(57)【要約】【課題】  複流蒸気タービン（１０）を組み立てる方法を提供する【解決手段】  第１の端部（７２）、第２の端部（７４）及び第１の端部と第２の端部との間に延出する本体（７０）を有する環状部材（６６）を提供することと、第１の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面（７６）と、それとは反対側にある第１の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面（７８）とを含み、半径方向内側の面は、半径方向外側の面とほぼ平行である第１の弓形部材（６２）を環状部材に結合することと、第２の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面（９０）と、反対側にある第２の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面（９２）とを含む第２の弓形部材（６４）を環状部材に結合することとから成る。方法は、蒸気タービン流れ分割器（６０）が形成されるように、第２の弓形部材を第１の弓形部材に結合することを更に含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタービン部分（１２）及び第２のタービン部分（１４）を含む複流蒸気タービン（１０）の流れ分割器（６０）において、
第１の端部（７２）、第２の端部（７４）及び前記第１の端部と前記第２の端部との間に延出する本体（７０）を具備する環状部材（６６）と；
前記環状部材に結合された第１の弓形部材（６２）であって、前記第１の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面（７６）と、前記第１の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面（７８）とを具備し、前記半径方向内側の面は、前記半径方向外側の面とほぼ平行である第１の弓形部材（６２）と；
前記第１の弓形部材及び前記環状部材のうち少なくとも一方に結合された第２の弓形部材（６４）であって、前記第２の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面（９０）と、それとは反対側にあり且つ前記第２の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面（９２）とを具備する第２の弓形部材（６４）とを具備する流れ分割器（６０）。
【請求項２】
前記第１の弓形部材（６２）及び前記第２の弓形部材（６４）のうち少なくとも一方は、前記第１のタービン部分（１２）及び前記第２のタービン部分（１４）のうち少なくとも一方に溶接される請求項１記載の流れ分割器（６０）。
【請求項３】
前記第１の弓形部材（６２）は、前記流れ分割器の頂点部が形成され且つ前記頂点部の中心位置が前記環状部材（６６）の中心位置とほぼ一致するように、前記第２の弓形部材（６４）に結合される請求項１記載の流れ分割器（６０）。
【請求項４】
前記第１の弓形部材（６２）の半径方向外側の面及び内側の面（７６、７８）は、前記環状部材（６６）から離間するように弓形に延出する請求項１記載の流れ分割器（６０）。
【請求項５】
前記第１の弓形部材（６２）は、溶接作業及びろう付け作業のうち一方により、前記第２の弓形部材（６４）に結合される請求項１記載の流れ分割器（６０）。
【請求項６】
前記第１の弓形部材（６２）及び前記第２の弓形部材（６４）は、それぞれ薄板金から製造される請求項１記載の流れ分割器（６０）。
【請求項７】
前記流れ分割器は、中心対称軸を更に具備し、前記流れ分割器は、前記第１の弓形部材（６２）が前記第２の弓形部材（６４）に結合されたとき、前記中心対称軸に関してほぼ対称である請求項１記載の流れ分割器（６０）。
【請求項８】
前記第１の弓形部材（６２）と前記第２の弓形部材（６４）との交差部分に結合された頂点部（１１０）を更に具備し、前記頂点部の中心位置は、前記中心対称軸とほぼ一致する請求項７記載の流れ分割器（６０）。
【請求項９】
第１のタービン部分（１２）と；
第２のタービン部分（１４）と；
前記第１のタービン部分と前記第２のタービン部分との間に結合され、前記第１のタービン部分及び前記第２のタービン部分へ蒸気流れを搬送する流れ分割器（６０）であって、環状部材（６６）と、第１の弓形部材（６２）と、第２の弓形部材（６４）とを具備し、前記第１の弓形部材及び前記第２の弓形部材は一体に結合され、前記第１の弓形部材は、半径方向内側の面（７６）及びそれとほぼ平行な半径方向外側の面（７８）を具備し、前記第２の弓形部材は、半径方向内側の面（９０）及びそれとは反対側にある半径方向外側の面（９２）を具備し、前記第２の弓形部材は、前記第１の弓形部材及び前記環状部材に結合される流れ分割器（６０）とを具備する複流蒸気タービン（１０）。
【請求項１０】
前記流れ分割器（６０）の前記第１の弓形の部材（６２）は、前記第２の弓形の部材（６４）に溶接される請求項９記載の複流蒸気タービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、蒸気タービンに関し、特に、複流タービンの第１段を冷却することに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの周知の蒸気タービンは、タービン構体に流入した蒸気流れが、流れ分割器又はタブを使用して、互いに逆の２つの方向に分割されるようなタービン構成を含む。そのような構成においては、分割器と接触した蒸気は、流れ分割器の両側にほぼ鏡像関係で配置された対向するタービンノズル及びバケット段を経て搬送される。
【０００３】
周知の分割器は、分割器を形成するために一体に結合された堅牢な鍛造物又はリングから製造される。蒸気流れから誘起される負荷に耐えるために、一般に、鍛造物は頑丈な構造であり、通常、蒸気タービンの最終製造段階の間にそれらの構造が一体に結合される。特に、分割器半体は、フランジに形成された開口部を貫通する複数のボルトによって一体に結合される。ボルトは、複数の係止板及びナットによって所定の位置に固着される。動作中、周知の分割器はタービン部分に結合され、従ってタービン部分と共に回転するため、回転する間にナット、ボルト及び係止板が乱流を発生するにつれて、ボルト結合部は風損を発生する。そのような風損は、蒸気タービンの性能及び効率に悪影響を及ぼす。加えて、そのような流れ分割器及び関連するボルト結合部を製造する際に大量の材料が使用されるため、一般に、流れ分割器の製造費用は高い。
【発明の開示】
【０００４】
１つの面においては、複流蒸気タービンを組み立てる方法が提供される。方法は、第１の端部、第２の端部及び第１の端部と第２の端部との間に延出する本体を有する環状部材を提供することと、第１の弓形部材であって、第１の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面及びそれとは反対側にある第１の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面を含み、半径方向内側の面は半径方向外側の面とほぼ平行である第１の弓形部材を環状部材に結合することと、第２の弓形部材であって、第２の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面及びそれとは反対側にあり且つ第２の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面を含む第２の弓形部材を環状部材に結合することとから成る。方法は、蒸気タービンにおいて使用するために、流れ分割器が形成されるように、第２の弓形部材を第１の弓形部材に結合することを更に含む。
【０００５】
別の面においては、第１のタービン部分及び第２のタービン部分を含む複流蒸気タービンの流れ分割器が提供される。流れ分割器は、環状部材、第１の弓形部材及び第２の弓形部材を含む。環状部材は、第１の端部、第２の端部及び第１の端部と第２の端部との間に延出する本体を含む。第１の弓形部材は、環状部材に結合される。第１の弓形部材は、第１の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面と、第１の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面とを含む。半径方向内側の面は、半径方向外側の面とほぼ平行である。第２の弓形部材は、第１の弓形部材及び環状部材のうち少なくとも一方に結合される。第２の弓形部材は、第２の弓形部材の内径を形成する半径方向内側の面と、それとは反対側にあり且つ第２の弓形部材の外径を形成する半径方向外側の面とを具備する。
【０００６】
更に別の面においては、複流蒸気タービンが提供される。蒸気タービンは、第１のタービン部分と、第２のタービン部分と、第１のタービン部分と第２のタービン部分との間に結合され、第１のタービン部分及び第２のタービン部分へ蒸気流れを搬送する流れ分割器とを含む。流れ分割器は、環状部材、第１の弓形部材及び第２の弓形部材を含む。第１の弓形部材及び第２の弓形部材は、一体に結合される。第１の弓形部材は、半径方向内側の面と、それとほぼ平行である半径方向外側の面とを含む。第２の弓形部材は、半径方向内側の面と、それとは反対側にある半径方向外側の面とを具備する。第２の弓形部材は、第１の弓形部材及び環状部材に結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、周知の対向流蒸気タービン１０の一例を示した概略図である。蒸気タービン１０は、第１の低圧（ＬＰ）部分１２及び第２のＬＰ部分１４を含む。回転子軸１６は、第１の部分１２及び第２の部分１４を貫通する。第１のＬＰ部分１２はノズル１８を含み、第２のＬＰ部分１４はノズル２０を含む。単一の外側シェル又はケーシング２２は、軸方向に上方半体部分２４及び下方半体部分２６に分割され、２つのＬＰ部分１２及び１４に沿って延出する。外側シェル２２の中央部分２８は、高圧蒸気入口３０を含む。外側シェル又はケーシング２２の内側で、ＬＰ部分１２及び１４は、ジャーナル軸受３２及び３４により支持される単一の軸受スパンに配置される。尚、図１は複流低圧タービンを示すが、本発明は、低圧タービンと組み合わせての使用に限定されず、中圧（ＩＰ）タービン又は高圧（ＨＰ）タービンを含む任意の複流タービンと組み合わせても使用可能であることが当業者には理解されるであろう。
【０００８】
流れ分割器４０は、第１のタービン部分１２と第２のタービン部分１４との間に延出する。特に、流れ分割器４０は、半径方向外側の面４２と、それとは反対側にある半径方向内側の面４４とを含む。半径方向外側の面４２は弓形であり、流れ分割器４０の頂点部１１０を形成する。頂点部１１０の中心位置が蒸気入口３０の中心位置とほぼ一致するように、流れ分割器４０は、タービン部分１２及び１４のほぼ中央の位置に配置される。
【０００９】
動作中、低圧蒸気入口３０は、例えば、ＨＰタービン又はＩＰタービンなどの供給源から、クロスオーバ管（図示せず）を経て低圧／中温蒸気５０を受け入れる。蒸気５０は、入口３０を通って搬送され、流れ分割器４０は、その蒸気流れを互いに逆方向の２つの流路５２及び５４に分割する。特に、蒸気５０は、ＬＰ部分１２及び１４を通って搬送され、その際、回転子軸１６を回転するために、仕事が蒸気から取り出される。蒸気は、ＬＰ部分１２及び１４から出た後、例えば、中圧タービン（図示せず）へ搬送される。
【００１０】
図２は、蒸気タービン１０と共に使用できる流れ分割器６０の一例を示した拡大概略図である。本実施形態においては、流れ分割器６０は、第１の流れ部材６２、第２の流れ部材６４及び環状部材又はバレル６６を含む。本実施形態においては、第１の流れ部材６２及び第２の流れ部材６４は、回転子軸１６（図１に示される）の周囲に沿って延出するように一体に結合された１対の弓形シェル部材から製造される。別の実施形態では、流れ部材６２及び６４は、回転子軸１６の周囲に沿って延出する構体を形成するように一体に結合された複数の弓形シェル部材から組み立てられる。
【００１１】
第１の流れ部材６２は、半径方向内側の面６６と、それとは反対側にある半径方向外側の面６８と、それらの面の間に延出する本体７０とを含む。本実施形態においては、第１の流れ部材６２は、薄い成形板又は薄板金から製造され、特に、半径方向外側の面６８及び半径方向内側の面６６は、互いにほぼ平行である。例えば、一実施形態においては、本体７０は、約０．２５〜０．３７５インチの厚さを有する薄板金材料から製造されてもよい。半径方向内側の面６６は、第１の流れ部材６２に対して内径di（蒸気タービン１０を貫通する中心線（図示せず）に関して測定される）を形成し、半径方向外側の面６８は、第１の流れ部材６２に対して外径do（蒸気タービン中心線に関して測定される）を形成する。本実施形態においては、本体７０は、軸方向外側の端部７２と軸方向内側の端部７４との間で弓形である。従って、面６８及び６６がそれぞれ弓形であるので、内径di及び外径doは、共に本体７０に沿って可変である。本実施形態においては、面６８及び６６は、それぞれ同一の曲率半径で形成される。
【００１２】
第２の流れ部材６４は、半径方向内側の面７６と、それとは反対側にある半径方向外側の面７８と、それらの面の間に延出する本体８０とを含む。本実施形態においては、第２の流れ部材６４は、第１の流れ部材６２とほぼ同一であり、薄板金から製造される。特に、半径方向外側の面７８及び半径方向内側の面７６は、互いにほぼ平行である。半径方向内側の面７６は、第２の流れ部材６４に対して内径di2（蒸気タービン中心線に関して測定される）を形成し、半径方向外側の面７８は、第２の流れ部材６４に対して外径do2（蒸気タービン中心線に関して測定される）を形成する。本実施形態においては、本体８０は、軸方向外側の端部８２と軸方向内側の端部８４との間で弓形である。従って、面７８及び７６がそれぞれ弓形であるので、内径di2及び外径do2は、共に本体８０に沿って可変である。本実施形態においては、面７８及び７６は、それぞれ同一の曲率半径で形成される。
【００１３】
本実施形態においては、環状部材６６は、ほぼ円筒形であり、回転子軸１６の周囲に沿って延出する。別の実施形態では、環状部材６６は、回転子軸１６の周囲に沿って延出するように一体に結合された１対の複数の弓形部材から形成される。特に、環状部材６６は、半径方向内側の面９０と、それとは反対側にある半径方向外側の面９２とを含む。
【００１４】
半径方向外側の面９２には、１対の装着溝９６及び９８と、各々が環状部材６６のほぼ周囲に沿って延出する１対のノズル溝１００及び１０２とが形成される。装着溝９６及び９８は、本明細書中で説明されるように、機械式固着部材なしで、流れ部材６２及び６４を環状部材６６に容易に結合できるように機能する。あるいは、環状部材６６は、流れ部材６２及び６４を環状部材６６に容易に結合できるように機能する他の手段で形成されてもよい。ノズル溝１００及び１０２は、本明細書中で説明されるように、環状部材６２をタービン部分１２及び１４に容易に結合できるように機能する。例えば、一実施形態においては、環状部材６６は、ダイアフラム構成で、ノズル１８（図１に示される）及び２０に溶接される。あるいは、環状部材６６は、流れ分割器６０が本明細書中で説明されるように機能することを可能にする任意の手段を使用して、ノズル１８及び２０に結合されてもよい。例えば、環状部材６６は、ドラム／キャリア構成で、機械式組み立て継手を介して結合されてもよいが、結合手段はこれに限定されない。
【００１５】
本実施形態においては、流れ分割器６０の組み立て中、まず、第１の流れ部材６２及び第２の流れ部材６４が一体に結合され、次に、環状部材６６に結合される。特に、流れ部材６２及び６４は、流れ分割器６０の頂点部１１０が形成されるように、半径方向内側の端部７４及び８４にそれぞれ隣接して一体に結合される。頂点部１１０は、流れ分割器６０に対して、少なくともいくつかの周知の流れ分割器の半径方向高さより短い半径方向高さRを形成する。本実施形態においては、流れ部材６２及び６４は、一体に溶接される。次に、流れ部材の半径方向外側の端部７２及び８２が、それぞれ対応する環状部材の装着溝９６及び９８の中に挿入され、溶接される。本実施形態においては、流れ部材６２及び６４は、低熱入力型の溶接を使用して一体に溶接され、更に環状部材６６に溶接される。例えば、一実施形態においては、レーザー溶接処理、フラックスＴＩＧ溶接処理、あるいは溶接処理中の縮み及びひずみを減少するのに好都合な突合せ型継手又は他の溶接準備継手と共に使用される他の任意の溶接処理のうち１つによって、深さ制限溶接処理が実現される。尚、使用される溶接方法は、ここで挙げた方法に限定されない。別の実施形態では、溶接処理は、ＭＩＧ溶接又はろう付け継手のうち１つによって実現されるが、方法はそれらに限定されない。
【００１６】
従って、流れ分割器６０は、エンジン負荷に対応するのに十分な軸方向強度、並びに蒸気流れ／圧力負荷及び／又は熱負荷に対応するのに十分な半径方向強度を有するように形成される。更に、流れ分割器６０の半径方向高さRは、周知の流れ分割器と比較して短いため、流れ分割器６０の熱応力は、周知の流れ分割器より小さい。また、流れ分割器６０は、周知の分割器のような大型のフランジ及びボルト結合部を含まないので、周知の流れ分割器と比較して、流れ分割器６０の風損及び総重量は減少される。加えて、流れ分割器６０は、周知の分割器のような大型のフランジ及びボルト結合部を含まないので、流れ分割器６０は、周知の分割器より可撓性に優れ、周知の分割器と比較して、部品において誘起される熱勾配、すなわち風加熱は減少される。熱勾配が減少することにより、流れ分割器６０の前後の面と周囲のエンジンケーシング（図示せず）との間の密封が改善され、熱ひずみが減少される。
【００１７】
図３は、蒸気タービン１０と共に使用できる流れ分割器２００の一部の別の実施形態を示した概略図である。流れ分割器２００は、流れ分割器６０（図２に示される）とほぼ同様であり、図３において、流れ分割器６０の構成要素と同一である流れ分割器２００の構成要素は、図２で使用されているのと同一の図中符号を使用して識別される。特に、流れ分割器２００は、第１の流れ部材６２、第２の流れ部材６４及び環状部材６６を含む。流れ分割器２００は、環状リングキャップ２０２を更に含む。流れ分割器２００の頂点部２０４を形成するために、リングキャップ２０２は、流れ部材の半径方向内側の端部７４及び８４にそれぞれ結合される。リングキャップ２０２は、流れ分割器２００の構造を支持するのを助けると共に、溶接中の流れ部材６２及び６４の位置決めを容易にする。
【００１８】
以上、流れ分割器及び蒸気タービンの実施形態を詳細に説明した。本明細書においては、上述の蒸気タービンと関連させて流れ分割器を説明し、図示したが、任意の複流蒸気タービン構成と組み合わせて本発明を使用してもよいことを理解すべきである。特に、流れ分割器は、本明細書中で説明された特定の実施形態に限定されず、各流れ分割器の面は、本明細書中において説明された他のタービン又は流れ分割器とは別個に独立して利用されてもよい。
【００１９】
種々の特定の実施形態に関して本発明を説明したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で、変形を伴って本発明を実施できることは当業者には認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】周知の対向流蒸気タービン又は複流蒸気タービンの一例を示した概略図である。
【図２】図１に示される蒸気タービンと共に使用できる流れ分割器の一例を示した拡大概略図である。
【図３】図１に示される蒸気タービンと共に使用できる流れ分割器の別の実施形態を示した拡大概略図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…蒸気タービン、１２…第１のタービン部分、１４…第２のタービン部分、１６…回転子軸、６０…流れ分割器、６２…第１の流れ部材、６４…第２の流れ部材、６６…環状部材、６６…（第１の流れ部材の）半径方向内側の面、６８…半径方向外側の面、７０…本体、７２…軸方向外側の端部、７４…軸方向内側の端部、７６…（第２の流れ部材の）半径方向内側の面、７８…半径方向外側の面、８０…本体、８２…軸方向外側の端部、８４…軸方向内側の端部、９０…（環状部材の）半径方向内側の面、９２…半径方向外側の面、１１０…頂点部、２００…流れ分割器、２０２…リングキャップ、２０４…頂点部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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