(57)【要約】【課題】  ハイブリッド最終段ＬＰバケット（２４）と関連して使用するための蒸気タービンシステムを提供する。【解決手段】  システムは、低ＶＡＮ風損状態の間にバケット先端部領域（２０、２４）を冷却し、それにより、ハイブリッドブレード使用の有益な構造及び効率上の成果を実現できる。  軸流蒸気タービンは、回転子と；内側リング（５２）、外側リング（５０）及び前記内側リングと前記外側リングとの間に延出する複数のノズル（６０）を具備するダイアフラムと、前記ダイアフラムの下流側で前記回転子に固着され、前記最終段ダイアフラムに関して回転する１列のバケット（２４）とを含む最終段と；前記最終段の付近に向かって冷却媒体を噴射する少なくとも１つの噴射アセンブリ（４４、５６、５８、６６、６８、７０）とを具備する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と；
内側リング（５２）、外側リング（５０）及び前記内側リングと前記外側リングとの間に延出する複数のノズル（６０）を具備するダイアフラムと、前記ダイアフラムの下流側で前記回転子に固着され、前記最終段ダイアフラムに関して回転する１列のバケット（２４）とを含む最終段と；
前記最終段の付近に向かって冷却媒体を噴射する少なくとも１つの噴射アセンブリ（４４、５６、５８、６６、６８、７０）とを具備する軸流蒸気タービン。
【請求項２】
前記噴射アセンブリは、前記最終段バケットの下流側の排気領域に複数の水噴霧器（４４）を具備する請求項１記載の軸流蒸気タービン。
【請求項３】
前記噴射アセンブリは、前記外側リング（５０）に規定された蒸気噴射空洞部又は水噴射空洞部（５８、６６）と、前記ダイアフラムの前記ノズル（６０）に向かって方向を規定された蒸気噴射開口部又は水噴射開口部（５６、５４）とを具備する請求項１記載の軸流蒸気タービン。
【請求項４】
前記噴射開口部は、前記最終段を通過する蒸気流路に関して前記ノズルの上流側に配置される請求項３記載の軸流蒸気タービン。
【請求項５】
前記噴射空洞部（６６）は、前記最終段を通過する蒸気流路に関して前記ノズル（６０）の下流側にある請求項３記載の軸流蒸気タービン。
【請求項６】
前記最終段を通過する蒸気流路に関して前記ノズル（６０）の下流側及び前記バケット（２０）の上流側で、前記蒸気流路から水分を取出す水分取出しアセンブリ（１６６、１６８、１７０、５４）を具備し、前記水分取出しアセンブリは、前記外側リングに規定された水分取出し空洞部（１６６）と、前記ダイアフラムの前記ノズル（６０）に向かって方向を規定されたスコップを有する開口部（５４）を有する水分取出し溝（１７０）とを具備する請求項１記載の軸流蒸気タービン。
【請求項７】
少なくとも１つの前記バケットは、（１）金属から成り、第１の質量密度を有し、ほぼ前記ブレードの根元部からほぼ前記ブレードの先端部まで半径方向に延出する金属部分（３４）と；（２）前記第１の質量密度より低い第２の質量密度を有する少なくとも１つの繊維複合部分（３８、４０）とを含むエーロフォイル部分を具備する請求項１記載の軸流蒸気タービン。
【請求項８】
回転子と最終段とを含み、前記最終段が、内側リング（５２）、外側リング（５０）及び前記内側リングと前記外側リングとの間に延出する複数のノズル（６０）を具備するダイアフラムと、前記ダイアフラムの下流側で前記回転子に固着され、前記最終段に関して回転する１列のバケット（２４）とを含むような軸流蒸気タービンにおいて前記最終段を冷却する方法であって、
前記最終段の付近に向かって冷却媒体を噴射すること（４４、５６、５８、６６、６８、７０）を含む方法。
【請求項９】
前記噴射することは、前記最終段バケット（２０）の下流側の排気領域において水（４４）を噴霧することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記噴射することは、前記外側リング（５０）に形成された蒸気噴射空洞部又は水噴射空洞部（５８、６６）から、前記ダイアフラムの前記ノズルに向かって方向付けされた蒸気噴射開口部又は水噴射開口部（５６、５４）を通して蒸気又は水を噴射することを含む請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、通常は低圧（ＬＰ）蒸気タービン部分の最終段のハイブリッド複合バケット（ブレード）と関連して使用される蒸気タービンシステム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンブレードは、大きな遠心荷重及び振動応力にさらされる環境の中で動作する。ブレードの固有振動数が回転速度又は他の通過振動数（上流側バケット又はノズルカウント、あるいは他の主要なper/rev特徴）と共振する状態になったとき、振動応力は増加する。ブレードが共振状態で振動しているときの振動応力の大きさは、システム内に存在する減衰の量に比例する（減衰は、材料成分、空力成分及び機械成分、並びに振動励振レベルから成る）。連続して結合されたブレードの場合、振動の振動数は、１列に含まれるブレードから成る系全体の関数であり、必ずしも列の中の個別のブレードの関数ではない。
【０００３】
更に、タービンバケット又はブレードの場合、遠心荷重は、動作速度、ブレードの質量及びその質量が位置しているエンジン中心線からの半径の関数である。ブレードの質量が増加するにつれて、低い半径方向高さの位置においては、所定の材料の許容応力を超えずに、その上方の質量を支持できるようにするために、物理的面積又は横断面面積が増加しなければならない。このように、低スパンにおいてブレードの断面積が増加すると、それが原因となって、根元部における流れの阻害が過剰になり、性能が低下する。ブレードの重量は円板応力の増加の一因であり、従って、信頼性を低下させるおそれがある。
【０００４】
先行技術であるいくつかの米国特許／出願は、いわゆる「ハイブリッド」ブレード構造に関する。ハイブリッドブレード構造においては、エーロフォイルを金属とポリマー充填材料との組み合わせとして構成することにより、エーロフォイルの重量を減少する。特に、エーロフォイル部分に１つ以上のポケットが形成され、ポケットはポリマー充填材料で充填される。それらの米国特許／出願には、米国特許第６，８５４，９５９号公報（特許文献１）、第６，３６４，６１６号公報（特許文献２）、第６，１３９，２７８号公報（特許文献３）、第６，０４２，３３８号公報（特許文献４）、第５，９３１、６４１号公報（特許文献５）及び第５，７２０，５９７号公報（特許文献６）、並びに２００４年７月２８日出願の米国特許出願第１０／９００，２２２号（特許文献７）及び２００４年８月７日出願の米国特許出願第１０／９１３，４０７号（特許文献８）があり、これらの文献の開示内容は、それぞれ、参考として本明細書に取入れられている。
【０００５】
しかし、ハイブリッド蒸気タービンブレードの使用に関連するもう１つの問題点は、そのようなブレードが使用中にさらされる温度によって生じるコストに関する。例えば、複流蒸気タービンの場合、部分荷重全速力条件の間に最終段のブレード先端部領域には、著しく強い風損加熱が起こる。ブレードの背後のフード領域は、復水器に向かう排気流れを冷却するための水噴霧システムを有する。これに関連して、典型的な構造においては、水噴霧器は、バケットを冷却するためではなく、排気ケーシングシールを材料温度限界内に保持するように排気系統を冷却するために使用される。通常、これは、ＬＰフードと復水器開口部との間のウレタンシールである。水噴霧器の動作中であっても、冷却流れは、ブレード先端部付近の加熱領域へは移動せず、従って、ブレード先端部の冷却は最小限である。この状態におけるブレード先端部は、５００°Ｆを超える温度に達することもあるが、通常の動作中におけるブレードが達する温度は、わずか約１５０°Ｆである。
【特許文献１】米国特許第６，８５４，９５９号公報
【特許文献２】米国特許第６，３６４，６１６号公報
【特許文献３】米国特許第６，１３９，２７８号公報
【特許文献４】米国特許第６，０４２，３３８号公報
【特許文献５】米国特許第５，９３１，６４１号公報
【特許文献６】米国特許第５，７２０，５９７号公報
【特許文献７】米国特許出願第１０／９００，２２２号
【特許文献８】米国特許出願第１０／９１３，４０７号
【特許文献９】米国特許出願第６，２８７，０８０号
【特許文献１０】米国特許第５，７９１，８７９号公報
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００６／００２９５０１号
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００６／００２４１６９号
【特許文献１３】米国特許第６，３７５，４１７号公報
【特許文献１４】米国特許第４，９５７，４１０号公報
【特許文献１５】米国特許出願第１１／４５２，３３６号
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、ハイブリッド最終段ＬＰバケットと関連して使用するように設計された蒸気タービンシステムを提供することにより、ハイブリッドブレードの概念を発展させる。特に、本発明は、ハイブリッドブレードの使用により、有益な設計及び効率上の成果を実現できるように、低ＶＡＮ風損条件の間にバケット先端部領域を冷却できるシステムを提供する。
【０００７】
従って、本発明は、回転子と；内側リング、外側リング及び前記内側リングと前記外側リングとの間に延出する複数のノズルを具備するダイアフラムと、前記ダイアフラムの下流側で前記回転子に固着され、前記最終段ダイアフラムに関して回転する１列のバケットとを含む最終段と；前記最終段の付近に向かって冷却媒体を噴射する少なくとも１つの噴射アセンブリとを具備する軸流蒸気タービンにおいて実現されてもよい。
【０００８】
更に、本発明は、回転子と最終段とを含み、前記最終段が内側リング、外側リング及び前記内側リングと前記外側リングとの間に延出する複数のノズルとを具備するダイアフラムと、前記ダイアフラムの下流側で前記回転子に固着され、前記最終段ダイアフラムに関して回転する１列のバケットとを含む軸流蒸気タービンにあって、前記最終段を冷却する方法であって、前記最終段の付近に向かって冷却媒体を噴射することから成る方法において実現されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、複流低圧タービン１０を示した概略図である。タービン１０は、タービンケーシング１２と、回転子１４と、図中符号１６、１８により示される２つのタービン部分にある複数のホイールとを含む。点線により囲まれた領域２０、２２は、先に示したように、部分荷重状態の間に最大の風損加熱を受ける最終段ブレードの半径方向最も外側の領域を表す。従って、本発明の実施形態においては、蒸気又は水の噴射、蒸気の排気及び／又は水の噴霧は、最終段のノズル及び／又はバケットを冷却するために使用され、最終段のハイブリッドブレードの利点を実現できる。
【００１０】
図２は、ハイブリッド蒸気タービンブレード２４の構成の一例を示した概略図である。蒸気タービンブレードは、シャンク部分２６及びエーロフォイル部分２８を含む。エーロフォイル部分は、動作温度範囲、設計回転速度、シャンク部分に装着されたブレード根元部、ブレード先端部及びブレード先端部に向かって外側へ延出すると共に、ブレード根元部に向かって内側へ延出する半径方向軸を有する。シャンク部分は、通常、ブレードを回転子円板（図３）に装着するためのダブテールと、蒸気流れを半径方向に取込むのを助けるプラットフォームとを含む。エーロフォイル部分は前縁部及び後縁部を有し、蒸気流れの方向は、一般に、前縁部から後縁部に向かう。エーロフォイルは、圧力側及び吸込み（凸）側を更に有する。
【００１１】
図示される例においては、エーロフォイル部分２８の圧力側に、半径方向内側のポケット３０及び外側のポケット３２が形成され、２つのポケットは、相対的に幅の広いウェブ又はリブ及びスパン中間ダンパ３６により分離される。ブレード構造に３つ以上（又は２つ未満）のポケットを取入れることもできる。図３は、タービン回転子ホイール４２に装着された１列のハイブリッドブレード２４を示した概略図である。
【００１２】
エーロフォイルは、金属から成る本体又は主要部分３４を含む。この点に関して、「金属」という用語は「合金」を含むが、本発明を説明する上で、「金属」は「金属フォーム」を意味するとは考えない。本明細書中で説明される実施形態においては、本体３４は一体構造の金属部分であるが、本発明は、この点に関して必ずしも限定されない。金属部分は第１の質量密度を有し、ほぼブレード根元部からブレード先端部まで半径方向に延出する。ポケット又は凹部３０、３２は、金属が省略又は除去されたエーロフォイルに規定される。この点に関して、ブレードの本体、すなわち、金属部分は、鍛造、押出し成形又は鋳造により形成され、例えば、化学的切削加工、電気化学的加工、電気放電加工又は高速加工などの機械加工により、表面凹部が形成されてもよい。
【００１３】
図４は、ハイブリッドブレード構造を示した横断面図である。金属部分のポケット３０に充填材部分４０が設けられる。充填材部分４０は金属から成らず、第１の質量密度とは異なる第２の質量密度を有する。ポケット３０、３２の充填材料４０、３８は、適切な硬化剤及び／又は振動数、減衰、侵食耐性などを調整する炭素繊維、ガラス繊維又はセラミックなどの他の材料を含む様々に異なるジュロメーターのウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ゴム系化合物又はポリマー混合物から成ればよい。いくつかの適切な充填材組成は、例えば、参考として開示内容が本明細書中に取入れられている米国特許第６，２８７，０８０号公報及び第５，９３１，６４１号公報に開示されている。充填材料３８、４０をエーロフォイル部分の金属面に接合する方法として、自動接着、充填材料とエーロフォイル部分の金属面との接着、接着剤接合（接着剤膜又はペースト）及び溶融接合などを選択できるが、これらに限定されない。
【００１４】
必要である又は望ましいと考えられる場合、ポケット３２の充填に使用される充填材料３８は、ポケット３０の充填に使用される充填材料４０とは異なる特性、例えば、異なる温度耐性を有してもよい。異なる充填材部分、特に、異なる充填材料を利用することにより、ハイブリッドブレードの温度能力を低コストで改善できる。使用される各々の材料は、充填材料の温度特性及び所定の段のブレードに必要な温度能力条件に基づいて、バケットの特定の場所に合わせて配合可能である。バケットの限定位置でより高価な高温材料を使用することで、特に過酷な風損条件にさらされるブレードについて、適切なハイブリッドブレード設計が可能になる。
【００１５】
個別のブレード並びにブレードの列全体の所望の固有振動数を実現するために選択された充填材料を１つ以上のポケットに充填して、ブレードを製造してもよい。
【００１６】
本実施形態と関連する第１の方法においては、ブレード列中のブレード２４のポケット３０、３２は、固有振動数の関数として選択された充填材料で充填される。従って、全てのポケット（１つから４つ以上）を、個別のブレード並びにブレードの列全体の所望の固有振動数を実現するように調製された同様のポリマー充填材料によって充填できる。別の例においては、所望の固有振動数を実現するために、例えば、剛性が異なる少なくとも２種類の充填材料が各々のブレードに組込まれる。
【００１７】
本実施形態と関連する第２の方法においては、エーロフォイルの圧力側に沿って凹部を有するポケットを含む２つ以上のブレード群の各群のブレードのポケットに、異なる充填材料が充填されてもよい。一例として、一方のブレード群は、強度、すなわち、「剛性」の高い材料をポケット充填材として使用し、他方のブレード群は、剛性の低い材料を使用してもよい。あるいは、一方の群のブレードの複数のポケットを複数のポリマー充填材でそれぞれ充填し、他方の群のブレードの複数のポケットを異なる複数のポリマー充填材でそれぞれ充填してもよい。従って、例えば、図２のブレードを参照すると、第１のブレード群について、ポケット３０はポリマー「ａ」で充填され、ポケット３２はポリマー「ｂ」で充填されてもよい。第２のブレード群については、ポケット３０はポリマー「ｃ」で充填され、ポケット３２はポリマー「ｄ」で充填されてもよい。この場合も、それらの材料は、２つのブレード群において異なる共振振動数を実現するように選択される。
【００１８】
以上説明したブレード構造は、図３に示されるような蒸気タービン回転子ホイールにおいてブレード列を形成するために利用されてもよい。特に、群Ａ及びＢは、所定の配列構成、例えば、群Ａのブレードが常に群Ｂのブレードに隣接するように、ＡＢＡＢ．．．のパターンでタービンホイールに組付けられる。このように、ブレード構造の空力特性に悪影響を及ぼすことなく、同期振動及び非同期振動に対するシステム応答を減少する手段として、ブレードの固有の共振振動数の違いを利用するように、２つ（以上）のブレード群が意図に応じて製造され、論理的に組み立てられてもよい。更に、この点に関して、固有振動数が２つの「per rev」基準の間に均等に配置された（例えば、４per revと５per revスプリット）ブレード群として一方のブレード群を設計し、別の「per rev」励振の組に関して均等に配置されるように（例えば、３per revと４per revスプリット）、異なる充填材料を使用して他方のブレード群を設計することが可能である。
【００１９】
また、同様に所望の振動数特性を実現するように、ブレード群分布のパターンを変更可能である。例えば、パターンＡＡＢＢＡＡ．．．又はＡＡＢＡＡＢ．．．などが採用されてもよい。
【００２０】
別の実施形態においては、ブレードは、充填材料の減衰特性の関数として選択されたウレタンポリマー充填材料又はシリコンポリマー充填材料によって１つ以上のポケットが充填された構造として製造される。
【００２１】
この実施形態も、２つの方法のうち一方により実現されてもよい。第１の方法は、各ブレードのポケット（又は１つのブレードのポケット）の中で１種類以上の充填材を使用し、この場合、充填材は、各々のブレードの減衰係数並びにブレードの列全体の減衰応答を変化させるように選択される。どの場所で特定の材料特性が要求されるかに応じて、いくつかのポケットは、減衰係数の高い材料又は必ずしも減衰に関連しない他の任意の特定の必要条件に適合するような材料のいずれか一方によって充填可能である。例えば、ブレードのいくつかの領域においては、侵食が重大な問題になることもあるが、侵食防止に望ましい材料は、振動低減に望ましくない場合がある。他の領域においては、侵食はそれほど大きな問題にならず、振動減衰が主な関心事になる場合がある。いずれの場合にも、程度の差こそあれ、減衰特性を変化させることにより、ブレード列における系振動の大きさを許容レベルまで減少できる。
【００２２】
この実施形態と関連する第２の方法は、先の場合と同様に、ブレードを２つの別個の群に分割することを含む。各ブレード群は、それぞれのブレード群に含まれるブレードの減衰係数を調整するために、異なる充填材料を含む。例えば、一方のブレード群の全てのブレードは、それぞれのポケットに１つ以上の充填材を含み、第２のブレード群の全てのブレードは、それとは異なるように選択された１つ以上の充填材を含む。ブレードは、先に説明した構成と同様に、あるパターンに従った配置、すなわち、ＡＢＡＢ．．．又はＡＡＢＢＡＡ．．．などのパターンで組立てられる。パターンに従って配置することにより、各ブレード群のブレードの減衰応答が様々に異なるため、ブレード群の混合同調が実現され、その結果、ブレード列又はブレード群の減衰が増加される。これは、更に、各ブレードの振動数をずらす働きもするので、混合同調概念の利点を更に有効に利用できる。
【００２３】
上述の方法の各々によって、いくつかのブレード構造のスパン中間における典型的な機械式ダンパを除去できる。このスパン中間結合は、タービン効率を低下させる流れ妨害要素である。言い換えれば、改善された減衰特性を有する適切な充填材料を使用することにより、現在のスパン中間ダンパ３６を完全に排除できる。
【００２４】
前述のように、典型的なハイブリッドバケット２４は、複合マトリクス充填材４０、３８を含む凹部ポケット又は壁貫通窓部３０、３２を有する金属ブレード部分３４から構成される。図４は、典型的なエーロフォイル構造を示した横断面図であり、複合材料又はポリマー材料４０で充填された浅いポケット３０を示す。
【００２５】
このハイブリッドブレード構造により、いくつかの有益な成果が得られる。まず、バケットが軽量になるため、翼弦が長いか又は幅広いバケットを使用できる。バケットが長くなると蒸気流れ量が増加し、それにより、タービン出力が増加する。更に、バケットの軽量化によって、翼弦の幅が広いバケット又は空力特性が改善されたバケットを使用できるため、段効率が向上する。
【００２６】
また、ハイブリッドバケット構造は、バケット段の総振動数応答を減衰するために、連続して結合されたバケット段を「混合同調」する能力を与える。更に、ハイブリッドバケットは、コストを低減できる。製造されている最長のバケットにおいて、現在使用されているチタンは非常に高価であり、鋼合金の価格の３倍にも達する。ハイブリッドバケットは、チタン構造に代わって、ハイブリッドポケット構造を有する鋼構造を使用可能にする。これは、ハイブリッドバケット材料を追加することにより、バケット及び回転子の双方における応力レベルを低下するので、バケット段の耐用年数を延長することにもつながる。更に、２つ以上の段をハイブリッド構造にすれば、空力効率が向上するか又はバケットの長さが延長されることにより、出力が増加する。また、ハイブリッドバケットは従来のバケットより軽量であるため、バケットのＩＲＤ（内側ハブ又は根元部直径）の調整に際して、より柔軟に対応できる。同じバケットに対してＩＲＤを大きくすると、熱力学／性能設計で要求された場合に、アニュラスの面積を拡大できる。典型的なタービンにおいては、バケットを外側へ移動すると、バケット引込み荷重を増加する指数係数によって、回転子に加わる引込み荷重が著しく大きく増加する。更に、ＩＲＤを維持又は減少しつつバケットを長くすることも可能であるが、それらは、共に、アニュラス面積を拡大することになる。新たなＩＧＣＣタービン設計概念によれば、その特定の用途の流量が増加するため、アニュラス面積を拡大することが必要である。ハイブリッドバケットのアニュラス面積は従来と比べて広くなるため、流れを通過させるためのＬＰ部分の数を増加する必要なく、アニュラス面積が拡大できる。現在の金属性バケットには長さ（応力）の制限があるので、アニュラス面積の拡大を物理的に実現することは不可能である。
【００２７】
本発明の目的は、概要を以上に説明した種類のハイブリッド最終段ＬＰバケットと関連して使用される蒸気タービンシステム構造を提供することである。しかし、ハイブリッドシステム構造を実現可能にするに際して、２つの問題点が存在する。問題点の１つは、低ＶＡＮ動作中に発生する高温の問題である。前述のように、ハイブリッドバケット構造を使用する際、すなわち、金属ブレードにおいて複合材料又はポリマー材料を使用する際の重大な問題は、回転子が全速力で回転しているときの流れ（低ＶＡＮ）動作中の温度条件である。低流量動作中、バケット先端部領域は風損状態にあり、この状態では、流れは、定常状態動作にあるときより著しく高い温度まで加熱される。従って、ハイブリッドバケットシステム構造は、この温度上昇を克服できなければならない。
【００２８】
ハイブリッドバケット構造を実現可能にする方法の１つは、高温蒸気環境中で使用するための高温複合材料を開発することである。この点に関しては、参考として開示内容が本明細書中に取入れられている２００４年７月２８日出願の同時係属米国特許出願第１０／９００，２２２号を参照する。第２の方法は、以下に更に詳細に説明されるように、低ＶＡＮ風損状態の間にバケット先端部領域を能動的に冷却することである。
【００２９】
図５に示されるような一実施形態においては、システムは、低ＶＡＮ風損状態が存在するときに選択的に動作される複数の水噴霧器４４を排気領域に含む。そのような噴霧器は、試験又はＣＦＤ解析を経て最適化されてもよい。噴霧器は、図５に示されるように、外側排気流れコーン４６又は内側コーン４８のいずれか一方、あるいは双方のコーンに配置される。流れの方向及び量は、バケット２４を冷却するのに十分な水の流れが与えられるが、バケットの前端部又は後端部の過剰な侵食を引き起こすほどの流れとはならないように最適化されるのが望ましい。
【００３０】
本発明の別の特徴によれば、図６に示されるように、最終段ダイアフラム５２の外側壁５０から蒸気又は水が噴射されるか、あるいは、図７に例示されるように、バケット２４の先端部のすぐ前方に噴射される。この特徴は、水噴霧器４４と組合わせて採用されてもよいし、水噴霧器４４の代わりに採用されてもよい。更に別の実施形態は、図８に示されるような構成を使用し、ノズルの外側壁５０のバケット先端部の付近、バケット２４のすぐ前方に、流れを取出すための狭い取出し溝５４を設けることにより、風損加熱状態を軽減する。
【００３１】
特に図５に関して説明すると、図５には、ハイブリッドブレードが組込まれた蒸気タービンの２つの最終段が示される。本実施形態においては、冷却を目的として、上方水噴霧器及び／又は下方水噴霧器４４が低圧排気フードディフューザ領域に示される。これに加えて又はこの構成の代わりに、ノズルダイアフラム５２の上流側に蒸気噴射器又は水噴射器５６が設けられるか（図６）、あるいはノズルダイアフラム５２の下流側に蒸気／水噴射器及び／又は蒸気排除装置が設けられる。
【００３２】
蒸気噴射器又は水噴射器を採用する場合を更に詳細に説明する。図６は、外側リング５０に規定された蒸気（又は水）噴射空洞部５８を概略的に示す。噴射空洞部５８は、蒸気５６を最終段ノズル６０の上流側端部に向かって搬送するための蒸気（又は水）噴射ポートを含む。蒸気は、低圧ケーシングの蒸気噴射ポート６２を経て蒸気噴射空洞部へ搬送される。図６は、最終段ハイブリッドブレード２４の下流側の低圧排気フード／ディフューザ領域を冷却するための水噴霧器４４を更に概略的に示す。
【００３３】
前述のように、ノズルダイアフラム５２の下流側、ハイブリッドブレード２４の上流側に、蒸気噴射器又は水噴射器及び／又は蒸気取出し装置が設けられてもよい。従って、図７に示されるように、ノズル６０の下流側端部及び隣接するハイブリッドバケット２４の先端部を冷却するために、主蒸気流れ６４は、蒸気噴射空洞部６６、流路６８及び溝７０を通って搬送されてもよい。この噴射流れは、風損加熱状態を受けやすい領域において温度を低下するのを助ける。あるいは、図８に詳細に示されるように、蒸気噴射溝１７０は、スコップ５４として構成されてもよい。この場合、蒸気噴射に代わる方法として、水分取出しスコップ５４及び取出し穴又は取出し流路１６８を経て水分取出し空洞部１６６の中に至るまでの水分取出しを実現でき、最終的には、水分は復水器に到達する。バケットの直前で狭い取出し溝を使用して流れを取出すことにより、風損加熱状態は軽減される。
【００３４】
図５に示されるように、特に、より高温に適応する複合材料が開発されたため、ハイブリッドバケットシステムは、２つ以上の段を含むことが可能である。これにより、最終段のエーロフォイルの面積が増加するか又はエーロフォイルの効率が向上する。更に、バケットの引込み荷重が減少するので、回転子ホイールを更に小型化し且つ短縮することが可能になる。回転子が短縮されれば、発電装置に要するスペースを縮小できる。また、回転子が短縮されることで、より多くの臨界基本振動数が回転速度を超えるため、回転子のダイナミクスにも有益である。加えて、ハイブリッドバケットシステム構造は、同一の長さのバケットを外側へ移動することにより、より広いアニュラスを可能にする。従来の回転子構造を使用した場合、回転子が荷重の増加に対処できないほどバケットの重量が大きいので、このような利点を得ることは不可能である。これにより、同じバケット長さに対して、タービン出力を向上できる。
【００３５】
現時点で最も実用的で好適な実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されてはならず、添付の特許請求の範囲の趣旨の範囲内に含まれる種々の変形及び等価の構成を含むことが意図されていると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】複流低圧タービンを示した概略図である。
【図２】一部完成されたハイブリッドブレードを示した概略斜視図である。
【図３】複数のハイブリッドブレードが装着されたタービンホイールを示した概略側面図である。
【図４】ハイブリッドブレードを示した横断面図である。
【図５】本発明の一実施形態において蒸気噴射又は水噴射及び／又は水噴霧器が組込まれたハイブリッドバケットシステムを示した概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に従ったノズル前方外側側壁を介する蒸気噴射を示した概略立面図である。
【図７】本発明の一実施形態における蒸気噴射流れ回路又は水噴射流れ回路を示した概略側面図である。
【図８】蒸気又は水の噴射／排気アセンブリを示した略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…複流低圧タービン、２０…最終段ブレードの半径方向最も外側の領域、２４…ハイブリッド蒸気タービンブレード、２８…エーロフォイル部分、３０、３２…ポケット／凹部、３４…エーロフォイル本体、３８、４０…充填材料、４４…水噴霧器、５２…最終段ダイアフラム、５４…取出し溝、５６…蒸気噴射器又は水噴射器、５８…蒸気噴射空洞部又は水噴射空洞部、６０…最終段ノズル、６６…蒸気噴射空洞部、６８…流路、７０…溝、１６６…水分取出し空洞部、１６８…取出し穴又は流路、１７０…溝
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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