(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気タービンの排気フード用のディフューザを提供する。【解決手段】ディフューザ１１０は、末尾のバケット１２０に隣接した第１端部１６０と、蒸気案内部１３０の下流側にあり、ベアリングコーン１４０に隣接する第２端部１７０とを含む。ディフューザ１１０を通じて、排気流路１５０が延在している。第２端部１７０は、排気流路１５０を拡張する軸方向拡張部１８０を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（１００）の排気フード（１０５）用のディフューザ（１１０）であって、
末尾のバケット（１２０）に隣接した第１端部（１６０）と、
蒸気案内部（１３０）の下流側にあり、ベアリングコーン（１４０）に隣接する第２端部（１７０）と、
自身を通じて延在する排気流路（１５０）と、を有し、
前記第２端部（１７０）は、前記排気流路（１５０）を拡張させる軸方向拡張部（１８０）を有する、ディフューザ（１１０）。
【請求項２】
前記軸方向拡張部（１８０）が、前記ディフューザ（１１０）の中間部分付近から前記第２端部（１７０）まで延在している、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【請求項３】
前記ベアリングコーン（１４０）の内部に前記軸方向拡張部（１８０）が画定されている、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【請求項４】
前記軸方向拡張部（１８０）が、ほぼ三角形の断面（２１５）を有する、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【請求項５】
前記軸方向拡張部（１８０）が、前記ディフューザ（１１０）内の利用可能面積比率（２２５）を増大させる、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【請求項６】
前記軸方向拡張部（１８０）が、前記ディフューザ（１１０）の軸方向長さ（２３０）を増大させる、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【請求項７】
前記排気フード（１０５）が、下側排気フード（５０）を含む、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【請求項８】
前記排気フード（１０５）が、側部排気フード（５５）を含む、請求項１に記載のディフューザ（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して蒸気タービンに関し、特に、蒸気タービン内の圧力回復を増大させるために、その内部における利用可能面積比率を高めた、排気フード用のディフューザに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流蒸気タービンから、例えば隣接するコンデンサへ排気蒸気を排出する際は、そこを通る蒸気の流れが比較的スムーズであることが好ましい。また、排気蒸気の排出では、フロー内の渦、乱流、不均一性等の蓄積によるエネルギー損失を最小限に抑えるべきである。
【０００３】
タービンからの排気蒸気は、一般に、排気フードに誘導される。次いで、排気蒸気は、タービンの軸に対してほぼ垂直方向に排気フードの排気口を通過し、コンデンサ又はその他の場所に流入する。したがって、蒸気タービンの効率的な動作には、タービンを通る軸方向の流れが排気フード内で半径方向の流れにスムーズに遷移すること、流れが排気フードの排気口からスムーズに流出し、コンデンサの内部へスムーズに流入することが必要である。排気フードの排気口の流量分布を比較的均一にすることにより、一般に、タービン内でエネルギーが効率的に変換され、排気蒸気がコンデンサに効果的に供給される。
【０００４】
また、排気口の手前の蒸気タービン後段のバケットにおける効率を改善するには、一般に、比較的均一な周方向及び好適な半径方向の圧力分布が必要である。通例、蒸気タービンではディフューザを利用して、タービン内の圧力回復を行うことによって、全体的な効率と出力を改善する。従来の排気フードでは、最大の圧力回復は、一般に、蒸気案内部の端部にあるディフューザ内で生じる。しかし、蒸気案内部の端部におけるこの圧力回復の或る一定量は、その下流での領域計画が適当でないことから、失われることがある。また、流動面積を増大させることにより蒸気速度が減少することから、空間の制限により、静圧を増大させるディフューザの能力が制限されることがある。具体的には、可能な限り短い軸方向長さを有する排気フードを利用してロータの長さを制限しつつ、これらの効率目標を実現するための試みが行われている。ロータシャフトの長さを短縮すると、製造コストを削減できるものの、結果的に蒸気案内部の端部における利用可能面積比率が小さくなることがある。したがって、圧力回復の或る一定量の損失は、低圧区画の性能と、ひいては全体的な効率の損失を意味する。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、蒸気タービンの排気フード用ディフューザの改善が望ましい。このディフューザは、好ましくは、ロータの長さ等に対する製造コストを削減しつつも利用可能面積の比率を高めることを通じて、性能と効率を向上させる。
【０００６】
このように、本願は、蒸気タービンの排気フード用のディフューザを提供する。このディフューザは、末尾のバケットに隣接した第１端部と、蒸気案内部の下流側に位置し且つベアリングコーンに隣接した第２端部とを含む。このディフューザを通じて、排気流路が延在している。第２端部は、排気流路を拡張させる軸方向拡張部を含む。
【０００７】
本願は更に、蒸気タービンを提供する。この蒸気タービンは、ロータの周りに配置された複数のバケットと、複数のバケットのうちの末尾のバケットに隣接した第１端部から、蒸気案内部の下流側に位置し且つベアリングコーンに隣接した第２端部まで延在するディフューザとを含む。ディフューザを通じて、排気流路が延在している。ディフューザの第２端部は、排気流路を拡張させる軸方向拡張部を含む。
【０００８】
本願は更に、蒸気タービンを提供する。この蒸気タービンは、その内部に、蒸気案内部と、ベアリングコーンとを含む。蒸気案内部及びベアリングコーンは、両者間にディフューザを画定する。このディフューザを通じて、排気流路が延在している。ベアリングコーンは、ディフューザを拡張させる軸方向拡張部をその内部に画定する。
【０００９】
幾つかの図面と添付の特許請求の範囲に関連して下記の詳細な説明を考察すると、本願のこれら及びその他の特徴及び改良が、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】排気フードを有する既知の蒸気タービンの部分切取斜視図である。
【図２】自身を通る排気流路を含む既知の排気フードの概略図である。
【図３】既知のディフューザの部分断面図である。
【図４】本明細書に記載のディフューザの部分断面図である。
【図５】本明細書に記載の側部排気フードの代替実施例の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、類似の符号によって類似の要素を示している幾つかの図面を参照すると、図１は、蒸気タービン１０の部分切取斜視図を示している。概して、蒸気タービン１０は、複数のタービンバケット２０を有するロータ１５を含む。また、蒸気タービン１０は、内側タービンケーシング２５も含み、この内側タービンケーシング２５は、自身から延在する複数のステータベーン３０を有する。中央に配置された略半径方向の蒸気入口３５から、タービン１０の軸方向の両側において、タービンバケット２０及びステータベーン３０のそれぞれに蒸気が供給され、ロータ１５が駆動される。バケット２０及びステータベーン３０は、タービンの様々な段と、これを通る流路とを形成している。
【００１２】
蒸気タービン１０は更に、外側排気フード４０も含む。外側排気フード４０は、内側ケーシング２５とベアリング等のその他の部分とを囲繞及び支持している。蒸気流は、各段を通って排気口４５に向かい、１つ又は複数のコンデンサ（図示せず）或いは別の場所に流れる。排気流路は、一般には蛇行しているため、圧力損失が生じ、結果的に性能及び効率が低下する。排気フード４０は、上側フード５０と下側フード５５とを含む。
【００１３】
図２は、自身を通る排気流路６０を含む、ガスタービンエンジン１０用の既知の排気フード４０の概略図を示す。前述のように、排気フード４０の主な機能の１つは、ロータバケット２０からコンデンサまで排気流を案内しつつ、排気流路６０内の静圧を回復することである。したがって、蒸気タービン１０の低圧区画６５は、蒸気入口３５と、タービン段（ロータバケット２０及びステータベーン３０）と、ディフューザ７０を有する排気フード５０と、を含む。排気流路６０の一部は、下側排気フード５５を通じてコンデンサに向かって下方に延在しており、残りの流路は、上側排気フード５０を通じて延在している。
【００１４】
図３に示すように、末尾のバケット７５から、蒸気案内部８０とベアリングコーン８５の一部分との間において、ディフューザ７０が延在している。前述のように、最大の圧力回復が一般には蒸気案内部８０の端部において生じるのは、圧力損失が一般には不適切な領域計画等に起因し、その下流側において増大するためである。ディフューザ７０内の利用可能面積比率は、一般にはロータ１５の構造によって制限される。
【００１５】
図４は、蒸気タービン１００を、本明細書に記載のディフューザ１１０を有する排気フード１０５の一部を用いて示している。上述のように、ディフューザ１１０は、末尾のバケット１２０から、蒸気案内部１３０とベアリングコーン１４０の一部との間において、延在している。ディフューザ１１０は、自身を通る排気流路１５０を画定している。ディフューザ１１０は、末尾のバケット１２０に隣接した第１端部１６０から、蒸気案内部１３０の下流側に位置し且つベアリングコーン１４０付近の第２端部１７０まで延在している。
【００１６】
図示のように、ディフューザ１１０の第２端部１７０は、ベアリングコーン１４０内の軸方向拡張部１８０を含む。軸方向拡張部１８０は、ディフューザ１１０の中間部分１９０付近から第２端部１７０までの、軸方向長さを増大させる。破線２００は、オリジナルのディフューザ７０のオリジナルの外壁２１０の位置を示している。このように、軸方向拡張部１８０は、オリジナルの外壁２１０と拡張された外壁２２０の間において、略三角形の断面２１５を画定している。軸方向拡張部１８０は、ベアリングコーン１４０内において画定可能である。このように、軸方向拡張部１８０は、蒸気案内部１３０の端部における利用可能面積比率２２５を増大させ、全体的な圧力回復を増大させる。
【００１７】
軸方向拡張部１８０が中間部分１９０付近で始まっているのは、一例に過ぎない。軸方向拡張部１８０は、利用可能面積比率２２５を拡張する任意の位置において開始可能であり、中間部分よりも下方又は上方に位置しても、中間部分に位置していてもよい。軸方向拡張部１８０は、真っ直ぐな表面、凸状表面、凹状表面、又は任意のタイプの湾曲表面であってよい。
【００１８】
概して、圧力回復は、末尾のバケット１２０の中心線２４０からディフューザ１１０の端壁までの、ディフューザ１１０の軸方向長さ２３０を、末尾のバケット１２０の長さで割った関数である。したがって、圧力回復は、ディフューザ１１０の端壁をオリジナルの外壁１２０から拡張された外壁２２０まで拡張することにより、増大する。そして、圧力回復の増大により、全体的な性能及び効率が向上する。更に、ここでのディフューザ１１０は、ロータ１５を比較的短く維持して製造コストを削減しつつ、利用可能面積比率２２５を増大させている。
【００１９】
図５は、排気フード２５０の更なる実施例を示している。排気フード２５０は、側部排気フード２６０であってよい。側部排気フード２６０は、軸方向拡張部２８０を有するディフューザ２７０をも含む。オリジナルの排気フードの範囲が、線２９０によって示されている。ここでは、その他の角度を使用してもよい。軸方向拡張部２８０は、複数の扇形でも、完全な３６０度でも実施可能である。図５は、約１８０度の拡張部を示している。ここでは、その他の構成を使用してもよい。
【００２０】
明らかなように、上記の内容は、本願の一部の実施形態のみに関するもので、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の全体的な概念及び範囲、並びにその等価物から逸脱することなく、本明細書では多数の変更及び修正が当業者には可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  蒸気タービン
１５  ロータ
２０  バケット
２５  ケーシング
３０  ベーン
３５  蒸気入口
４０  排気フード
４５  排気口
５０  上側フード
５５  下側フード
６０  排気流路
６５  低圧区画
７０  ディフューザ
７５  末尾のバケット
８０  蒸気案内部
８５  ベアリングコーン
１００  蒸気タービン
１０５  排気フード
１１０  ディフューザ
１２０  末尾のバケット
１３０  蒸気案内部
１４０  ベアリングコーン
１５０  排気流路
１６０  第１端部
１７０  第２端部
１８０  軸方向拡張部
１９０  中間部分
２００  破線
２１５  三角形の断面
２１０  オリジナルの外壁
２２０  拡張された外壁
２２５  利用可能面積比率
２３０  軸方向長さ
２４０  中心線
２５０  排気フード
２６０  側部排気フード
２７０  ディフューザ
２８０  軸方向拡張部
２９０  線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012107619.tif 000006
【図５】
2012107619.tif 000007
【外国語明細書】
2012107619000001.pdf