(57)【要約】【課題】  本発明は、それらの流路に沿って互いに軸方向に結合されたタービンに関する。【解決手段】  上流側及び下流側タービン（１１０、１１２）のシャフト（１３４、１３６）は、カップリング（１３８）によって相互接続される。ディフューザ（１５０）を上流側及び下流側タービン間の中間キャビティ（１３０）内に設けて、運動エネルギーを回収すると同時に、カップリングがタービンに沿った流路に露出されることにより生じる風損及び回転損失を最小にするか又は排除する。半径方向入口インレット（１４５）により、中間キャビティ内への補充流体の導入を行い、この導入は、軸方向及び円周方向に向きを変えられて、上流側タービンから出る流れに合流し、下流側タービンへの複合流になる。【選択図】      図３
2004156617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に隣接したタービンの流路を互いに結合するための装置であって、
第１及び第２タービン（１１０、１１２）を含み、
前記第１及び第２タービン（１１０、１１２）は、該第１タービンに沿った第１流路部分（１２７）に沿って流れる流体流が、該第１タービンから排出されて該第２タービンに沿った第２流路部分（１２９）に入るように、流路に沿って軸方向に互いに結合され、またそれぞれのロータ（１３４、１３６）と該第１及び第２ロータ間に配置されて該タービンを互いに結合するカップリング（１３８）とを有しており、
該装置は更に、内側カバー（１５２）を含み、
前記内側カバー（１５２）は、前記第１タービンの最終段と前記第２タービンの第１段との間で延び、また前記ロータ間の前記カップリングの周りで該カップリングを覆って延びて、該ロータカップリングを前記流路から隔離しかつ前記流体流を前記第１タービンの第１流路部分から前記第２タービンの第２流路部分まで実質的に円滑に移行させる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１及び第２タービンは、それぞれ出口及び入口流路アニュラス（１４７、１４９）を有し、前記アニュラスは、直径及び高さの１つが互いに異なっており、前記カバーは、前記第１及び第２タービンの共通のロータ軸線を中心とした切頭円錐形断面を形成して、前記流体流を前記出口アニュラスと前記入口アニュラスとの間で移行させることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記入口アニュラス（１４９）は、前記出口アニュラスの直径よりも大きい直径を有することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２タービン間における前記流路の周縁部を定める外壁（１５４）を含み、前記内側カバー及び前記外壁は、前記第１及び第２タービン間でかつ前記カップリングの周りにディフューザ（１５０）を定めることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１及び第２タービン間に位置し、前記流路の一部を形成するキャビティ（１３０）と、前記第１及び第２タービン間の位置において前記キャビティ内に流体を放出する少なくとも１つの流体流インレット（１４５）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
タービンを互いに結合するための装置であって、
第１及び第２タービン（１１０、１１２）を含み、
前記第１及び第２タービン（１１０、１１２）は、軸方向に互いに結合され、第１流路部分（１２７）に沿って流れる流体流が該第１タービンから排出されて該第２タービンの第２流路部分（１２９）に入るような流路を有し、またそれぞれのロータ（１３４、１３６）と該第１及び第２ロータ間に配置されて該タービンを互いに結合するカップリング（１３８）とを有しており、
該装置は更に、外壁（１５４）を含み、
前記外壁（１５４）は、前記第１タービンの最終段と前記第２タービンの第１段との間でかつ前記第１及び第２タービン間の前記流路の周りで該流路を覆って延びて、前記流体流を前記第１タービンの第１流路部分から前記第２タービンの第２流路部分まで実質的に円滑に移行させる、
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
前記第１及び第２タービンは、それぞれ出口及び入口流路アニュラス（１４７、１４９）を有し、前記アニュラスは、直径及び高さのうちの１つが互いに異なっており、前記外壁は、前記第１及び第２タービンの共通のロータ軸線を中心とした切頭円錐形断面を形成して、前記流体流を前記出口アニュラスと前記入口アニュラスとの間で移行させることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記外壁（１５４）は、鋳造外側タービンシェル（１４２）の一部を形成していることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第１及び第２タービン間に位置し、前記流路の一部を形成するキャビティ（１３０）と、前記第１及び第２タービン間の位置において前記キャビティ内に流体を放出する少なくとも１つの流体流インレット（１４５）とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
軸方向に隣接したタービンの流路を互いに結合するための装置であって、
第１及び第２タービンを含み、
前記第１及び第２タービンは、該第１タービンに沿った第１流路部分に沿って流れる流体流が、出口アニュラスを通って該第１タービンから排出されて該第２タービンへの入口アニュラスを通って第２流路部分に入るように、流路に沿って軸方向に互いに結合され、またそれぞれのロータと該第１及び第２ロータ間に配置されて該タービンを互いに結合するカップリングとを有しており、
該装置は更に、環状壁部を含み、
前記環状壁部は、前記第１タービンの前記出口アニュラスの近傍から前記ロータ間の前記カップリングの半径方向外側を延びて、ディフューザを形成し、前記ディフューザは、前記出口及び入口アニュラス間で前記流体流を導き、該流体流を前記第１タービンの第１流路部分から前記第２タービンの第２流路部分まで実質的に円滑に移行させる、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記壁部は、前記第１タービンの最終段を形成するタービンバケットの根元半径の近傍から前記第２タービンの第１段の一部を形成する内側バンドまで延びる内側カバーを含み、前記カバーは、前記第１及び第２タービンの共通のロータ軸線を中心とした回転面を形成して、前記流体流を前記出口アニュラスと前記入口アニュラスとの間で移行させることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記カバーは、前記カップリングを覆って配置され、前記第２タービンによって支持されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それらの流路に沿って互いに軸方向に結合されたタービンに関し、具体的には、軸方向に結合されたタービンの流路間に該流路に沿って形成されて、大規模な乱流混合におけるエネルギー損失を減少させると同時に蒸気流の拡散によりエネルギーを回収するディフューザに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、それらのロータシャフト及び流路を互いに結合することによって接続される場合がある。例えば、２つの軸流蒸気タービンは、第１又は上流側タービンの最終段を出る蒸気流が第２又は下流側タービンの第１段に入るように、互いに軸方向に結合されることができる。一般的に、これも流路の一部を形成するキャビティが、タービン間に配置される。回転シャフト及びカップリングが流路に露出されている場合には、シャフトの回転により、流体が巻き込まれ、該流体は再び流路内へ排出される。これは、よく風損と呼ばれる現象であり、キャビティ内の乱流混合による大きなエネルギー損失を生じさせる可能性がある。シャフト間のカップリングはまた、キャビティを通る一方のタービンから他方のタービンまでの流路に沿った流れに対して隆起表面となり、流れのはく離に起因する損失を生じさせる。更に、軸方向に結合されたタービンにおいては、その他のエネルギー損失が発生する。例えば、上流側タービンの出口アニュラスは一般的に、下流側タービンの入口アニュラスとは異なった直径及び／又は高さを有する。流れは、１つのアニュラスから次のアニュラスへと方向を急激に変えることができないので、この流れは、通常、キャビティの他の表面上に衝突し、結果として損失を生じることになる。更に、蒸気が下流側タービンに入る前に、付加的な蒸気を流路、例えばキャビティ内に導入する場合がある。この中間での蒸気導入は、上流側及び下流側タービン間における蒸気移行流路内にかく乱を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転シャフトによる損失を減少させる従来の取り組みには、カバーを覆って配置されかつタービンの回転軸線と一致した軸線を有する、ほぼ円筒形のカップリングカバーを設けることが含まれていた。これは、回転シャフト及びカップリングによる一部の損失には対処するものの、上記した全ての損失メカニズムを考慮するものではない。この円筒形のカバーは、キャビティ内の損失を軽減するが、エネルギー損失そのものを引き起こすものであり、またそれ自身流路からエネルギーを回収するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の好ましい実施形態によれると、流れを上流側タービンから下流側タービンまで移行させ、小さい混合損失で上流側及び下流側タービンの中間にあるキャビティ内に補充流体流を導入するのに適応する装置が提供される。上述のことを達成するために、上流側及び下流側タービン間の流路内にディフューザが設けられる。内側ディフューザ壁又はカップリングカバーは、上流側及び下流側タービン間の移行流路の内径を定め、上流側タービンの最終段と下流側タービンの初期段との間で延びる。カップリングカバーは、タービンの回転軸線に一致する軸線を中心とする切頭円錐形断面の形状であることが好ましい。従って、このカップリングカバーは、ロータシャフトを結合しているカップリングを覆って配置されて、風損、及びそうでなければ流路の流体流が衝突することになる隆起表面に起因する流れはく離を実質的に最小にするか又は排除する。
【０００５】
ディフューザはまた、上流側及び下流側タービン間の流路の周縁部を一部定める外側ディフューザ壁を含む。内側カップリングカバーと同様に、この外側ディフューザ壁は、前記の軸線を中心とする切頭円錐形断面で形成されるのが好ましく、また両タービンに共通の外側タービンシェルの一部として鋳造されることが好ましい。上流側タービンの出口アニュラスと下流側タービンの入口アニュラスとの間に配置されたディフューザは、流体（蒸気）流を拡散させながら、該流体（蒸気）流を案内する。従って、ディフューザは２つのタービン間で円滑な移行を行わせ、それによって、回転シャフト及びカップリングと２つのタービンの出口及び入口アニュラス間の整合不良とに関係するエネルギー損失を排除し、同時にディフューザの使用によりエネルギー回収を増大させる。
【０００６】
上流側及び下流側タービンの中間にあるインレットを通して、補充流体流を流路キャビティ内に導入することができる。インレットは、流れが、基本的には半径方向から軸方向成分と円周方向に向いた成分との両方を有する流れ方向に向きを変えられるように構成される。補充導入流が上流側タービンからの流路に交わるとき、該導入流の流速及び方向は、小さい混合損失をもたらす程度になるようになっている。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態において、軸方向に隣接したタービンの流路を互いに結合するための装置が提供され、該装置は、第１及び第２タービンを含み、該第１及び第２タービンは、該第１タービンに沿った第１流路部分に沿って流れる流体流が、該第１タービンから排出されて該第２タービンに沿った第２流路部分に入るように、流路に沿って軸方向に互いに結合され、またそれぞれのロータと該第１及び第２ロータ間に配置されて該タービンを互いに結合するカップリングとを有しており、該装置は更に、内側カバーを含み、該内側カバーは、第１タービンの最終段と第２タービンの第１段との間で延び、またロータ間のカップリングの周りで該カップリングを覆って延びて、該ロータカップリングを流路から隔離しかつ流体流を第１タービンの第１流路部分から第２タービンの第２流路部分まで実質的に円滑に移行させる。
【０００８】
本発明による別の好ましい実施形態において、タービンを互いに結合するための装置が提供され、該装置は、第１及び第２タービンを含み、該第１及び第２タービンは、軸方向に互いに結合され、第１流路部分に沿って流れる流体流が該第１タービンから排出されて該第２タービンの第２流路部分に入るような流路を有し、またそれぞれのロータと該第１及び第２ロータ間に配置されて該タービンを互いに結合するカップリングとを有しており、該装置は更に、外壁を含み、該外壁は、第１タービンの最終段と第２タービンの第１段との間でかつ該第１及び第２タービン間の流路の周りで該流路を覆って延びて、流体流を第１タービンの第１流路部分から第２タービンの第２流路部分まで実質的に円滑に移行させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面の図、特に図１を参照すると、第１及び第２タービン、すなわち全体を符号１０で表した第１又は上流側タービンと、それらの流路に沿ってそれらのロータシャフトを互いに結合することによって互いに軸方向に結合された、全体を符号１２で表した下流側タービンとが示されている。第１タービン１０は、バケット１６を支持する複数の軸方向に間隔をおいて配置されたロータホイール１４を含み、該ロータホイール１４は、パーティション２０を支持するダイヤフラム１８と共に、多段の第１タービンを形成する。同様に、第２タービン１２は、バケット２４を支持する複数の軸方向に間隔を置いて配置されたロータホイール２２を含み、該ロータホイール２２は、パーティション２８を支持するダイヤフラム２６と共に、多段の第２タービンを形成する。エネルギーを有する流体、例えば蒸気は、矢印２７で示した第１流路部分に沿って上流側タービン１０の多くの段を通過し、中間のキャビティ３０を通り、また下流側タービン１２の多くの段で構成された、矢印２９で示した第２流路部分を通って、ほぼ軸方向に流れることが分かるであろう。従って、流路部分２７及び２９とキャビティ３０とは、結合されたタービンを通る流路を形成する。更に、それぞれ第１及び第２タービン１０及び１２の個別のロータシャフト３４及び３６は、全体を符号３８で示したカップリングによって互いに結合される。カップリングは、それぞれのロータシャフトの端部上にフランジ４０を含み、フランジ、従ってシャフトは、ボルト４１によって互いに相互接続される。更に、一対の半径方向流体（蒸気）導入ポート４５（１つのみが示されている）が、共通の外側シェル４２を貫通して設けられ、該導入ポート４５は、付加的な流体（蒸気）を中間キャビティ３０内に導入して流路内の流体に合流させる。
【００１０】
上で述べたように、回転シャフト３４及び３６とカップリング３８とは、キャビティ３０内で流路に露出されており、その結果、乱流混合による風損とカップリング３８及びその他の部品上の隆起表面に対する衝突による流れはく離に起因する損失とを生じさせる。
【００１１】
これらの損失を減少させるための従来技術の取り組みが、図２に示されている。図２において、ロータシャフト３４及び３６の回転軸線に一致した軸線を有する円筒形のカバー４６が、直接にカップリング３８を覆って配置される。カバー４６は、その外面の周りに、半径方向に突出する補強リブ４８を有する。この構成によって、回転するシャフト及びカップリングによる損失は、或る程度緩和されたが、この損失は事実上残存し、また円筒形カバーは、流路に沿ったその他の損失には対処しない。
【００１２】
さて、本発明の好ましい実施形態を示す、図１及び図２におけるのと同様の部品を頭に数字１を付けた同じ参照符号で示している図３を参照すると、ここには、上流側タービン１１０が示されており、該上流側タービン１１０は、バケット１１６を支持する軸方向に間隔を置いて配置されたロータホイール１１４を有し、該ロータホイール１１４は、パーティション１２０を支持するダイヤフラム１１８と共に、個別の軸方向に間隔を置いて配置されたタービン段を形成する。ホイール１１４は、ロータシャフト１３４の一部を形成する。同様に、第２又は下流側タービン１１２は、バケット１２４を支持するロータホイール１２２を含み、該ロータホイール１２２は、パーティション１２８を支持するダイヤフラム１２６と共に、個別の軸方向に間隔を置いて配置されたタービン段を形成する。ロータホイール１２２は、第２ロータシャフト１３６上に支持される。第１及び第２タービン１１０及び１１２は、それぞれ流路部分１２７及び１２９を有し、キャビティ１３０と共にタービンを通る流路を形成する。
【００１３】
ロータシャフト１３４及び１３６は、従来技術におけるのと同様に、フランジ１４０と該フランジを互いに固定する一連の円周方向に間隔を置いて配置されたボルト１４１とを使用して、カップリング１３８により互いに結合される。また、従来技術におけるのと同様に、共通の外側シェル１４２には、１つ、好ましくは一対の半径方向の流体又は蒸気インレット１４５が取付けられており、該流体又は蒸気インレット１４５は、中間キャビティ１３０内に流体（蒸気）を導入して、上流側タービン１１０の出口アニュラス１４７を出て下流側タービン１１２の入口アニュラス１４９へ流れる流体（蒸気）と合流させる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によると、それぞれ第１及び第２タービン１１０及び１１２の中間にあるキャビティ１３０の一部を形成する、全体を符号１５０で表したディフューザが設けられる。このディフューザ１５０は、上流側タービン１１０を出て下流側タービン１１２内に入る前に、流体（蒸気）から運動エネルギーを回収する。ディフューザ１５０を形成し、同時に風損及び回転損失を最小にするか又は排除するために、結合されたシャフト１３４及び１３６の回転軸線と一致した軸線を有する切頭円錐形断面の形状をした内側カバー１５２が設けられる。この内側カバー１５２は、上流側タービン１１０の出口アニュラス１４７を出て下流側タービン１１２の入口アニュラス１４９に至る流路の内周縁部を定める。つまり、内側カバー１５２は、上流側タービン１１０の最終段を形成するバケットの根元半径に隣接したところ（の近傍）から下流側タービンの第１段の内側バンドまで延びる。カバー１５２は、下流側タービン１１２の内側シェルにより支持される。従って、中間キャビティ１３０を通る流路は、シャフト間のカップリング１３８から実質的に密閉される。
【００１５】
更に、ディフューザ１５０を定めるのは、外壁１５４であり、該外壁１５４は、上流側タービン１１０のほぼ軸方向下流側の延長部を形成する。外壁１５４の内側壁面１５６は、上流側タービン１１０を出る流れの外周縁部を一部定める。従って、内側カバー１５２及び壁面１５６は流路の周りにアニュラスを形成し、その面積は、下流側タービン１１２に向けて下流方向に増大している。
【００１６】
好ましくは２つあるインレットポート１４５は、中間キャビティ１３０内に流体（蒸気）を半径方向に導入する。インレットポート１４５は、上流側及び下流側タービンの両方に共通の外側シェル１４２の一部を形成する。このインレットポート１４５は、ほぼ半径方向内向きに向けられた流れが、該流れが外壁１５４の外側壁面１５８に遭遇したときに、向きを変えられるように構成されており、流れは、結合キャビティ１３０に入る前に、軸方向及び円周方向に向きを変えられる。従って、インレット流路が上流側タービンからの軸方向流路と交わる場合に、流れの速度は、混合損失が減少させられるほど十分に低下されている。
【００１７】
上述した好ましい実施形態の結果として、回転損失及び風損は、実質的に最小にされるか又は排除される。更に、上流側タービンの出口アニュラスと下流側タービンの入口アニュラスとの間の流路は、出口及び入口アニュラス１４７及び１４９の高さ及び／又は直径がそれぞれ異なるにもかかわらず、それらの間に円滑な流れ移行をもたらす。
【００１８】
本発明を、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連させて説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術によるタービン間のカップリング及び流路を示す、互いに結合された一対のタービンの上側部分の部分断面図。
【図２】従来技術のカップリングカバーを示す、図１と同様な図。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるカップリングカバーを示す、図１と同様な図。
【符号の説明】
【００２０】
１１０上流側タービン
１１２下流側タービン
１２７上流側タービンの流路部分
１２９下流側タービンの流路部分
１３０中間キャビティ
１３４、１３６  ロータシャフト
１３８カップリング
１４２外側シェル
１４５半径方向流体インレット
１４７上流側タービンの出口アニュラス
１４９下流側タービンの入口アニュラス
１５０ディフューザ
１５２内側カバー
１５４外壁
【図１】
2004156617.tif 000003
【図２】
2004156617.tif 000004
【図３】
2004156617.tif 000005