができる。タービン構成部品の高圧入口を通るガスの流れの一部は、ガス流路とは反対の方向に流れることができる。従って、タービンのＨＰ入口に近接し且つガス流路とは反対側で複数のパッキングリングを利用して、後方ガス流に蛇行経路を提供することによってガス逆流を低減することができる。加えて、パッキングリングの半径を調整／最適化し、補償スラストを発生させて、ガス流路によって発生したスラストをバランス調整することができる。１つの例示的な実施形態では、約４〜約６つのパッキングリングを利用して、補償スラストを生成し、後方へのガス流を低減することができる。高圧入口からのガス逆流を低減するためにパッキングリングを直列に配列したことに続き、動作はブロック４１０に進むことができる。
【００３６】
ブロック４１０では、ガス逆流の少なくとも一部を複数のパッキングリング内のそれぞれの地点からタービンのガス流路内の対応する地点に導くことができる、１以上のチャンネルを設けることができる。ブロック４０５で直列に配列されたパッキングリングは、１以上のチャンネルと流体連通することができる。１つの例示的な実施形態では、タービンのケーシング内に１以上のチャンネルを設けることができる。他の実施形態では、１以上のチャンネルは、タービンのロータ内に設けることができる。更に、１以上のチャンネルは、漏出流れを複数のパッキングリング内のそれぞれの地点からガス流路における対応する地点又は段に配向するよう動作することができる。１以上のチャンネルを通る漏出漏れの再注入は、タービンの様々な段で実施される仕事を増大させ、従って、タービンが発生する全体の出力が向上する。タービンの様々な段において漏出漏れによって実施される仕事量は、漏出流れがガス流路内に再注入される段の圧力に依存することができる。１以上のチャンネルを用いて漏出逆流をガス流路内に配向することに続いて、動作はブロック４１５に進むことができる。
【００３７】
ブロック４１５において、ガス逆流の一部は、１以上のチャンネルを通してガス流路内の地点に配向される。タービン構成部品の入口が高圧であることに起因して逆流するガスの一部は、パッキングリング内のそれぞれの地点から１以上のチャンネルによってガス流路内の対応する地点に導くことができる。
【００３８】
方法４００は、ブロック４１５の後に終了することができる。
【００３９】
図４の方法４００で説明された動作は、必ずしも図４に記載の順序で実行する必要はなく、どのような好適な順序で実施してもよい。加えて、本発明の特定の実施形態では、図４に記載の全てよりも多いか又は少ない要素又は動作を実施することができる。
【００４０】
本発明の実施形態は、蒸気タービン、ガスタービン、及び同様のものなどの様々なタイプのタービンに適用することができる。更に、本発明の実施形態はまた、蒸気タービンの高圧セクション、中圧セクション、及び低圧セクションなど、タービンの様々なセクション内で用いることができる。上述の明細書において取り上げられ／提供されたあらゆる実施例は、単に説明の目的で提供され、どのようにも本発明の範囲を限定するものではないことは明らかであろう。
【００４１】
現時点で最も実用的且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、逆に添付の請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。
【００４２】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起され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、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１００  蒸気タービン
１０２  ＨＰセクション
１０４  ＩＰセクション
１０６  ＬＰセクション
１０８  ロータ
１１０  ＨＰ入口
１１２  出口
１１４  シール
２００  システム
２０２  ＨＰセクション
２０４  ロータ
２０６  回転タービンブレード
２０８  静止ステータブレード
２１０  半径方向段部
２１２  ＨＰ入口
２１４  シール
２１６  チャンネル
２１８  バルブ
２２０  出口
３００  タービン
３０２  ＨＰセクション
３０４  ロータ
３０６  回転タービンブレード
３０８  静止ステータブレード
３１０  半径方向段部
３１２  ＨＰ入口
３１４  シール
３１６  チャンネル
３１８  バルブ
３２０  出口
４００  方法
４０５  ブロック
４１０  ブロック
４１５  ブロック
【図１】
2010169091.tif 000003
【図２】
2010169091.tif 000004
【図３】
2010169091.tif 000005
【図４】
2010169091.tif 000006