(57)【要約】【課題】蒸気経路設計システム、コンピュータプログラム製品を提供する。【解決手段】様々な実施形態は、蒸気タービン（１００）の蒸気経路構成要素のセット（３０７）の各構成要素（１０７）に対して、構成要素（１０７）のアスペクト比または半径比を計算することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素（１０７）の形状を設計することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素（１０７）のシールタイプを決定することと、計算されたアスペクト比または半径比、構成要素（１０７）の形状およびシールタイプに基づいて構成要素（１０７）に隣接するキャビティ（９０）のサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって蒸気タービン（１００）の流路を設計するように構成された少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）を有するシステムを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（１００）の蒸気経路構成要素のセット（３０７）の各構成要素（１０７）に対して、
前記構成要素（１０７）のアスペクト比または半径比を計算することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の形状を設計することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）のシールタイプを決定することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比、前記構成要素（１０７）の前記形状および前記シールタイプに基づいて前記構成要素（１０７）に隣接するキャビティ（９０）のサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって前記蒸気タービン（１００）の流路を設計するように構成された少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）を備える、システム（３０２）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）が、前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の端壁輪郭（１１５）を決定するようにさらに構成される請求項１に記載のシステム（３０２）。
【請求項３】
前記構成要素（１０７）に隣接する前記キャビティ（９０）の前記サイズを前記決定することが、前記構成要素（１０７）の前記決定された端壁輪郭（１１５）にさらに基づく請求項２に記載のシステム（３０２）。
【請求項４】
前記構成要素（１０７）の前記端壁輪郭（１１５）を前記決定することが、前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）から前記端壁輪郭（１１５）を除外することを含む請求項２に記載のシステム（３０２）。
【請求項５】
前記蒸気タービン（１００）の前記構成要素（１０７）が、タービンバケット（１１８）またはタービンノズル（１０９）の少なくとも１つを含む請求項１に記載のシステム（３０２）。
【請求項６】
前記構成要素（１０７）の前記形状が、前記タービンバケット（１１８）または前記タービンノズル（１０９）の翼形部（１１２）の形状を含む請求項５に記載のシステム（３０２）。
【請求項７】
前記蒸気経路構成要素のセット（３０７）が、少なくとも１つのノズル（１０９）のセットと、少なくとも１つのバケット（１１８）のセットとを含む請求項１に記載のシステム（３０２）。
【請求項８】
二次流れ基準が、前記構成要素（１０７）に近接した許容可能な量の二次流れを含み、前記二次流れ基準が、前記タービン（１００）の出力要求に基づく請求項１に記載のシステム（３０２）。
【請求項９】
前記シールタイプが、Ｊ−シールまたは回転ブラシシールの少なくとも１つを含む請求項１に記載のシステム（３０２）。
【請求項１０】
蒸気タービン（１００）の流路を設計するコンピュータ実装方法であって、
前記蒸気タービン（１００）の蒸気経路構成要素のセット（３０７）の各構成要素（１０７）に対して、
前記構成要素（１０７）のアスペクト比または半径比を計算することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の形状を設計することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）のシールタイプを決定することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比、前記構成要素（１０７）の前記形状および前記シールタイプに基づいて前記構成要素（１０７）に隣接するキャビティ（９０）のサイズを決定することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、蒸気タービンなどのターボ機械に関する。より具体的には、本明細書で開示される主題は、蒸気タービンの蒸気経路を設計するためのアプローチに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン設計は、効率を改善するために絶えず改良されている。蒸気タービン（たとえば、特に高圧（ＨＰ）および中圧（ＩＰ）セクション）における効率損失の２つの重要な理由は、二次流れ（干渉）損失および漏れ損失である。これらの損失を低減する従来のアプローチは、部品（部分）レベルでの二次流れ損失および／または漏れ損失に焦点を当ててきたが、これらの部分ベースのアプローチは、システムが受ける全体的な損失を効果的に考慮できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５０１３２１１４号明細書
【発明の概要】
【０００４】
様々な実施形態は、蒸気タービンの蒸気経路構成要素のセットの各構成要素に対して、構成要素のアスペクト比または半径比を計算することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素の形状を設計することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素のシールタイプを決定することと、計算されたアスペクト比または半径比、構成要素の形状およびシールタイプに基づいて構成要素に隣接するキャビティのサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって蒸気タービンの流路を設計するように構成された少なくとも１つのコンピューティングデバイスを有するシステムを含む。
【０００５】
本開示の第１の態様は、蒸気タービンの蒸気経路構成要素のセットの各構成要素に対して、構成要素のアスペクト比または半径比を計算することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素の形状を設計することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素のシールタイプを決定することと、計算されたアスペクト比または半径比、構成要素の形状およびシールタイプに基づいて構成要素に隣接するキャビティのサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって蒸気タービンの流路を設計するように構成された少なくとも１つのコンピューティングデバイスを有するシステムを含む。
【０００６】
本開示の第２の態様は、少なくとも１つのコンピューティングデバイスによって実施されると、少なくとも１つのコンピューティングデバイスに、蒸気タービンの蒸気経路構成要素のセットの各構成要素に対して、構成要素のアスペクト比または半径比を計算することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素の形状を設計することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素のシールタイプを決定することと、計算されたアスペクト比または半径比、構成要素の形状およびシールタイプに基づいて構成要素に隣接するキャビティのサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって蒸気タービンの流路を設計させる、コンピュータ可読記憶媒体のプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品を含む。
【０００７】
本開示の第３の態様は、蒸気タービンの流路を設計するコンピュータ実装方法を含み、方法は、蒸気タービンの蒸気経路構成要素のセットの各構成要素に対して、構成要素のアスペクト比または半径比を計算することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素の形状を設計することと、計算されたアスペクト比または半径比に基づいて構成要素のシールタイプを決定することと、計算されたアスペクト比または半径比、構成要素の形状およびシールタイプに基づいて構成要素に隣接するキャビティのサイズを決定することと、を含む。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なタービンの斜視部分破断図である。
【図２】図１のタービンの概略拡大斜視図である。
【図３】本開示の様々な実施形態によるターボ機械構成要素の概略斜視図である。
【図４】本開示の様々な実施形態に従って実行される方法を示すフロー図である。
【図５】本開示の様々な実施形態による蒸気経路設計システムを含む環境を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面は、必ずしも縮尺通り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図示することを意図しており、したがって、本発明の範囲を限定すると考えるべきではない。図面の中で、図面間の同じ符号は同じ要素を示す。
【００１１】
上述したように、本明細書で開示される主題は、蒸気タービンに関する。より具体的には、本明細書で開示される主題は、蒸気タービンの流路設計に関する。
【００１２】
以下の記載において、その一部を形成する添付の図面が参照されるが、これは本教示を実施することができる特定の例示的な実施形態の例証として示されるものである。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施することができるように十分に詳しく記載され、本教示の範囲から逸脱することなく他の実施形態が使用されてもよいこと、および変更が行われてもよいことは理解されるはずである。
【００１３】
様々な実施形態は、蒸気タービンの蒸気経路を設計するためのアプローチを含む。様々な実施形態において、設計は、所与の構成要素の計算されたアスペクト比（ＡＲ）または半径比（ＲＲ）に基づく。
【００１４】
図１は、様々な実施形態によるターボ機械システム（または単純に、ターボ機械）１００（たとえば、蒸気タービン）の部分断面概略図を示している。蒸気発生器１１０は、蒸気タービンシステム１００の高圧（ＨＰ）／中圧（ＩＰ）セクション１２０に蒸気を供給する。場合によっては、当技術分野で知られているように、ＨＰ／ＩＰセクション１２０は、複合高圧／中圧（ＨＰ／ＩＰ）セクションを含むことができる。本開示の様々な態様は、厳密に高圧セクションに限定されず、ＨＰセクション、ＩＰセクションおよび／または複合ＨＰ／ＩＰセクションにも等しく適用することができる。蒸気は、ＨＰ／ＩＰセクション１２０内で膨張し、ＨＰ／ＩＰセクション１２０から排出され、次いで、低圧セクション１３０に進む。低圧セクション１３０では、蒸気は、再び膨張し、凝縮器１４０に排出される。この動作の間、ＨＰ／ＩＰセクション１２０からの駆動シャフト１５０の第１の部分と、低圧セクション１３０からの駆動シャフト１５５の第２の部分とは、発電機１６０にシャフト動力を供給することができる。
【００１５】
図２は、本開示の様々な実施形態による図１のターボ機械システム１００のタービンセクションの一部、たとえば、ＨＰセクション１２０の拡大断面図を示している。図２には、単に例示の目的で３段ノズルが示されており、任意の数のノズル段を有するシステムが本開示の様々な教示から利益を得ることができることを理解されたい。図示のように、ＨＰ／ＩＰセクション１２０は、場合によってはノズル１０９を含むことができるターボ機械構成要素１０７を含むことができる。ノズル１０９は、翼形部（ベーンとも呼ばれる）１１２と、翼形部１１２に／と結合される（たとえば、溶接、ろう付け、一体鋳造、付加製造される）半径方向外側プラットフォーム１１４と、翼形部１１２に／と結合される（たとえば、溶接、ろう付け、一体鋳造、付加製造される）半径方向内側プラットフォーム１１６とを含むことができる。プラットフォーム１１２，１１４は、タービンセクション１２０（ＨＰ／ＩＰタービン）内にノズル１０９を保持するのを助けることができる。様々な実施形態によれば、ターボ機械構成要素１０７はまた、動的蒸気ターボ機械バケットなどのターボ機械バケット１１８を含むことができることを理解されたい。バケット１１８は、ブレード１２１と、ブレード１２１に結合されたベース１２２と、ロータ本体１２４とを含むことができ、バケット１１８およびノズル１０９の隣接する段をシールするためのシュラウド１２６を含むことができる。場合によっては、ターボ機械構成要素１０７は、プラットフォーム１１２，１１４、ベース１２２、シュラウド１２６、翼形部１１２および／またはブレード１２１などのバケット１１８またはノズル１０９の一部を含むことができる。
【００１６】
図３は、本開示の様々な実施形態によるプロセスを示すフロー図を示している。これらのプロセスは、たとえば、タービン、たとえばタービン１００の蒸気流路を設計する蒸気経路設計システム３１４を含む、コンピューティングデバイス３１２（図５）によって実行することができる。他の場合では、これらのプロセスは、蒸気経路を設計するコンピュータ実装方法に従って実行することができる。さらに他の実施形態では、これらのプロセスは、タービン（たとえば、タービン１００）の蒸気流路（または単純に、流路）を設計するためにコンピュータプログラムコード（たとえば、蒸気経路設計システム３１４）を実施することによって実行することができる。これらのプロセスについては、図１〜図２を引き続き参照して説明する。これらのプロセスは、構成要素のセット３０７（図５）の各構成要素１０７（図２，図４）に対して実行することができ、（図５の構成要素のセット３０７の各構成要素１０７に対して）以下を含むことができる。
【００１７】
プロセスＰ１：構成要素１０７のアスペクト比（ＡＲ）または半径比（ＲＲ）を計算する（図５のＡＲ／ＲＲデータ６０）。図３と共に参照される図４は、バケット１１８に関するＡＲおよびＲＲを示す、ターボ機械構成要素１０７（たとえば、バケット１１８）の概略図を示している。様々な実施形態によれば、このプロセスは、特定の構成要素１０７、たとえば、バケット１１８もしくはノズル１０９、または構成要素のセット（たとえば、列）３０７のアスペクト比または半径比を計算することを含むことができる。本明細書で使用されるアスペクト比は、その中点（ｍｐ）における構成要素（ノズルまたはバケット）１０７の幅（軸方向および／または翼弦方向）と、同じ構成要素１０７の全長（半径方向）との間の比を指す（ＡＲ＝Ｌ／Ｗpitch）。本明細書で使用される半径比は、構成要素１０７の先端半径と同じ構成要素１０７の根元半径との比を指す（ＲＲ＝ｒtip／ｒroot）。構成要素１０７がバケット（単数または複数）１１８またはノズル（単数または複数）１０９を含む様々な実施形態によれば、バケット（単数または複数）１１８またはノズル（単数または複数）１０９内の翼形部に関してＡＲまたはＲＲを測定することができる。
【００１８】
プロセスＰ２：計算されたＡＲまたはＲＲに基づいて構成要素１０７の形状（図３の形状データ７０）を設計する。本明細書で述べるように、様々な実施形態において、構成要素１０７は、タービンバケット１１８またはタービンノズル１０９の少なくとも１つを含むことができる。これらの場合、構成要素１０７の形状は、バケット１２１またはノズル１１２の翼形部の形状、または構成要素１０７の端壁の形状（たとえば、ノズル１０９の端壁１１４，１１６、またはバケット１１８のベース１２２もしくはシュラウド１２６）を含む。様々な形状（形状データ７０）は、自由渦形状（ＦＶ）、弓形もしくは細形形状（弓形／細形）、または端壁形状を含むことができる。本明細書に記載されるように、二次損失は、タービン１００（たとえば、特にＨＰ／ＩＰタービンセクション１２０）における損失の大部分の損失の１つとなり得る。二次損失は、それぞれノズル１０９およびバケット１１８の端壁１１４，１１６または１２２，１２６の近くに形成された渦流によって引き起こされる。本明細書で述べるように、本発明者らは、二次損失がＲＲおよびＡＲと効果的に相関することができることを発見した（ここで、ＲＲは一般にノズル／バケット１０９／１１８の高さを表し、ＡＲはノズル／バケット１０９／１１８の細長さを表す）。高いＲＲを有するノズル１０９または高いＡＲを有するバケット１１８（より長いまたはより細いブレードを表す）は、一般に、相対的に低い二次損失を有する。この理解により、本発明者らは、所与のブレード（ノズル／バケット１０９／１１８）について、そのＲＲ／ＡＲを計算することによって、二次損失を低減するように構成要素形状を設計することができることを決定した。
【００１９】
プロセスＰ３（様々な実施形態においてプロセスＰ１に続き、任意選択でいくつかの実施形態ではプロセスＰ１およびＰ２に続く）：計算されたＡＲまたはＲＲに基づいて構成要素１０７のシールタイプ（図５のシールデータ８０）を決定する。様々な実施形態において、シールタイプは、従来のＨｉ−Ｌｏシール、Ｊ−シールまたは回転ブラシシールの少なくとも１つを含むことができる。（シールデータ８０から選択される）シールタイプは、特定のＡＲまたはＲＲに対応することができ、たとえば、より短いブレード（より低いＡＲ）は、構成要素１１６（たとえば、バケット１２１またはブレード１１２）の周りの漏れ流れを低減することができるより高性能な（たとえば、より高価なおよび／または複雑な）シールと良好に適合することができ、より長いブレード（より高いＡＲ）は、より低性能な（たとえば、より安価なおよび／または複雑な）シールと良好に適合することができる。様々な実施形態によるこの設計アプローチは、従来の設計アプローチと比較して、効率対コスト比を向上させることができる。
【００２０】
プロセスＰ４（様々な実施形態においてプロセスＰ１〜Ｐ３に続く）：計算されたＡＲまたはＲＲ（ＡＲ／ＲＲデータ６０）、構成要素１０７の形状（形状データ７０）およびシールタイプ（シールデータ８０）に基づいて構成要素１０７に隣接するキャビティのサイズ（図５のキャビティデータ９０）を決定する。場合によっては、キャビティのサイズはまた、タービン１００における許容可能な量の寄生損失に基づく。寄生損失は、ブレード（ノズル／バケット１０９／１１８）に隣接するキャビティ内に形成された渦によって引き起こされる損失を指す。一般的に言えば、より大きなキャビティは、より大きな寄生損失を誘発する。本発明者らは、キャビティ設計（キャビティデータ９０）をノズル／バケット１０９／１１８のＲＲ／ＡＲとリンクさせることによって、キャビティのサイズおよび幾何学的形状（キャビティデータ９０）を決定して寄生損失を低減することができることを見出した。
【００２１】
様々な実施形態において、上述のプロセスは、以下を含むプロセスＰ３Ａとして示される追加の中間ステップを含むことができる。
【００２２】
計算されたＡＲまたはＲＲ（ＡＲ／ＲＲデータ６０）に基づいて構成要素１０７の端壁輪郭１１５（ＥＷＣデータ９５）を決定する。端壁輪郭（ＥＷＣ）１１５は、構成要素１０７（たとえば、バケット１１８またはブレード１０９）の内側端壁１１６（またはベース１２２）、および／または外側端壁１１４（またはシュラウド１２６）の輪郭（形状）であり、これはこのような構成要素１０７を含むタービン１０における流体流れ特性を修正することができる。ＥＷＣ１１５の２つの位置が、ＥＷＣ１１５の例として図４に概略的に示されている。効果的に設計された端壁輪郭１１５（形状）は、従来の端壁と比較して、構成要素１０７の端壁（１１６，１１４，１２２，１２６）の近くの流体流れを良好に案内することができる。ＥＷＣ１１５の形状は、本明細書に記載されるように、計算されたＲＲ／ＡＲに基づき得る。本明細書で述べるように、場合によっては（たとえば、高いＲＲ／ＡＲの場合）、ＥＷＣ１１５は、（ＡＲ／ＲＲデータ６０に基づいて）期待される小さな効率利益のために構成要素１０７から除外することができる。ＥＷＣ１１５が選択される場合、プロセスＰ４は、構成要素１０７の決定された端壁輪郭１１５（ＥＷＣデータ９５）に基づいて、構成要素１０７に隣接するキャビティのサイズを決定することをさらに含むことができる（図３の括弧内に示される）。
【００２３】
様々な実施形態によれば、複数の構成要素１０７は、従来のアプローチと比較して大幅なコスト上昇を招くことなく、タービン１００の二次損失および／または寄生損失を低減する蒸気流路を形成するために、同時にまたは逐次的に設計することができる。すなわち、様々な実施形態によれば、複数段のバケット１１８およびブレード１０７などの構成要素１０７を、タービン１００を通る蒸気流路を形成するために設計することができる。
【００２４】
本明細書に示され記載されるフロー図において、図示していない他のプロセスを実行することができ、様々な実施形態に応じてプロセスの順序を再配列することができることを理解されたい。加えて、１つまたは複数の記載のプロセスの間に中間プロセスを実行してもよい。本明細書に示され記載されるプロセスの流れは、様々な実施形態の限定とみなすべきではない。
【００２５】
図５は、本発明の様々な実施形態による本明細書に記載の機能を実行するための、蒸気経路設計システム３１４を含む例示的な環境３０１を示している。この点に関して、環境３０１は、タービン１００（図１）を監視および／または制御するために、本明細書に記載の１つまたは複数のプロセスを実行することができるコンピュータシステム３０２を含む。具体的には、コンピュータシステム３０２は、蒸気経路設計システム３１４を含むものとして示されており、これによりコンピュータシステム３０２は、本明細書に記載のプロセスのいずれか／すべてを実行することによって、および本明細書に記載の実施形態のいずれか／すべてを実装することによって、蒸気経路の構成要素１０７および／または構成要素１０７のセットを設計するように動作可能となる。
【００２６】
コンピュータシステム３０２は、コンピューティングデバイス３１２を含むものとして示されており、処理構成要素３０４（たとえば、１つまたは複数のプロセッサ）、記憶構成要素３０６（たとえば、記憶階層構造）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）構成要素３０８（たとえば、１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースおよび／またはデバイス）、および通信経路３１０を含むことができる。一般に、処理構成要素３０４は、記憶構成要素１０７に少なくとも部分的に固定される蒸気経路設計システム３１４のようなプログラムコードを実施する。プログラムコードを実施している間、処理構成要素３０４はデータを処理することができ、その結果、さらなる処理のために記憶構成要素３０６および／またはＩ／Ｏ構成要素３０８との間で変換されたデータの読み出しおよび／または書き込みを行うことができる。経路３１０は、コンピュータシステム３０２の構成要素の各々の間の通信リンクを提供する。Ｉ／Ｏ構成要素３０８は、１つまたは複数のヒューマンＩ／Ｏデバイスを備えることができ、ユーザ（たとえば、人間および／またはコンピュータ化されたユーザ）３１２が、コンピュータシステム３０２および／または１つまたは複数の通信デバイスと相互通信することを可能にし、システムユーザ３１２が、任意のタイプの通信リンクを使用してコンピュータシステム３０２と通信することを可能にする。この点に関して、蒸気経路設計システム３１４は、人間および／またはシステムユーザ３１２と蒸気経路設計システム３１４との相互通信を可能にするインターフェース（たとえば、グラフィカルユーザインターフェース（単数または複数）、アプリケーションプログラムインターフェースなど）のセットを管理することができる。さらに、蒸気経路設計システム３１４は、任意の解決策を使用して、たとえば、無線および／またはハードワイヤード手段を介してＡＲ／ＲＲデータ６０、形状データ７０、シールデータ８０、キャビティデータ９０および／またはＥＷＣデータ９５などのデータを管理（たとえば、記憶、検索、生成、操作、編成、提示など）することができる。
【００２７】
いずれにしても、コンピュータシステム３０２は、インストールされた蒸気経路設計システム３１４などのプログラムコードを実施することができる１つまたは複数の汎用コンピューティング製品（たとえば、コンピューティングデバイス）を備えることができる。本明細書で使用する場合、「プログラムコード」は、情報処理能力を有するコンピューティングデバイスに、直接、または以下（ａ）他の言語、コード、もしくは記号への変換、（ｂ）異なるマテリアル形式での複製、および／または（ｃ）展開の任意の組み合わせの後に特定の機能を実行させる、任意の言語での命令、コードもしくは記号の任意の集合を意味することを理解されたい。この点に関して、蒸気経路設計システム３１４は、システムソフトウェアおよび／またはアプリケーションソフトウェアのいずれかの組み合わせとして具現化することができる。さらに、蒸気経路設計システム３１４は、クラウド型コンピューティング環境で実装することができ、１つまたは複数のプロセスが、第２のコンピューティングデバイス（たとえば、複数のコンピューティングデバイス３１２）で実行され、それらの第２のコンピューティングデバイスの１つまたは複数が、図５のコンピューティングデバイス３１２に関して図示して記載した構成要素のいくつかのみを含んでもよいことを理解されたい。
【００２８】
さらに、蒸気経路設計システム３１４は、モジュール３３２のセットを使用して実装することができる。この場合、モジュール３３２は、コンピュータシステム３０２が、蒸気経路設計システム３１４によって使用されるタスクのセットを実行することを可能にすることができ、蒸気経路設計システム３１４の他の部分から別々に構築される、および／または実装されることが可能である。本明細書で使用する場合、「構成要素」という用語は、任意の解決策を使用して、共に説明する機能を実装する、ソフトウェアを有するか、もしくは有さない、任意の構成のハードウェアを意味し、一方、「モジュール」という用語は、コンピュータシステム３０２が、任意の解決策を使用して、共に説明する機能を実装することを可能にするプログラムコードを意味する。処理構成要素３０４を含むコンピュータシステム３０２の記憶構成要素３０６に固定される場合、モジュールは、機能を実装する構成要素の相当な部分を占める。いずれにしても、２つ以上の構成要素、モジュール、および／またはシステムは、そのそれぞれのハードウェアおよび／またはソフトウェアの一部／すべてを共有することができることを理解されたい。さらに、本明細書で説明する機能の一部は実装されない可能性があるか、または追加の機能がコンピュータシステム３０２の一部として含まれる可能性があることを理解されたい。
【００２９】
コンピュータシステム３０２が、複数のコンピューティングデバイスを備える場合、各コンピューティングデバイスは、そこに固定された蒸気経路設計システム３１４（たとえば、１つまたは複数のモジュール３３２）の一部のみを有してもよい。しかし、コンピュータシステム３０２および蒸気経路設計システム３１４は、本明細書に記載のプロセスを実行することができる様々な潜在的に同等なコンピュータシステムを表すだけであることを理解されたい。この点に関して、他の実施形態では、コンピュータシステム３０２および蒸気経路設計システム３１４によって提供される機能は、プログラムコードを有するか、または有さない汎用および／または特定用途ハードウェアの任意の組み合わせを含む１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって少なくとも部分的に実装することができる。各実施形態において、ハードウェアおよびプログラムコードは、含まれている場合、標準的なエンジニアリングおよびプログラミング技術をそれぞれ使用して作成することができる。
【００３０】
にもかかわらず、コンピュータシステム３０２が、複数のコンピューティングデバイス３１２を含む場合、コンピューティングデバイスは、任意のタイプの通信リンクで通信可能である。さらに、本明細書に記載のプロセスを実行しながら、コンピュータシステム３０２は、任意のタイプの通信リンクを使用して、１つまたは複数の他のコンピュータシステムと通信することができる。いずれの場合でも、通信リンクは、様々なタイプの有線および／または無線リンクの任意の組み合わせを備えることができ、１つまたは複数のタイプのネットワークの任意の組み合わせを備えることができ、および／または様々なタイプの伝送技術およびプロトコルの任意の組み合わせを利用することができる。
【００３１】
ターボ機械１００（図１）内の構成要素（単数または複数）１０７を設計するための方法およびシステムとして本明細書で示して記載したが、本発明の態様はさらに、様々な代替の実施形態を提供することを理解されたい。たとえば、一実施形態では、本発明は、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体に固定され、実施されると、コンピュータシステムがターボ機械１００（図１）内の構成要素（単数または複数）１０７を設計することを可能にするコンピュータプログラムを提供する。この点に関して、コンピュータ可読媒体は、本明細書に記載のプロセスおよび／または実施形態の一部またはすべてを実装する蒸気経路設計システム３１４（図４）のようなプログラムコードを含む。「コンピュータ可読媒体」という用語は、現在公知のまたは今後開発される、プログラムコードのコピーがコンピューティングデバイスによって認識、複製、または通信され得る、任意のタイプの有形媒体の表現の１つまたは複数を備えることを理解されたい。たとえば、コンピュータ可読媒体は、１つまたは複数の携帯用記憶製品、コンピューティングデバイスの１つまたは複数のメモリ／記憶構成要素、紙などを備えることができる。
【００３２】
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装する、蒸気経路設計システム３１４（図５）などのプログラムコードのコピーをもたらす方法を提供する。この場合、コンピュータシステムは、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装するプログラムコードのコピーを処理して、その特性の１つまたは複数が、データ信号のセットのプログラムコードのコピーを符号化するように設定および／または変更されたデータ信号のセットを、第２の、別の位置で受信するために、生成および送信することができる。同様に、本発明の一実施形態は、本明細書に記載のデータ信号のセットを受信するコンピュータシステムを含む、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装するプログラムコードのコピーを取得し、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体に固定されるコンピュータプログラムのコピーにデータ信号のセットを送信する方法を提供する。いずれの場合でも、データ信号のセットは、任意のタイプの通信リンクを使用して送信／受信することができる。
【００３３】
さらに別の実施形態では、本発明は、ターボ機械１００（図１）内の蒸気流路（たとえば、構成要素（単数または複数）１０７を含む）を設計する方法を提供する。この場合、コンピュータシステム３０２（図５）などのコンピュータシステムを取得する（たとえば、作成する、維持する、または利用可能にするなど）ことができ、本明細書に記載のプロセスを実行するための１つまたは複数の構成要素を取得して（たとえば、作成する、購入する、使用する、修正するなど）、コンピュータシステムに配置することができる。この点に関して、配置することには、（１）プログラムコードをコンピューティングデバイスにインストールすること、（２）１つまたは複数のコンピューティングデバイスおよび／またはＩ／Ｏデバイスをコンピュータシステムに追加すること、（３）コンピュータシステムを組み込むおよび／または修正して、本明細書に記載のプロセスを実行することを可能にすることなどの、１つまたは複数を備えることができる。
【００３４】
あらゆる場合において、たとえば蒸気経路設計システム３１４を含む、本開示の様々な実施形態の技術的効果には、ターボ機械１００（図１）の蒸気経路内の構成要素（単数または複数）１０７を設計することが挙げられる。様々な実施形態によれば、蒸気経路設計システム３１４は、複数のターボ機械（たとえば、タービン１００に類似のまたは類似しない）内の設計構成要素（単数または複数）１０７を監視するように実装され得ることを理解されたい。
【００３５】
本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。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、当業者が想到するその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］
蒸気タービン（１００）の蒸気経路構成要素のセット（３０７）の各構成要素（１０７）に対して、
前記構成要素（１０７）のアスペクト比または半径比を計算することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の形状を設計することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）のシールタイプを決定することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比、前記構成要素（１０７）の前記形状および前記シールタイプに基づいて前記構成要素（１０７）に隣接するキャビティ（９０）のサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって前記蒸気タービン（１００）の流路を設計するように構成された少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）を備える、システム（３０２）。
［実施態様２］
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）が、前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の端壁輪郭（１１５）を決定するようにさらに構成される実施態様１に記載のシステム（３０２）。
［実施態様３］
前記構成要素（１０７）に隣接する前記キャビティ（９０）の前記サイズを前記決定することが、前記構成要素（１０７）の前記決定された端壁輪郭（１１５）にさらに基づく実施態様２に記載のシステム（３０２）。
［実施態様４］
前記構成要素（１０７）の前記端壁輪郭（１１５）を前記決定することが、前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）から前記端壁輪郭（１１５）を除外することを含む実施態様２に記載のシステム（３０２）。
［実施態様５］
前記蒸気タービン（１００）の前記構成要素（１０７）が、タービンバケット（１１８）またはタービンノズル（１０９）の少なくとも１つを含む実施態様１に記載のシステム（３０２）。
［実施態様６］
前記構成要素（１０７）の前記形状が、前記タービンバケット（１１８）または前記タービンノズル（１０９）の翼形部（１１２）の形状を含む実施態様５に記載のシステム（３０２）。
［実施態様７］
前記蒸気経路構成要素のセット（３０７）が、少なくとも１つのノズル（１０９）のセットと、少なくとも１つのバケット（１１８）のセットとを含む実施態様１に記載のシステム（３０２）。
［実施態様８］
二次流れ基準が、前記構成要素（１０７）に近接した許容可能な量の二次流れを含み、前記二次流れ基準が、前記タービン（１００）の出力要求に基づく実施態様１に記載のシステム（３０２）。
［実施態様９］
前記シールタイプが、Ｊ−シールまたは回転ブラシシールの少なくとも１つを含む実施態様１に記載のシステム（３０２）。
［実施態様１０］
前記キャビティ（９０）の前記サイズが、前記タービン（１００）の許容可能な量の寄生損失に基づいて決定される実施態様１に記載のシステム（３０２）。
［実施態様１１］
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）が、前記選択されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の端壁輪郭（１１５）を決定するようにさらに構成される実施態様１０に記載のシステム（３０２）。
［実施態様１２］
少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）によって実施されると、前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）に、
蒸気タービン（１００）の蒸気経路構成要素のセット（３０７）の各構成要素（１０７）に対して、
前記構成要素（１０７）のアスペクト比または半径比を計算することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の形状を設計することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）のシールタイプを決定することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比、前記構成要素（１０７）の前記形状および前記シールタイプに基づいて前記構成要素（１０７）に隣接するキャビティ（９０）のサイズを決定することと、を含むアクションを実行することによって前記蒸気タービン（１００）の流路を設計させる、コンピュータ可読記憶媒体のプログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品。
［実施態様１３］
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）が、前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の端壁輪郭（１１５）を決定するようにさらに構成される実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１４］
前記構成要素（１０７）に隣接する前記キャビティ（９０）の前記サイズを前記決定することが、前記構成要素（１０７）の前記決定された端壁輪郭（１１５）にさらに基づく実施態様１３に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１５］
前記蒸気タービン（１００）の前記構成要素（１０７）が、タービンバケット（１１８）またはタービンノズル（１０９）の少なくとも１つを含み、前記構成要素（１０７）の前記形状が、前記タービンバケット（１１８）または前記タービンノズル（１０９）の翼形部（１１２）の形状を含む実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１６］
前記蒸気経路構成要素のセット（３０７）が、少なくとも１つのノズル（１０９）のセットと、少なくとも１つのバケット（１１８）のセットとを含む実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１７］
二次流れ基準が、前記構成要素（１０７）に近接した許容可能な量の二次流れを含み、前記二次流れ基準が、前記タービン（１００）の出力要求に基づく実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１８］
前記シールタイプが、Ｊ−シールまたは回転ブラシシールの少なくとも１つを含む実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１９］
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（３１２）が、前記選択されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の端壁輪郭（１１５）を決定するようにさらに構成される実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様２０］
蒸気タービン（１００）の流路を設計するコンピュータ実装方法であって、
前記蒸気タービン（１００）の蒸気経路構成要素のセット（３０７）の各構成要素（１０７）に対して、
前記構成要素（１０７）のアスペクト比または半径比を計算することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）の形状を設計することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比に基づいて前記構成要素（１０７）のシールタイプを決定することと、
前記計算されたアスペクト比または半径比、前記構成要素（１０７）の前記形状および前記シールタイプに基づいて前記構成要素（１０７）に隣接するキャビティ（９０）のサイズを決定することと、を含む、方法。
【符号の説明】
【００３６】
１０  タービン
６０  ＡＲ／ＲＲデータ
７０  形状データ
８０  シールデータ
９０  キャビティデータ
９５  ＥＷＣデータ
１００  蒸気タービンシステム、タービン、ターボ機械システム、ターボ機械
１０７  ブレード、設計構成要素、ターボ機械構成要素、記憶構成要素
１０９  ブレード、タービンノズル
１１０  蒸気発生器
１１２  翼形部、ブレード、ノズル、プラットフォーム
１１４  半径方向外側プラットフォーム、外側端壁
１１５  端壁輪郭（ＥＷＣ）
１１６  半径方向内側プラットフォーム、内側端壁、構成要素
１１８  タービンバケット、ターボ機械バケット
１２０  高圧（ＨＰ）タービンセクション、中圧（ＩＰ）タービンセクション
１２１  ブレード、バケット
１２２  ベース
１２４  ロータ本体
１２６  シュラウド
１３０  低圧セクション
１４０  凝縮器
１５０  駆動シャフト
１５５  駆動シャフト
１６０  発電機
３０１  例示的な環境
３０２  コンピュータシステム
３０４  処理構成要素
３０６  記憶構成要素
３０７  構成要素のセット
３０８  入力／出力（Ｉ／Ｏ）構成要素
３１０  通信経路
３１２  システムユーザ、コンピューティングデバイス
３１４  蒸気経路設計システム
３３２  モジュール
【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】
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【外国語明細書】
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