(57)【要約】【課題】  排出ケーシング（１６）から後方に延びる排出ディフューザ（３６）を含むタービンエンジン（１０）を組立てる方法。【解決手段】  この方法は、リリーフダイアフラム（３８）を排出ディフューザに結合する段階と、案内システム（７０）を、該案内システムがリリーフダイアフラムから半径方向内側に位置しかつ排出ディフューザを通る排出流路の少なくとも一部分を形成するように、該排出ディフューザに結合する段階とを含む。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ケーシング（１６）から後方に延びる排出ディフューザ（３６）を含むタービンエンジン（１０）を組立てる方法であって、
リリーフダイアフラム（３８）を前記排出ディフューザに結合する段階と、
案内システム（７０）を、該案内システムが前記リリーフダイアフラムから半径方向内側に位置しかつ前記排出ディフューザを通る排出流路の少なくとも一部分を形成するように、前記排出ディフューザに結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
案内システム（７０）を前記ディフューザ（３６）に結合する前記段階が、第１の案内部材シェル（７２）が第２の案内部材シェル（７４）と対向するように前記案内システムを前記ディフューザに枢動可能に結合する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
案内システム（７０）を前記排出ディフューザ（３６）に結合する前記段階が、前記第１の案内部材シェル（７２）及び前記第２の案内部材シェル（７４）を、各案内部材シェルが該第１及び第２の案内部材シェル間に配置された棚状部（９４）に係合するように、前記排出ディフューザに結合する段階を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
案内システム（７０）を前記排出ディフューザ（３６）に結合する前記段階が、正常運転状態時に前記リリーフダイアフラム（３８）が前記排出流路から実質的に隔離されるように、前記案内システムを前記排出ディフューザに結合する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
案内システム（７０）を前記排出ディフューザ（３６）に結合する前記段階が、正常運転状態時に前記案内システムが実質的に連続した流れ面を形成するように、前記案内システムを前記排出ディフューザに結合する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
案内システム（７０）を前記排出ディフューザ（３６）に結合する前記段階が、エンジン（１０）の過圧運転状態時に前記リリーフダイアフラム（３８）が破裂可能であるように、前記案内システムを前記排出ディフューザに結合する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に回転機械に関し、より具体的には、回転機械からの内部排出流の乱流を減少させるための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン及びガスタービンは、他の目的の中でも特に、発電機に動力を供給するために用いられる。蒸気タービンは、一般的に、直列流れ関係になっている、蒸気入口、タービン、及び蒸気出口を含む蒸気流路を有する。ガスタービンは、一般的に、直列流れ関係になっている、空気取入口（又は入口）、圧縮機、燃焼器、タービン、及びガス出口（又は排気ノズル）を含むガス流路を有する。一部の公知の蒸気タービンは、復水器に結合される。正常運転状態の下では、エンジンケーシングが、エンジンを通して排出流を軸方向に排出ディフューザに導き、次いで復水器が、排出蒸気を復水させる。公知のケーシングは、リリーフダイアフラムを含む逃がしダクトを含む。異常運転状態の下では、復水器が、機能しなくなり、排出ディフューザ内に急激な圧力上昇を引き起こす場合がある。リリーフダイアフラムは、この状態の下では、破裂して、蒸気を外部に放出し、タービンへの損傷を防止するのを可能にするように設計されている。
【０００３】
タービンの運転効率は、少なくとも一部分は、タービン内部の流動ダイナミックスによって決まり、このためエンジン効率は、空気力学的構成部品の幾何学形状により制約される可能性がある。より具体的には、排出ディフューザのような或る空気力学的構成部品の幾何学形状を変更することで、流量変化を減少させエンジン効率を向上させるのを可能にすることができる。しかしながら、リリーフダイアフラムが排出流に隣接しているので、逃がしダクトは、排出流路中に乱流を生じさせる可能性がある。このような乱流は、タービン効率を低下させる可能性がある流量損失を引き起こすおそれがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、排出ケーシングから後方に延びる排出ディフューザを含むタービンエンジンを組立てる方法が提供され、この方法は、リリーフダイアフラムを排出ディフューザに結合する段階と、案内システムを、該案内システムがリリーフダイアフラムから半径方向内側に位置しかつ排出ディフューザを通る排出流路の少なくとも一部分を形成するように、該排出ディフューザに結合する段階とを含む。
【０００５】
別の態様では、タービンエンジンが提供され、このエンジンは、それを通る排出流路の一部分を形成する排出ケーシングと、排出ケーシングに結合された排出ディフューザと、排出ディフューザに結合されたリリーフダイアフラムと、リリーフダイアフラムから半径方向内側にかつ該リリーフダイアフラムと排出流路との間に位置するように排出ディフューザに結合された案内システムとを含む。
【０００６】
更に別の態様では、タービンエンジンが提供され、このタービンエンジンは、排出ケーシングと、排出ディフューザと、ケーシングから延びる逃がしダクトを含みかつエンジン過圧状態時に破裂するように構成されたリリーフダイアフラムと、ダイアフラムと排出ケーシングを通って延びる排出流路との間でエンジン内に結合された案内システムとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、ロータ組立体１２と、ステータ組立体１４と、ケーシング１６とを含む例示的な蒸気タービンエンジン１０の部分断面図である。ロータ組立体１２は、シャフト１８と複数のバケット組立体２０とを含む。各バケット組立体２０は、シャフト１８の周りで円周方向に延びる列で配置された複数のバケット２２を含む。
【０００８】
ステータ組立体１４は、ステータ２４と複数のノズル組立体２６とを含む。ノズル組立体２６は、ステータ２４の周りで半径方向内向きにかつ円周方向に延びる列で配置された複数のノズル２８を含む。ノズル２８は、バケット２２と協働してタービン段を形成し、かつタービン１０を通る蒸気流路の一部分を形成する。
【０００９】
運転中、蒸気３０は、タービン１０の入口３２に流入し、ノズル２８を通して導かれる。ノズル２８は、蒸気３０を下流方向にバケット２２に当たるように向ける。タービン段を通る蒸気３０は、バケット２２に力を加えてシャフト１８を回転させる。蒸気３０は、排出ケーシング３４及び排出ディフューザ３６を通ってタービン１０を流出する。ディフューザ３６には、大気リリーフダイアフラム３８、開口４４、及び逃がしダクト５０が配置される。ダイアフラム３８は、排出過圧状態になった場合に、破裂するように構成されていて、排出ガスは、開口４４、ダクト５０、及びダイアフラム３８を通してタービン１０の外部に流される。
【００１０】
タービン１０の少なくとも１つの端部は、シャフト１８から離れるように軸方向に延ばされることができ、それに限定するのではないが、例えば発電機及び／又は別のタービンのような負荷或いは機械（図示せず）に取付けられることができる。従って、実際には大型の蒸気タービンユニットは、全て同じシャフト１８に同軸に結合された幾つかのタービンを含むことができる。このようなユニットは、例えば、中圧タービンに連結された高圧タービンを含み、その中圧タービンが低圧タービンに連結されることができる。１つの実施形態では、蒸気タービン１０は、ニューヨーク州Schenectady所在のGeneral Electric社から購入可能である。
【００１１】
図２は、タービン１０に用いることができる公知の排出ディフューザ３６の概略断面端面図である。ディフューザ３６は、第１の側面４０と該第１の側面４０から反対側に配置された第２の側面４２とを含み、開口４４がその間に形成されるようになっている。棚状部４６が、ディフューザ３６の内側表面４８からほぼ円周方向に開口４４内に延びる。大気リリーフダイアフラム３８が、該ダイアフラム３８が排出流路と流れ連通するように、ディフューザ３６に結合される。ダイアフラム３８は、当該技術では公知であり、ディフューザ３６から半径方向外向きに延びる逃がしダクト５０に結合される。
【００１２】
正常運転時、ダイアフラム３８は、シールされた状態に維持され、またディフューザ３６は、排出ガスをタービンエンジン１０から軸方向外向きに排出する。側面４０及び４２、棚状部４６、並びに逃がしダクト５０の幾何学形状及び配向により、排出流路内に乱流が生じ、それによってタービン性能を低下させる可能性がある。ダイアフラム３８は、排出過圧状態になった場合には、破裂して排出ガスを開口４４を通してタービン１０から排出するように構成されており、ディフューザ３６内部のピーク異常運転圧力を許容可能なピーク運転圧力にまで低下させるのを可能にする。
【００１３】
図３は、上半分の排出ディフューザ３６に用いることができる例示的な案内システム７０の概略部分断面側面図である。図４は、案内システム７０の概略断面端面図である。案内システム７０は、第１の案内部材シェル７２と第２の案内部材シェル７４とを含む。部材シェル７４は、部材シェル７２と対向して配置されており、各シェル７２及び７４は、ディフューザ３６に枢動可能に結合される。より具体的には、シェル７２及び７４は、各シェル７２及び７４が閉位置８５から開位置１０２まで回動可能になるように、一対のヒンジ７６によりディフューザ３６に枢動可能に結合される。別の実施形態では、シェル７２及び７４は、ばね付勢ラッチ、デテント機構、及びケーブルの少なくとも１つを用いてディフューザ３６に枢動可能に結合される。この例示的な実施形態では、ヒンジ７６は、ディフューザ棚状部４６に対して取付けられている。
【００１４】
部材シェル７２は、半径方向外側端縁８０と、半径方向内側端縁８２と、その間で延びる円弧状本体８４とを含む。この例示的な実施形態では、シェル７４は、シェル７２と同じであり、半径方向内側端縁８６と、半径方向外側端縁８８と、その間で延びる円弧状本体９０とを含む。別の実施形態では、本体８４及び９０は、ほぼ平面状である。
【００１５】
案内システム７０は更に、支持棚状部９４と少なくとも１つのシヤーピン９６とを含む。棚状部９４は、前方ディフューザ棚状部７８と後方ディフューザ棚状部９２との間で開口４４を横切って延びて、部材シェル７２及び７４がディフューザ空洞９８に向かって内向きに枢動するのを制限するようになっている。この例示的な実施形態では、棚状部９４は、垂直方向の中心軸線１００に対して垂直に延びる。部材シェル７２及び部材シェル７４は、少なくとも１つシヤーピン９６によって棚状部９４に当接した閉位置に固定される。この例示的な実施形態では、内側端縁８２及び８６は、閉位置において棚状部９４との間で接触線を形成する。本体８４及び９０とリリーフダイアフラム３８との間の空洞は、該本体８４及び９０内の少なくとも１つのカットアウト部８７により排出ディフューザ３６と流れ連通した状態で設けられる。１つの実施形態では、カットアウト部８７は、本体８４及び９０内のほぼ中央に配置される。カットアウト部８７は、リリーフダイアフラム３８が破裂することできるように異常圧力を該リリーフダイアフラム３８に迅速に伝達することを可能にする大きさにされる。
【００１６】
正常運転時、ダイアフラム３８は、シールされた状態に維持され、また案内システム７０は、閉じられた状態８５に維持され、ダイアフラム３８を排出流路の流れから隔離し、ディフューザ３６は、排出流路の流れをタービンエンジン１０から軸方向外向きに流す。案内システム７０の幾何学形状及び配向は、乱流５２を減少させることを可能にする。より具体的には、第１の案内部材シェル７２及び第２の案内部材シェル７４の幾何学形状は、ディフューザ３６の幾何学形状及び配向を実質的に乱すことなく、開口４４全体にわたって連続した流れ面を形成する。
【００１７】
排出過圧状態になった場合には、ダイアフラム３８は破裂し、ピン９６は剪断され、案内システム７０は、開位置１０２に移動して、エンジン１０からの排出ガスが、開口４４及びダイアフラム３８を通して排出されて、ディフューザ３６内部の運転圧力を低下させるのを可能にするようになる。より具体的には、過圧状態時、シヤーピン９６は切断されて、第１の案内部材シェル７２及び第２の案内部材シェル７４は、開位置１０２に回動する。案内システム７０は、破裂したダイアフラム３８を通るスムーズな流れを可能にするような大きさにされる。この例示的な実施形態では、ダイアフラム３８は、排出ケーシング内部の圧力がおよそ１５ｐｓｉｇを超えた時に破裂するように構成される。別の実施形態では、ダイアフラム３８は、排出ケーシング内部の圧力がおよそ１ｐｓｉｇを超えた時に破裂するように構成される。
【００１８】
上記の案内システムは、性能を向上させかつ効率的である。この案内システムは、逃がしダクトにより生じる流量変動及び損失を減少させることによって排出ディフューザの空気力学的特性を向上させ、従って排出流の乱流を減少させてエンジン効率を増大させることを可能にする。その結果、この案内システムは、費用効果のある方法で、タービンの性能を著しく改善しかつ運転効率を向上させる。
【００１９】
案内システムの例示的な実施形態を、上に詳細に説明している。このシステムは、本明細書に記載した実施形態に限定されるものではなく、むしろ案内システムの構成部品は、本明細書に記載した他の構成部品から独立して別個に用いることができる。各案内システム構成部品はまた、他の案内システム及びタービン構成部品と組み合わせて用いることもできる。
【００２０】
なお、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】
【００２１】
【図１】例示的なタービンエンジンの断面図。
【図２】図１に示すタービンに用いることができる公知の排出ディフューザの概略断面端面図。
【図３】図１に示す排出ディフューザに用いることができる例示的な案内システムの概略部分断面側面図。
【図４】図３に示す案内システムの概略断面端面図。
【符号の説明】
【００２２】
２２  バケット
３４  排出ケーシング
３６  排出ディフューザ
３８  リリーフダイアフラム
４４  開口
５０  逃がしダクト
５２  低乱流の流れ
７８  前部ディフューザ棚状部
９２  後部ディフューザ棚状部
９４  棚状部
９６  シヤーピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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