(57)【要約】      （修正有）【課題】回転機械と共に使用される漏れ流れガイドベーンアセンブリを提供する。【解決手段】回転機械１０の固定ブレード２６は、翼形部４４と、翼形部４４の半径方向内側端部に結合された固定部４２と、固定部４２に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリ２００とを含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリ２００を構成する複数のガイドベーンの間の通路は、そこを通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている。これにより、漏れ流路４８内の蒸気が、固定ブレード２６と下流側のロータブレード１４との間のギャップ５６を通って主流路４６に戻るときに、接線速度または旋回速度を誘起させることが容易になり、下流側のロータブレード１４上で蒸気の漏れ流れに発生する損失を低減させて、回転機械の全体効率を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械（１０）用の固定ブレード（２６）であって、前記固定ブレード（２６）は、
翼形部（４４）と、
前記翼形部（４４）の半径方向内側端部に結合された固定部（４２）と、
前記固定部（４２）に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）であって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）は内部に画定された複数の通路（２０３，３０５，４０３）を含み、前記複数の通路（２０３，３０５，４０３）は前記通路（２０３，３０５，４０３）を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている、漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）と
を備える、固定ブレード（２６）。
【請求項２】
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、第１の端部（２０４，３０６，４０４）から反対側の自由な第２の端部（２０６，３０８，４０６）まで軸方向に延びる複数のガイドベーン（２０２，４０２）を備え、前記第１の端部（２０４，３０６，４０４）は前記固定部（４２）の下流側端部（５２）に結合されている、請求項１に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項３】
前記ガイドベーン（２０２，４０２）の各々が、前記固定部（４２）の底面（５４）から半径方向外向きに延びる第１の部分（２０８，３１６，４０８）と、前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）に対して周方向に延びる第２の部分（２１０，３１８）とを含む、請求項２に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項４】
前記各ガイドベーン（２０２，４０２）のうちの少なくとも１つの前記第２の部分（２１０，３１８）が、前記ガイドベーン（２０２，４０２）の少なくとも１つの前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）に対して所定の角度で周方向に延び、隣接するガイドベーン（２０２，４０２）の前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）と半径方向に重なる、請求項３に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項５】
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、本体（３０２）を貫通して画定される複数の開口部を有する本体（３０２）を備え、前記複数の開口部は前記複数の通路（２０３，３０５，４０３）を画定する、請求項１に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項６】
前記複数の開口部が前記本体（３０２）を貫通して所定の半径方向角度で延びている、請求項５に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項７】
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、第１の端部（２０４，３０６，４０４）から反対側の自由な第２の端部（２０６，３０８，４０６）まで実質的に半径方向に延びる複数のガイドベーン（２０２，４０２）を備え、前記第１の端部（２０４，３０６，４０４）は前記固定部（４２）の底面（５４）に結合されている、請求項１に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項８】
前記複数のガイドベーン（２０２，４０２）の各々が、軸方向中心軸線（３２）に対して所定の角度で配置されている、請求項７に記載の固定ブレード（２６）。
【請求項９】
回転機械（１０）を組み立てる方法であって、前記方法は、
前記回転機械（１０）のケーシング（２２）のダイヤフラム（２４）に固定ブレード（２６）を結合するステップと、
ロータ（１６）を前記ケーシング（２２）に結合するステップであって、前記ロータ（１６）は前記固定ブレード（２６）に隣接して下流側に配置された少なくとも１つのタービン段（１２）を含む、ステップと、
前記ケーシング（２２）内に、前記ケーシング（２２）の入口と流体連通している主流路（４６）を形成するステップと、
前記少なくとも１つのタービン段（１２）に隣接する前記固定ブレード（２６）に漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）を結合するステップであって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）は、前記ロータ（１６）と前記固定ブレード（２６）との間に画定された漏れ流路（４８）内に配置され、前記漏れ流路（４８）を通過する作動流体内に旋回速度を誘起する、ステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのタービン段（１２）に隣接する前記固定ブレード（２６）に前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）を結合する前記ステップが、複数のガイドベーン（２０２，４０２）を前記固定ブレード（２６）の固定部（４２）に結合するステップを含み、前記複数のガイドベーン（２０２，４０２）は前記漏れ流路（４８）内に延びている、請求項９に記載の回転機械（１０）を組み立てる方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、回転機械に関し、より詳細には、回転機械と共に使用される漏れ流れガイドベーンアセンブリに関する。
【０００２】
限定されるものではないが、いくつかの公知の蒸気タービンを含む少なくともいくつかの公知の回転機械は、流体源からハウジング入口を通って環状蒸気経路に沿って作動流体を導く。典型的には、タービン段は、作動流体が後続のタービン段の固定ブレードおよびロータリベーンを通って流れるように、主流路内に配置される。固定構成要素と回転構成要素との間に画定された軸方向ギャップは、回転構成要素の回転を容易にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第２５６４０３２号明細書
【発明の概要】
【０００４】
少なくともいくつかの公知の回転機械では、主流路内の高圧作動流体は、軸方向ギャップに漏れて下流に導かれ、主流路に戻されることができる。しかしながら、主流路内の作動流体は、固定構成要素および回転構成要素によって偏向されるので、作動流体の漏れ流れは、主流路を流れる作動流体とは異なる角度または接線速度で主流路に入る。したがって、漏れ流れは、主流路内の作動流体よりも大きな入射角で下流の回転構成要素に衝突し、それによって回転機械の効率損失を生じさせる可能性がある。時間の経過と共に、このような損失は稼働費と燃料費を増加させる可能性がある。
【０００５】
一態様では、ブレードが提供される。ブレードは、翼形部と、翼形部の半径方向内側端部に結合された固定部と、固定部に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリとを含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリは、内部に画定された複数の通路を含む。複数の通路は、通路を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられる。
【０００６】
別の態様では、回転機械が提供される。回転機械は、ロータと、ロータの周りを周方向に延びるブレードとを含む。ブレードは、翼形部と、翼形部の半径方向内側端部に結合され、固定部とロータとの間の漏れ流路を画定する固定部と、固定部に結合され、漏れ流路内に配置された漏れ流れガイドベーンアセンブリとを含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリは、内部に画定された複数の通路を含む。複数の通路は、通路を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられる。
【０００７】
別の態様では、回転機械を組み立てる方法が提供される。方法は、ブレードを回転機械のケーシングのダイヤフラムに結合するステップと、ロータをケーシングに結合するステップとを含む。ロータは、ブレードに隣接して下流側に配置された少なくとも１つのタービン段を含む。さらに、方法は、ケーシング内に、ケーシングの入口と流体連通している主流路を形成するステップを含む。方法は、少なくとも１つのタービン段に隣接するブレードに漏れ流れガイドベーンアセンブリを結合するステップをさらに含む。漏れ流れガイドベーンアセンブリは、ロータとブレードとの間に画定された漏れ流路内に配置され、漏れ流路を通過する作動流体内に旋回速度を誘起する。
【０００８】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な回転機械の概略図である。
【図２】図１に示す回転機械の固定ブレードに結合された例示的な半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリの概略断面図である。
【図３】半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む、図２に示す固定ブレードの概略斜視図である。
【図４】図２に示す固定ブレードに結合された別の漏れ流れガイドベーンアセンブリの概略部分斜視図である。
【図５】図１に示す回転機械の固定ブレードに結合された例示的な軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリの概略断面図である。
【図６】軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む、図５に示す固定ブレードの概略斜視図である。
【図７】半径方向外向きに見て、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む図５に示す固定ブレードの概略底面図である。
【図８】図１の回転機械を組み立てる例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むわけではない。
【００１１】
本明細書に記載の実施形態は、回転機械のケーシングに結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む回転機械の固定ブレードまたはノズルを含む。より具体的には、固定ブレードまたはノズルは、主流路内の蒸気流の接線速度または旋回速度に実質的に類似する蒸気漏れ流に対する接線速度または旋回速度を誘起する複数のガイドベーンまたはガイドスロットを含む。ガイドベーンまたはスロットは、固定ブレードまたはノズルの下流側部分に結合され、接線速度または旋回速度を誘起するために、漏れ流れに対して所定の角度に方向づけられる。ガイドベーンまたはスロットは、固定ブレードに結合されてもよく、固定ブレードと一体的に形成されてもよい。その結果、蒸気漏れ流が主流路に戻されるとき、漏れ流れの入射角は、ロータブレードの前縁における主蒸気流の入射角と実質的に同様である。
【００１２】
別途指定のない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用され得ることを示している。近似を表す文言は、それが関連する基本的な機能を変更することなく、許容範囲内で異なり得る、任意の定量的な表現の修飾に適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界が特定される。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１３】
さらに、別途指定のない限り、「第１の」、「第２の」などの用語は、単に標識として本明細書で使用されているに過ぎず、これらの用語が言及する要素に対して順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」要素への言及は、例えば、「第１の」もしくはより小さい数字の要素または「第３の」もしくはより大きな数字の要素の存在を必要とせず、または妨げるものではない。
【００１４】
図１は、例示的な回転機械１０の概略図である。本明細書に記載された装置、システム、および方法は、いずれかの特定のタイプの回転機械に限定されないことに留意されたい。当業者であれば、本明細書に記載の装置、システム、および方法は、例えば限定ではないが、蒸気タービンまたはガスタービンエンジンを含む任意の回転機械と共に使用されてもよく、このような装置、システム、および方法が、本明細書でさらに説明されるように動作することを可能にする任意の適切な構成であってもよい。
【００１５】
例示的な実施形態では、回転機械１０は単流蒸気タービンである。あるいは、回転機械１０は、任意のタイプの蒸気タービン、例えば、限定ではないが、低圧蒸気タービン、対向流高圧および中圧蒸気タービンの組み合わせ、または二重流蒸気タービンである。さらに、上述したように、本開示は、蒸気タービンにのみ使用されることに限定されず、ガスタービンエンジンなどの他のタービンシステムにも使用され得る。
【００１６】
例示的な実施形態では、回転機械１０は、複数のタービン段１２を含む。各タービン段１２は、ロータ１６に結合された複数の周方向に間隔を置いて配置されるロータブレード１４を含む。本明細書で使用される場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的接続、電気的接続、および／または通信接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的接続、電気的接続、および／または通信接続も含むことができることに留意されたい。ロータブレード１４は、ロータ１６から半径方向外向きに延びている。複数のロータブレード１４は、回転機械１０が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の適切な数のロータブレード１４を含むことができる。ロータ１６は、ベアリング（図示せず）によってロータ１６の対向する端部１８および２０に支持されている。
【００１７】
ケーシング２２は、複数のタービン段１２を取り囲んでいる。複数のダイヤフラム２４がケーシング２２に結合され、各ダイヤフラム２４が各タービン段１２の上流にある。各ダイヤフラム２４は、周方向に間隔を置いて配置される複数の固定ブレード２６（すなわち、ノズル）を含む。固定ブレード２６は、概ね翼形であり、ケーシング２２から半径方向内向きに延びている。回転機械１０はまた、高圧（ＨＰ）蒸気入口２８および低圧（ＬＰ）蒸気排出口３０を含む。ロータ１６は、中心軸線３２を中心に回転可能である。
【００１８】
動作中、高圧高温の蒸気４０は、ボイラ（図示せず）のような蒸気源からＨＰ蒸気入口２８を通って入口３４に導かれる。入口２８から、蒸気４０はケーシング２２を通って下流に導かれ、そこでタービン段１２に遭遇する。蒸気４０がロータブレード１４に衝突すると、蒸気４０は、ロータ１６に中心軸線３２の周りで回転を誘起する。したがって、蒸気４０の熱エネルギーは、タービン段１２によって機械的回転エネルギーに変換される。蒸気４０は、ＬＰ蒸気排出口３０でケーシング２２を出る。次いで、蒸気４０は、ボイラに導かれ、そこで再加熱される、および／または低圧タービンセクションまたは凝縮器（図示せず）などのシステムの他の構成要素に導かれる。
【００１９】
図２は、固定ブレード２６に結合された例示的な半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ２００の概略断面図である。図３は、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ２００を含む固定ブレード２６の概略斜視図である。例示的な実施形態では、各ロータブレード１４は、翼形部３６およびルート部３８を含む。各ルート部３８は、ロータブレード１４がロータ１６と共に回転するように、任意の適切な方法でロータ１６に結合される。さらに、回転機械１０は、ロータ１６の周りに周方向に延びる固定部４２を含む。例えば、限定ではないが、例示的な実施形態では、固定部４２は、任意の適切な方法で各固定ブレード２６の翼形部４４の半径方向内側端部に結合されたダイヤフラム２４の内側リングであり、固定部４２はロータ１６に対して静止したままである。
【００２０】
ロータブレードの翼形部３６および固定ブレード翼形部４４は、蒸気４０の主流路４６内に配置される。さらに、漏れ流路４８は、一般に、固定部４２とロータ１６との間に画定される。例示的な実施形態では、シールアセンブリ５０は、固定部４２とロータ１６との間にあり、かつ／または固定部４２とロータ１６との間でロータ１６に結合される。例示的な実施形態では、シールアセンブリ５０はラビリンスシールである。あるいは、シールアセンブリ５０は、回転機械１０が本明細書に記載されているように動作することを可能にする任意のタイプのシールアセンブリであってもよく、例えば、限定ではないが、磨耗可能なシールアセンブリである。
【００２１】
例示的な実施形態では、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ２００は、回転機械１０の中心軸線３２に沿って実質的に軸方向に延び、それらの間に複数の通路２０３を画定する複数のガイドベーン２０２を含む。特に、各ガイドベーン２０２は、第１の端部２０４から反対側の自由な第２の端部２０６まで延びている。第１の端部２０４は、固定部４２の下流側端部５２に結合される。ガイドベーン２０２は、任意の適切な方法、例えば、限定ではないが、溶接、ろう付け、接着、および／またはガイドベーン２０２を固定部４２に結合することを容易にする任意の他の機械的結合プロセスを介して、固定部４２に結合される。あるいは、ガイドベーン２０２は、例えば付加製造プロセスまたは機械加工プロセスによって、固定部４２と一体的に形成される。例示的な実施形態では、複数のガイドベーン２０２は、ロータ１６の周りに周方向に間隔を置いて配置される。例示的な実施形態では、複数の固定ブレード２６は、固定部４２が協働してロータ１６の周りに実質的に連続したリングを形成するように、周方向に互いに隣接して配置される。
【００２２】
例示的な実施形態では、各ガイドベーン２０２は、実質的に同一の寸法および形状を有する。ガイドベーン２０２は、薄板として形成され、概ね矩形の断面形状を有する。あるいは、ガイドベーン２０２は、非矩形断面形状、例えば、限定ではないが、翼形断面形状または本明細書に記載されるようにガイドベーン２０２を動作させることができる任意の他の断面形状を有してもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン２０２は、固定部４２の底面５４から所定の距離だけ概ね半径方向外向きに延びる第１の部分２０８を含む。ガイドベーン２０２はまた、第１の部分２０８に対して周方向に延びる第２の部分２１０を含む。特に、第２の部分２１０は、第１の部分２０８に対して角度αで概ね周方向に延びる。例示的な実施形態では、角度αは、漏れ流路４８を通って流れる蒸気４０が漏れ流路４８を出て、固定ブレード２６を通過する蒸気４０と実質的に同様の接線流速で主流路４６に戻ることを確実にするように予め定められた値を有する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ガイドベーン２０２は、隣接するガイドベーン２０２の第２の部分２１０によって、それぞれのガイドベーン２０２の第１の部分２０８が半径方向に重なるか、または覆われるように、周方向に重なる。別の実施形態では、ガイドベーン２０２は、隣接するガイドベーン２０２が重ならないように周方向に離間されている。例示的な実施形態では、ガイドベーン２０２の数および第２の部分２１０が延びる角度αは、回転機械１０の特定の動作パラメータに基づいて予め決定される。
【００２４】
動作中、高圧蒸気４０は、主流路４６に導かれる。蒸気４０は主流路４６を加圧し、ロータ１６の回転を誘起する。特に、蒸気４０は、蒸気４０がロータブレード１４に衝突してロータ１６を回転させることができる実質的な軸方向速度を有する。さらに、蒸気４０が固定ブレード２６を通って導かれるとき、固定ブレード２６は蒸気４０の流れに旋回速度を与える。例示的な実施形態では、回転機械１０の効率を高めるのを容易にするために、ロータブレードの翼形部３６と固定ブレードの翼形部４４の角度が予め定められている。
【００２５】
蒸気４０の一部は、主流路４６から漏れ流路４８へ流れる。蒸気４０が漏れ流路４８に漏れた後、蒸気４０はガイドベーンアセンブリ２００に向かって導かれる。蒸気４０はガイドベーンアセンブリ２００を通過し、そこで主流路４６の蒸気４０と実質的に同様の旋回速度で主流路４６に導かれ、各固定ブレードの翼形部４４から出る。特に、漏れ流路４８内の蒸気４０は、第１の部分２０８において概ね半径方向にガイドベーン２０２の間に画定された通路２０３に入る。蒸気４０がガイドベーンアセンブリ２００を通って流れるとき、蒸気４０は、ガイドベーン２０２の第２の部分２１０によって概ね周方向に回転される。次に、漏れ流路４８内の蒸気４０は、隣接する固定ブレード２６およびロータブレード１４の固定部４２とルート部３８との間にそれぞれ画定されたギャップ５６を通って主流路４６に戻される。これにより、漏れ流路４８を出る蒸気４０に接線速度または旋回速度を誘起することが容易になり、下流側ロータブレード１４上の蒸気漏れ流の発生損失を低減することによって回転機械１０の全体効率を高め、それにより関連する燃料コストの低減を容易にする。
【００２６】
図４は、固定ブレード２６に結合された代替的な半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ３００の概略部分斜視図である。例示的な実施形態では、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ３００が断面の一部を伴って示されている。図示されているように、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ３００は本体３０２を含み、本体３０２は、貫通する通路３０５を画定する複数の開口部またはガイドスロット３０４を含む。本体３０２は、一般に、回転機械１０の中心軸線３２に沿って実質的に軸方向に延びる矩形のプリズムである。特に、本体３０２は、第１の端部３０６から反対側の自由な第２の端部３０８まで延びている。第１の端部３０６は、固定部４２の下流側端部５２に結合される。本体３０２は、任意の適切な方法、例えば、限定ではないが、溶接、ろう付け、接着、および／または固定部４２への本体３０２の結合を容易にする任意の他の機械的結合プロセスを介して、固定部４２に結合される。あるいは、本体３０２は、例えば、付加製造プロセスまたは機械加工プロセスを介して、固定部４２と一体的に形成されてもよい。例示的な実施形態では、複数のガイドスロット３０４は、ロータ１６の周りに周方向に間隔を置いて配置される。複数の固定ブレード２６は、固定部４２が協働してロータ１６の周りに実質的に連続したリングを形成するように、周方向に互いに隣接して配置される。
【００２７】
例示的な実施形態では、各ガイドスロット３０４は、実質的に同一の寸法および形状を有する。それぞれのガイドスロット３０４は、本体３０２を通って外面３１０から内面３１２まで実質的に半径方向に延びる開口部として形成される。例示的な実施形態では、ガイドスロット３０４は矩形である。あるいは、ガイドスロット３０４は、半径方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ３００が本明細書で説明されるように動作することを可能にする任意の形状であってもよい。例えば、限定ではないが、一実施形態では、ガイドスロット３０４は、概ね円形の断面形状を有することができ、別の実施形態では、ガイドスロット３０４は、多角形の断面形状を有し、概ねハニカム形状のガイドスロット３０４のアレイを形成することができる。
【００２８】
例示的な実施形態では、それぞれのガイドスロット３０４は、半径方向３１４に対して角度βで概ね周方向に延びる。角度βは、漏れ流路４８を通って流れる蒸気４０が漏れ流路４８を出て、固定ブレード２６を通過する蒸気４０と実質的に同様の接線流速で主流路４６に戻ることを確実にするように予め定められた値を有する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ガイドスロット３０４は、それぞれのガイドスロット３０４の第１の部分３１６が、隣接するガイドスロット３０４の第２の部分３１８によって半径方向に重なるか、または覆われるように、周方向に重なる。別の実施形態では、ガイドスロット３０４は、隣接するガイドスロット３０４が重ならないように周方向に間隔を置いて配置されてもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン２０２の数およびガイドスロット３０４が延びる角度βは、回転機械１０の特定の動作パラメータに基づいて予め決定される。
【００３０】
図５は、固定ブレード２６に結合された軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ４００の例示的な実施形態の概略断面図である。図６は、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ４００を含む固定ブレード２６の概略斜視図である。図７は、半径方向外向きに見て、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ４００を含む固定ブレード２６の概略底面図である。例示的な実施形態では、軸方向漏れ流れガイドベーンアセンブリ４００は、固定部４２の底面５４から実質的に半径方向に延び、固定部４２の後部５８に沿って配置された複数のガイドベーン４０２を含む。複数のガイドベーン４０２は、それらの間に複数の通路４０３を画定する。特に、ガイドベーン４０２は、第１の端部４０４から反対側の自由な第２の端部４０６まで延びている。第１の端部４０４は、固定部４２の底面５４に結合される。ガイドベーン４０２は、任意の適切な方法、例えば、限定ではないが、溶接、ろう付け、接合、および／またはガイドベーン４０２を固定部４２に結合することを可能にする任意の他の機械的結合プロセスを介して、固定部４２に結合される。あるいは、ガイドベーン４０２は、例えば、付加製造プロセスまたは機械加工プロセスを介して、固定部４２と一体的に形成されてもよい。例示的な実施形態では、複数のガイドベーン４０２は、ロータ１６の周りに周方向に間隔を置いて配置され、複数の固定ブレード２６は、固定部４２が協働してロータ１６の周りに実質的に連続したリングを形成するように、周方向に互いに隣接して配置される。
【００３１】
例示的な実施形態では、各ガイドベーン４０２は、実質的に同一の寸法および形状を有する。それぞれのガイドベーン４０２は、薄板として形成され、概ね矩形の断面形状を有する。あるいは、ガイドベーン４０２は、非矩形断面形状、例えば、限定ではないが、翼形断面形状、または本明細書に記載されるようにガイドベーン４０２を動作させることができる任意の他の断面形状を有してもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン４０２は、図７に最もよく示されるように、回転機械１０の中心軸線３２に対して角度θで位置決めされる。例示的な実施形態では、角度θは、漏れ流路４８を通って流れる蒸気４０が漏れ流路４８を出て、固定ブレード２６を通過する蒸気４０と実質的に同様の接線流速で主流路４６に戻ることを確実にするために予め定められた値を有する。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ガイドベーン４０２は、それぞれのガイドベーン４０２の上流側または第１の部分４０８が、漏れ流路４８を通る蒸気４０の流れに対して隣接するガイドベーン４０２の下流側または第２の部分２１０に軸方向に重なるか、または覆われるように、軸方向に重なる。別の実施形態では、ガイドベーン４０２は、隣接するガイドベーン４０２が重ならないように周方向に間隔を置いて配置されてもよい。例示的な実施形態では、ガイドベーン４０２の数およびガイドベーン４０２が配置される角度θは、回転機械１０の特定の動作パラメータに基づいて予め決定される。
【００３３】
動作中、高圧蒸気４０は、主流路４６に導かれる。蒸気４０は主流路４６を加圧し、ロータ１６の回転を誘起する。特に、蒸気４０は実質的な軸方向速度を有し、ロータブレード１４に衝突してロータ１６を回転させる。さらに、蒸気４０は、蒸気４０の流れに接線速度または旋回速度を付与することを容易にする固定ブレード２６を通って導かれる。例示的な実施形態では、回転機械１０の効率を高めるのを容易にするために、ロータブレード１４の翼形部３６と固定ブレード２６の翼形部４４の角度が予め定められている。
【００３４】
蒸気４０の一部は、主流路４６から漏れ流路４８へ流れる。蒸気４０が漏れ流路４８に漏れた後、蒸気４０はガイドベーンアセンブリ４００に向かって導かれる。蒸気４０はガイドベーンアセンブリ４００を通過し、そこでは主流路４６の蒸気４０と実質的に同様の旋回速度でギャップ５６および主流路４６に導かれ、固定ブレード２６の翼形部４４から出る。特に、漏れ流路４８内の蒸気４０は、第１の部分４０８において実質的に軸方向にガイドベーン４０２の間に画定された通路４０３に入る。ガイドベーンアセンブリ４００を通って流れる蒸気４０は、中心軸線３２に対して角度θに方向づけられたガイドベーン４０２によって概ね周方向に回転される。漏れ流路４８内の蒸気４０は、ギャップ５６を通って主流路４６に戻される。これにより、漏れ流路４８を出る蒸気４０に旋回速度を誘起することが容易になり、下流側ロータブレード１４上の蒸気漏れ流の発生損失を低減することによって回転機械１０の全体効率を高め、それにより関連する燃料コストの低減を容易にする。
【００３５】
図８の流れ図には、回転機械１０などの回転機械を組み立てる例示的な方法５００が示されている。また、図１〜図７を参照すると、例示的な実施形態では、方法５００は、固定ブレード２６をケーシング２２内のダイヤフラム２４などのダイヤフラムに結合するステップ５０２を含む。ロータ１６は、ケーシング２２に結合され（５０４）、固定ブレード２６に隣接して下流側に配置された少なくとも１つのタービン段１２を含む。少なくとも１つのタービン段１２は、共に回転するようにロータ１６に結合された少なくとも１つのロータブレード１４を含む。例示的な実施形態では、ギャップ５６は、固定ブレード２６とロータブレード１４との間に画定される。蒸気入口、例えば蒸気入口２８は、ケーシング２２に流体連通状態で結合される（５０６）。方法５００はまた、ケーシング２２内に、蒸気入口２８と流体連通している蒸気４０のための主流路４６を形成するステップ５０８を含む。方法５００は、ケーシング２２内に、主流路４６と流体連通している蒸気４０のための漏れ流路４８を形成するステップをさらに含む。特に、漏れ流路４８は、固定ブレード２６の固定部４２とロータ１６との間に形成される。
【００３６】
この例示的な実施形態では、方法５００はまた、下流側ロータブレード１４に隣接する固定ブレード２６にガイドベーンアセンブリ２００，３００，および４００などの漏れ流れガイドベーンアセンブリを結合するステップ５１２を含む。各ガイドベーンアセンブリは、例えば、主流路４６内の蒸気４０と実質的に同様の接線速度または旋回速度を誘起するように方向づけられた、複数のガイドベーン２０２および４０２、またはガイドスロット３０４を含む。
【００３７】
回転機械のための漏れ流れガイドベーンアセンブリを含む固定ブレードの例示的な実施形態、および回転機械を組み立てる方法について、本明細書で詳細に説明する。本実施形態は、回転機械が作動しているときに、本機械が、主流路における蒸気流の接線速度または旋回速度と実質的に同様である蒸気漏れ流に対する接線速度または旋回速度を誘起するという点で、既知の回転機械に勝る利点を有する。回転機械の固定ブレードまたはノズルは、漏れ流れが主流路に戻されるときに、漏れ流れの入射角がロータブレードの前縁における主蒸気流と実質的に同様であるように、漏れ流れに対して接線速度または旋回速度を誘起するように方向づけられた複数のガイドベーンまたはガイドスロットを含む。本実施形態は、下流側ロータブレード上の蒸気漏れ流の発生損失を低減することによって、漏れ流路を出る蒸気に対する旋回速度が回転機械の全体効率を高め、それにより関連する燃料コストの低減を容易にするというさらなる利点を含む。
【００３８】
上述した漏れ流れガイドベーンアセンブリおよび方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、装置の構成要素および／または方法のステップを、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、例示的な実施形態を、多くの他の回転機械に関連して実施および利用することができる。
【００３９】
本開示の様々な実施形態の特定の特徴を、一部の図面上で示して他では示さない場合があるが、これは単に便宜上である。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【００４０】
本明細書は最良の形態を含む実施形態を開示するため、また、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が実施形態を実施することを可能にするための例を用いる。開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の例を含むことができる。このような他の例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
翼形部（４４）と、
前記翼形部（４４）の半径方向内側端部に結合された固定部（４２）と、
前記固定部（４２）に結合された漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）であって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）は内部に画定された複数の通路（２０３，３０５，４０３）を含み、前記複数の通路（２０３，３０５，４０３）は前記通路（２０３，３０５，４０３）を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている、漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）と
を備える、ブレード。
［実施態様２］
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、第１の端部（２０４，３０６，４０４）から反対側の自由な第２の端部（２０６，３０８，４０６）まで軸方向に延びる複数のガイドベーン（２０２，４０２）を備え、前記第１の端部（２０４，３０６，４０４）は前記固定部（４２）の下流側端部（５２）に結合されている、実施態様１に記載のブレード。
［実施態様３］
前記ガイドベーン（２０２，４０２）の各々が、前記固定部（４２）の底面（５４）から半径方向外向きに延びる第１の部分（２０８，３１６，４０８）と、前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）に対して周方向に延びる第２の部分（２１０，３１８）とを含む、実施態様２に記載のブレード。
［実施態様４］
前記各ガイドベーン（２０２，４０２）のうちの少なくとも１つの前記第２の部分（２１０，３１８）が、前記ガイドベーン（２０２，４０２）の少なくとも１つの前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）に対して所定の角度で周方向に延び、隣接するガイドベーン（２０２，４０２）の前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）と半径方向に重なる、実施態様３に記載のブレード。
［実施態様５］
前記ガイドベーン（２０２，４０２）の各々が、溶接プロセス、ろう付けプロセス、および接合プロセスのうちの少なくとも１つによって前記固定部（４２）に結合される、実施態様２に記載のブレード。
［実施態様６］
前記ガイドベーン（２０２，４０２）の各々が、付加製造プロセスおよび機械加工プロセスのうちの少なくとも１つを用いて前記固定部（４２）と一体的に形成される、実施態様２に記載のブレード。
［実施態様７］
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、本体（３０２）を貫通して画定される複数の開口部を有する本体（３０２）を備え、前記複数の開口部は前記複数の通路（２０３，３０５，４０３）を画定する、実施態様１に記載のブレード。
［実施態様８］
前記複数の開口部が前記本体（３０２）を貫通して所定の半径方向角度で延びている、実施態様７に記載のブレード。
［実施態様９］
前記複数の開口部が、概ねハニカム形状の開口部のアレイを含む、実施態様８に記載のブレード。
［実施態様１０］
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、第１の端部（２０４，３０６，４０４）から反対側の自由な第２の端部（２０６，３０８，４０６）まで実質的に半径方向に延びる複数のガイドベーン（２０２，４０２）を備え、前記第１の端部（２０４，３０６，４０４）は前記固定部（４２）の底面（５４）に結合されている、実施態様１に記載のブレード。
［実施態様１１］
前記複数のガイドベーン（２０２，４０２）の各々が、軸方向中心軸線（３２）に対して所定の角度で配置されている、実施態様１０に記載のブレード。
［実施態様１２］
ロータ（１６）と、
前記ロータ（１６）の周りを周方向に延びるブレードと
を備える回転機械（１０）であって、前記ブレードは、
翼形部（４４）と、
前記翼形部（４４）の半径方向内側端部に結合され、固定部（４２）と前記ロータ（１６）との間の漏れ流路（４８）を画定する固定部（４２）と、
前記固定部（４２）に結合され、前記漏れ流路（４８）内に配置された漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）であって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）は内部に画定された複数の通路（２０３，３０５，４０３）を含み、前記複数の通路（２０３，３０５，４０３）は前記通路（２０３，３０５，４０３）を通って流れる作動流体に旋回速度を誘起するように方向づけられている、漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）と
を含む、
回転機械（１０）。
［実施態様１３］
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、第１の端部（２０４，３０６，４０４）から反対側の自由な第２の端部（２０６，３０８，４０６）まで軸方向に延びる複数のガイドベーン（２０２，４０２）を備え、前記第１の端部（２０４，３０６，４０４）は前記固定部（４２）の下流側端部（５２）に結合されている、実施態様１２に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１４］
前記各ガイドベーン（２０２，４０２）が、前記固定部（４２）の底面（５４）から半径方向外向きに延びる第１の部分（２０８，３１６，４０８）と、前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）に対して周方向に延びる第２の部分（２１０，３１８）とを含む、実施態様１３に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１５］
前記各ガイドベーン（２０２，４０２）のうちの少なくとも１つの前記第２の部分（２１０，３１８）が、前記ガイドベーン（２０２，４０２）の少なくとも１つの前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）に対して所定の角度で周方向に延び、隣接するガイドベーン（２０２，４０２）の前記第１の部分（２０８，３１６，４０８）と半径方向に重なる、実施態様１４に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１６］
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、半径方向に対して所定の角度で本体（３０２）を貫通して確定される複数の開口部を有する本体（３０２）を備え、前記複数の開口部は前記複数の通路（２０３，３０５，４０３）を画定する、実施態様１２に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１７］
前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）が、第１の端部（２０４，３０６，４０４）から反対側の自由な第２の端部（２０６，３０８，４０６）まで実質的に半径方向に延びる複数のガイドベーン（２０２，４０２）を備え、前記第１の端部（２０４，３０６，４０４）は前記固定部（４２）の底面（５４）に結合され、前記複数のガイドベーン（２０２，４０２）は前記回転機械（１０）の軸方向中心軸線（３２）に対して所定の角度で配置されている、実施態様１２に記載の回転機械（１０）。
［実施態様１８］
回転機械（１０）を組み立てる方法であって、前記方法は、
前記回転機械（１０）のケーシング（２２）のダイヤフラム（２４）にブレードを結合するステップと、
ロータ（１６）を前記ケーシング（２２）に結合するステップであって、前記ロータ（１６）は前記ブレードに隣接して下流側に配置された少なくとも１つのタービン段（１２）を含む、ステップと、
前記ケーシング（２２）内に、前記ケーシング（２２）の入口と流体連通している主流路（４６）を形成するステップと、
前記少なくとも１つのタービン段（１２）に隣接する前記ブレードに漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）を結合するステップであって、前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）は、前記ロータ（１６）と前記ブレードとの間に画定された漏れ流路（４８）内に配置され、前記漏れ流路（４８）を通過する作動流体内に旋回速度を誘起する、ステップと
を含む、方法。
［実施態様１９］
前記ブレードアセンブリと前記少なくとも１つのタービン段（１２）との間に軸方向ギャップを画定するステップをさらに含む、実施態様１８に記載の回転機械（１０）を組み立てる方法。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つのタービン段（１２）に隣接する前記ブレードに前記漏れ流れガイドベーンアセンブリ（２００，３００，４００）を結合する前記ステップが、複数のガイドベーン（２０２，４０２）を前記ブレードの固定部（４２）に結合するステップを含み、前記複数のガイドベーン（２０２，４０２）は前記漏れ流路（４８）内に延びている、実施態様１８に記載の回転機械（１０）を組み立てる方法。
【符号の説明】
【００４１】
１０  回転機械
１２  タービン段
１４  下流側ロータブレード
１６  ロータ
１８  端部
２２  ケーシング
２４  ダイヤフラム
２６  固定ブレード
２８  ＨＰ蒸気入口
３０  ＬＰ蒸気排出口
３２  中心軸線
３４  入口
３６  翼形部
３８  ルート部
４０  高圧蒸気
４２  固定部
４４  固定ブレード翼形部
４６  主流路
４８  漏れ流路
５０  シールアセンブリ
５２  下流側端部
５４  底面
５６  ギャップ
５８  後部
２００  ガイドベーンアセンブリ
２０２  ガイドベーン
２０３  通路
２０４  第１の端部
２０６  第２の端部
２０８  第１の部分
２１０  第２の部分
３００  ガイドベーンアセンブリ
３０２  本体
３０４  ガイドスロット
３０５  通路
３０６  第１の端部
３０８  第２の端部
３１０  外面
３１２  内面
３１４  半径方向
３１６  第１の部分
３１８  第２の部分
４００  ガイドベーンアセンブリ
４０２  ガイドベーン
４０３  通路
４０４  第１の端部
４０６  第２の端部
４０８  第１の部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018119539.tif 000007
【図６】
2018119539.tif 000008
【図７】
2018119539.tif 000009
【図８】
2018119539.tif 000010
【外国語明細書】
2018119539000001.pdf