(57)【要約】【課題】低い最終段出口速度から生じる逆流渦による損失の問題を克服することができる低圧蒸気タービン最終段が提供される。【解決手段】最終段１８が、ベーン列を形成するように周方向に分配された複数の定置のベーン１４を有しており、各ベーンが、翼３１を有しており、該翼３１が、該翼３１の基部３８から先端２０まで半径方向に延びたスパン３６を備えており、かつ蒸気タービン１０の回転するロータ１７上に周方向に取り付けられかつ分配された複数のブレード１２を有しており、かつ前記ピッチ２６に対するベーンのど２４の比として定義されるＫ比を有しており、各ベーンが、ベーン１４のスパン３６にわたってＷ字形のＫ分布を形成するように傾斜させられた前縁２０を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段低圧蒸気タービン（１０）であって、最終段（１８）が設けられており、該最終段（１８）が、
ベーン列を形成するように周方向に分配された複数の定置のベーン（１４）を有しており、各ベーンが、翼（３１）を有しており、該翼（３１）が、該翼（３１）の基部（３８）から先端（２０）まで半径方向に延びたスパン（３６）を備えており、かつ
蒸気タービン（１０）の回転するロータ（１７）上に周方向に取り付けられかつ分配された複数のブレード（１２）を有しており、かつ
ピッチ（２６）に対するベーンスロート（２４）の比として定義されるＫ比を有している形式のものにおいて、
各ベーンが、ベーン（１４）のスパン（３６）にわたってＷ字形のＫ分布を形成するように傾斜若しくは湾曲させられた前縁（２０）を有していることを特徴とする、多段低圧蒸気タービン（１０）。
【請求項２】
前記最終段（１８）が、運転時に、１５％〜５０％の根元反動度を有するように構成されている、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項３】
前記根元反動度が、３５％〜４５％である、請求項２記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項４】
各ベーン（１４）の翼（３１）が、
接線方向リーン角（３０）と、
子午面における後縁チルト角（３２）とを有しており、
根元反動度が、リーン角（３０）と、チルト角（３２）と、ベーンピッチ（２６）とを含むパラメータの組合せによって規定されている、請求項２又は３記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項５】
前記接線方向リーン角（３０）が、１６度〜２５度である、請求項４記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項６】
前記接線方向リーン角（３０）が、１９度である、請求項５記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項７】
前記チルト角（３２）が、３度〜１３度である、請求項４記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項８】
前記チルト角（３２）が、８度である、請求項７記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項９】
各ベーン（１４）が、さらに、スパン（３６）にわたって、テーパした軸方向幅を有している、請求項１又は８記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項１０】
各ベーン（１４）が、さらに、直線的な後縁（２２）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項１１】
蒸気タービン（１０）を運転する方法において、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の蒸気タービン（１０）を提供し、
１２５ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓの出口速度で運転するために最終段（１８）の出口領域の面積を構成し、
出口速度が１２５ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓになるように蒸気タービン（１０）を通じて供給流量を調節することを特徴とする、蒸気タービン（１０）を運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、最終段の設計により、排気損失の問題を解決するように適応された低圧蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧蒸気タービンの分野において、いまだ現在においても、タービン正味効率を高めるために、排気損失を低減することが望まれる。これを達成する１つの手段は、最終タービン段の効率を高めることである。
【０００３】
http://www.powermag.com/issues/cover_stories/The-long-and-short-of-last-stage-blades_483_p3.html（２０１０年７月１４日）に記載されているように、約１９０ｍ／ｓ（６００ｆｔ／ｓｅｃ）の最終段出口速度よりも上では、低圧蒸気タービンにおける排気損失は、速度に対して二乗の関係で高まる。出口速度を減じることには全体的な利点があるようだが、約１７０ｍ／ｓ（５５０ｆｔ／ｓｅｃ）よりも低く減じられた場合、例えば、ブレード根元における逆渦（reverse vortices）の影響が高まることにより、正味効率が低下する。この結果は、さらに、K.Kavney他、"Steam turbine 34.5 Inch Low-Pressure Section Upgrades" GE Energy GER-4269(08/06)によって裏づけられており、その著者は、第７頁において、全体的な排気損失は、排気速度が約６００ｆｔ／ｓ（１９０ｍ／ｓ）である場合に最小になると結論づけている。
【０００４】
欧州特許出願公開第１２６０６７４号明細書に記載されているように、タービン段は、概して、ブレード根元反動度に応じて、衝動段又は反動段として分類される。これに関して、ブレード根元反動度は、タービン段における全熱降下に対する動翼における熱降下（エンタルピの変化）の比として定義される。衝動ブレード段は、例えば、通常は０〜１０％のブレード根元反動度を有するのに対し、反動ブレード段の場合、ブレード根元反動度は、約５０％まで上昇する。通常、１０％〜５０％のブレード根元反動度を備えた段は、低反動タイプ段として分類される。特定の羽根根元反動度を達成する方法は、様々でありかつ公知であり、例えば、ブレードのリーン又はスイープを変更することによって達成することができる。
【０００５】
段の設計に応じて、ブレード根元反動度は、全体的なブレード効率に影響する。例えば、米国特許出願公開第２００４／００７１５４４号明細書には、反動度の適応により効率を改良した衝動式段が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１２６０６７４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００７１５４４号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】http://www.powermag.com/issues/cover_stories/The-long-and-short-of-last-stage-blades_483_p3.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
低い最終段出口速度から生じる逆渦による損失の問題を克服することができる低圧蒸気タービン最終段が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この開示は、独立請求項の主体によってこの問題を解決しようとするものである。有利な実施の形態は従属請求項に提供されている。
【００１０】
この開示は、各ベーンのスパンにわたってＷ字形のＫ分布を形成するように傾斜させられた前縁を有する最終段ベーンを備えた低圧蒸気タービンを提供するという一般的概念に基づく。この構成は、低い出口速度での効率的な運転のために最終段を適応させるための手段を提供する。
【００１１】
態様において、最終段は、接線方向リーン角３０と、子午面における後縁のチルト角３２と、ベーンピッチ２６とを含む、ベーン１４及びブレード１２ｍｐパラメータの組合せにより低反動段として構成されてよい。衝動型ブレード配列と高い根元反動度との間の反動度構成、すなわち、＞５０％は、低い出口速度で運転しながら効率崩壊（efficiency collapse）を遅らせる別の手段を提供する。
【００１２】
別の態様において、１２５ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓの低い出口速度で運転する方法が提供される。これは、各羽根のスパンにわたってＷ字形のＫ分布を形成しかつ好適には１５％〜５０％の最終段根元反動度を有する傾斜したベーン前縁を有する形成出口環状領域を備えた蒸気タービンによって蒸気量を調節することによって達成される。
【００１３】
その他の態様は、さらに、直線的な後縁を備えたベーンを有してよい。
【００１４】
本開示のその他の態様及び利点は、例として本発明の典型的な実施の形態を例示する添付の図面に関連した以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】
例えば、本開示の実施の形態は、添付の図面に関連して以下により完全に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】典型的な低圧蒸気タービンの一部の断面図である。
【図２】図１の蒸気タービンの典型的な最終段ベーンの斜視図である。
【図３】図２の蒸気タービンの典型的なベーン列の２つの最終段ベーンの平面図である。
【図４】典型的なベーンのスパンにわたって提供されたＫ分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示の典型的な実施の形態をここで図面を参照して説明する。図面において、全体を通じて同じ構成要素を示すために同じ参照符号が用いられている。以下の説明において、説明の目的で、開示の十分な理解を提供するために、多くの特定の詳細が示される。しかしながら、本開示は、これらの特定の詳細なしに実施されてよく、ここに開示される典型的な実施の形態に限定されない。
【００１８】
図１は、典型的な低圧多段蒸気タービン１０を示している。低圧蒸気タービン１０の各段１６は、ベーン列を形成するように内側ケーシング１５に周方向に分配された複数の定置のベーン（静翼）１４と、回転するロータ１７に周方向で取り付けられかつロータ１７上に分配された複数のブレード（動翼）１２とを有している。低圧蒸気タービン１０の最終段１８から出る蒸気の圧力が、蒸気タービンを低圧蒸気タービン１０として規定している。典型的には、定常状態条件において、低圧蒸気タービン１０の最終段１８出口圧力は、大気圧から低い真空までの範囲である。
【００１９】
最終段１８のすぐ下流において、内側ケーシング１５は環（図示せず）を形成している。環の面積は、最終段１８から出る蒸気の体積流量と共に、蒸気タービン１０の出口速度を規定している。
【００２０】
図２ａ及び図２ｂに示すように、各ベーン１４は、前縁２０とスパン３６とを備えた翼（airfoil）３１を有しており、スパン３６は、翼３１の基部３８と先端３４との間の半径方向延長範囲である。図３に示したように、ベーン１４のうちの１つの後縁２２から、隣接する羽根１４の面まででみた、隣接し合うベーン１４の間の距離は、スロート（throat）２４を規定しているのに対し、２つの隣接するベーン１４の前縁２０の間の距離はピッチ２６を規定している。ピッチに対するスロートの比はさらに、Ｋ値を規定している。
【００２１】
典型的な実施の形態において、各ベーン１４の前縁２０は、図２ｂ及び図４に示すように、ベーン１４のスパン３６にわたってＷ字形のＫ分布を形成するように、傾斜若しくは湾曲させられている。
【００２２】
典型的な実施の形態において、傾斜したベーン１４は、運転時に、好適には１５％〜５０％、最も好適には３５％〜４５％の根元反動度を有するように、構成されている。図２ａに示されているように、典型的な実施の形態のベーン１４において、後縁２２は、子午面におけるチルト角３２を有しており、図２ｂに示されているように、接線方向リーン角３０を有している。典型的な実施の形態の根元反動度は、接線方向リーン角３０と、子午面における後縁のチルト角３２と、ベーンピッチ２６とを含む、ベーン１４及びブレード１２のパラメータの組合せによって規定される。
【００２３】
典型的な実施の形態において、接線方向リーン角３０は、好適には１６度〜２５度、最も好適には約１９度である。
【００２４】
典型的な実施の形態において、チルト角３２は、好適には３度〜１３度、最も好適には約８度である。
【００２５】
典型的な実施の形態において、図２ｂに示されているように、各ベーン１４はさらに、スパン３６にわたって、テーパする軸方向幅を有している。
【００２６】
典型的な実施の形態において、各ベーン１４はさらに、直線的な後縁２２を有している。
【００２７】
別の典型的な実施の形態は、前述の蒸気タービン１０のいずれかの蒸気タービン１０を運転する方法に関する。この方法は、１２５ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓの出口速度で運転するように最終段１８の出口領域の面積を構成し、出口速度が１２５ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓとなるように蒸気タービン１０を通じて供給流量を調節することを伴う。
【００２８】
本発明をその他の特定の実施の形態において具体化することができることは、当業者によって認められるであろう。従って、ここに開示された実施の形態は、全ての観点から、例示的であり、限定されるものではないと考えられる。発明の範囲は、前記説明ではなく、添付の請求項によって示され、発明の意味及び範囲及び均等物に含まれる全ての変更が発明に包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１０  低圧蒸気タービン、  １２  ブレード、  １４  ベーン、  １５  内側ケーシング、  １６  段、  １７  ロータ、  １８  最終段、  ２０  前縁、  ２２  後縁、  ２４  スロート、  ２６  ピッチ、  ３０  接線方向リーン角、  ３１  翼、  ３２  子午面におけるチルト角、  ３４  先端、  ３６  スパン、  ３８  基部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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