(57)【要約】【課題】蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体を提供すること。【解決手段】蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体は、複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータを含む。また、内側半径部分を有し且つ１以上のノズル段に動作可能に接続された分流部材が含まれ、該分流部材は、蒸気タービンシステム内で１以上の方向に流れを配向する。更に、ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサが含まれ、該冷却流ディスペンサは、分流部材の内側半径部分に動作可能に結合される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体であって、
複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータと、
内側半径部分を有し、１以上のノズル段に動作可能に接続され、前記蒸気タービンシステム内で１以上の方向に流れを配向する分流部材と、
前記ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサと
を備え、前記冷却流ディスペンサが、前記分流部材の内側半径部分に動作可能に結合される、ロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項２】
冷却物質を移送するための冷却流導管を更に備える、請求項１記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項３】
前記冷却流ディスペンサが円形であり、外側半径部分を含む、請求項２記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項４】
前記冷却流ディスペンサの外側半径部分と前記分流部材の内側半径部分とによって定められるギャップを更に備える、請求項３記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項５】
前記ギャップが前記冷却物質を受け入れる、請求項４記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項６】
前記冷却流ディスペンサにおいて円周方向に配列された第１の複数のアパーチャを更に備え、該第１の複数のアパーチャが、第１の平面において前記ロータに向けて半径方向内向き角度が付けられる、請求項１記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項７】
前記第１の平面からある角度で配置された１以上の角度付きアパーチャを更に備える、請求項６記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項８】
前記角度が約３０度である、請求項７記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項９】
前記第１の平面からある角度で各々が配置された第２の複数のアパーチャを更に備える、請求項６記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１０】
前記冷却流ディスペンサが、前記ロータの第１の半部分を円周方向に囲むための第１の半円部を含む、請求項３記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１１】
前記ロータの第２の半部分を円周方向に囲むための第２の半円部を更に含む、請求項１０記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１２】
蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体であって、
複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータと、
冷却物質を移送するための冷却流導管と、
内側半径部分を有し、前記蒸気タービンシステム内で１以上の方向に流れを配向するためのリッジを含む分流部材と、
前記ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサと
を備え、前記冷却流ディスペンサが、前記分流部材の内側半径部分に動作可能に結合され、
前記ロータ及びホイール冷却組立体が更に、
前記冷却流導管から前記冷却物質を受け入れるため、前記分流部材の内側半径部分と前記冷却流ディスペンサとの間に配置されるギャップと
を備える、ロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１３】
前記冷却流ディスペンサにおいて円周方向に配列された複数のアパーチャを更に備え、該複数のアパーチャが、第１の平面において前記ロータに向けて半径方向内向き角度が付けられる、請求項１２記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１４】
前記第１の平面からある角度で配置された１以上の角度付きアパーチャを更に備える、請求項１３記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１５】
前記角度が約３０度である、請求項１４記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１６】
前記第１の平面からある角度で各々が配置された第２の複数のアパーチャを更に備える、請求項１３記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１７】
前記冷却流ディスペンサが、前記ロータの第１の半部分を円周方向に囲むための第１の半円部を含む、請求項１２記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１８】
前記ロータの第２の半部分を円周方向に囲むための第２の半円部を更に含む、請求項１７記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項１９】
蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体であって、
複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータと、
前記ロータとタービンバケットとの間に配置されたホイールと、
冷却物質を移送するための冷却流導管と、
内側半径部分を有し、１以上のフック組立体によって１以上のノズル段と固定接続された分流部材と、
前記ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサと
を備え、前記冷却流ディスペンサが、前記分流部材の内側半径部分に動作可能に結合され、
前記ロータ及びホイール冷却組立体が更に、
前記冷却流導管から前記冷却物質を受け入れるため、前記分流部材の内側半径部分と前記冷却流ディスペンサとの間に配置されるギャップと
を備える、ロータ及びホイール冷却組立体。
【請求項２０】
前記複数のアパーチャの第１のアパーチャが、ある平面に沿って前記ロータに向けて半径方向内向きに配向され、前記複数のアパーチャの第２のアパーチャが、前記平面に沿ってある角度で配置される、請求項１９記載のロータ及びホイール冷却組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、蒸気タービンシステムに関し、より詳細にはロータを冷却するための組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは通常、ロータに接続された回転バケットに蒸気を配向する固定ノズル組立体を含む。複数のダイアフラム段又はノズル組立体段が含まれており、各段はロータの回りに組み立てられる。蒸気タービンシステムの選択セクションは、複流構成を有し、ここでは入口蒸気は通常、２つの対向する軸方向に流れが分離される。流れを分割する段は、フロースプリッタ又はタブと呼ばれる。入口蒸気が分離されると、蒸気は、対向する軸方向にフロースプリッタの各側部上のノズル及びバケット段を通ってそれぞれ流れる。
【０００３】
比較的「高温」のボウル温度を有するフロースプリッタ段は、ロータの冷却を必要とする。このような温度は、特定の適用分野によって決まるが、ロータ冷却を必要とする一般的なボウル温度の一例は１０００°Ｆである。ロータ及びホイール冷却で利用される一般的構成は、外部パイプを通じてフロースプリッタキャビティ内に冷却流を通過させ、高圧（ＨＰ）段又は他の何れかの外部源から低温の蒸気を受け入れることを含む。フロースプリッタフランジ上のパッキンリングは、タービン及び発電機末端に流れを分流する圧力をもたらす。多くの場合、フロースプリッタのウィンデージ加熱を生じる不十分な流れ循環が持続し、これによりロータ及びホイールとのウィンデージ相互作用が引き起こされてタービン出力が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３８１７６５４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体は、複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータを含む。また、内側半径部分を有し且つ１以上のノズル段に動作可能に接続された分流部材が含まれ、該分流部材は、蒸気タービンシステム内で１以上の方向に流れを配向する。更に、ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサが含まれ、該冷却流ディスペンサは、分流部材の内側半径部分に動作可能に結合される。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体は、複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータを含む。また、冷却物質を移送するための冷却流導管が含まれる。更に、内側半径部分を有する分流部材が含まれ、該分流部材は、蒸気タービンシステム内で１以上の方向に流れを配向するためのリッジを含む。更にまた、ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサが含まれ、該冷却流ディスペンサが、前記分流部材の内側半径部分に動作可能に結合される。また、冷却流導管から冷却物質を受け入れるため、分流部材の内側半径部分と冷却流ディスペンサとの間に配置されるギャップが含まれる。
【０００７】
本発明の更に別の態様によれば、蒸気タービンシステム用のロータ及びホイール冷却組立体は、複数の回転バケットに動作可能に接続されたロータと、ロータとタービンバケットとの間に配置されたホイールとを含む。また、冷却物質を移送するための冷却流導管が含まれる。更に、内側半径部分を有し且つ１以上のフック組立体によって１以上のノズル段と固定接続される分流部材が含まれる。更にまた、ロータの一部の半径方向外向きに配置され且つ１以上のアパーチャを有する冷却流ディスペンサが含まれ、該冷却流ディスペンサは、分流部材の内側半径部分に動作可能に結合される。また、冷却流導管から冷却物質を受け入れるため、分流部材の内側半径部分と冷却流ディスペンサとの間に配置されるギャップが含まれる。
【０００８】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【０００９】
本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】フロースプリッタを有する典型的な複流蒸気タービンシステムの概略断面図。
【図２】ノズル組立体への動作可能な接続を有する蒸気タービンシステムの一部の斜視図。
【図３】ノズル組立体への第１の動作可能な接続を有するロータ冷却組立体の側断面図。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った冷却流ディスペンサの断面図。
【図５】ノズル組立体への第２の動作可能な接続を有するロータ冷却組立体の側断面図。
【図６】平坦な外側領域を備えたフロースプリッタを有するロータ冷却組立体の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１２】
図１及び２を参照すると、蒸気タービンは、全体的に参照符号１０で示される。図示の蒸気タービン１０は、複流構成のものであり、外側ケーシング１２と、内側ケーシング１４と、蒸気タービン１０の軸方向に離間した側部の各々上に複数段を形成する複数のノズル及びバケットとを含む。タービン１０はまた、バケットに取り付けられたロータ１６を含む。ロータ１６は、蒸気タービン１０の対向する軸方向端部を通り、タブとも呼ばれることがある環状構成のフロースプリッタ１８内に延びる。フロースプリッタ１８は、蒸気タービン１０の中心に配置され、蒸気入口２０を通じて蒸気を受け取り、フロースプリッタ１８の軸方向に対向する側部上の種々のタービン段に流すようにする。具体的には、フロースプリッタ１８は対向する半部分を含み、通常は互いに鏡像関係にあるので、一方の半部分のみを図示し説明する。対向する半部分は、上側半部分２２及び下側半部分（図示せず）と呼ばれ、各々が半円幾何形状である。上側半部分２２は、蒸気タービン１０を通って軸方向に延びるロータ１６の半径方向外向きに配置される。
【００１３】
図３を参照すると、ロータ冷却組立体２４の断面図が示されている。ロータ冷却組立体２４は、上記で説明したフロースプリッタ１８と冷却流ディスペンサ２６とを備える。フロースプリッタ１８は、ロータ１６及びホイール１７の回りに円周方向に延び、１つ又はそれ以上のファスナー又は結合剤を介して１以上のノズル組立体２８に動作可能に結合される。或いは、以下で説明するようなフック構成又は他の機械的ファスナーを利用してもよい。ホイール１７は、ロータ１６とタービンバケットとの間に配置され、また、ロータ冷却組立体２４により冷却される。フロースプリッタ１８は、内側半径部分３０と、外側表面３２とを含み、蒸気タービン１０の軸方向に対して外側表面３２上に中心に配置されたリッジ３４を形成する。リッジ３４は、上述のように、流入する蒸気流を複数の方向に付勢する。フロースプリッタ１８は、冷却流導管３８を受けるための中空コア３６を含む。冷却流導管３８は、冷却物質を移送するよう構成されている。冷却物質は、様々な物質から構成することができ、提供される冷却物質は、目的とするロータ冷却機能を十分な程度まで達成するよう十分に低い温度のものである。
【００１４】
冷却流ディスペンサ２６は、ロータ１６の回りに円周方向に延び、フロースプリッタ１８の内側半径部分３０に動作可能に結合される。冷却流ディスペンサ２６とフロースプリッタ１８との間の結合は、例えば、溶接を介して製造することができるが、動作可能な結合を提供する他の様々な機械的又は化学的締結手法をとることができる点は理解されたい。冷却流ディスペンサ２６の少なくとも一部とフロースプリッタ１８の内側半径部分３０との間には、ギャップ４０が存在する。ギャップ４０は、冷却流導管３８からの冷却物質を受けるように構成される。冷却流ディスペンサ２６は、第１の平面４４においてロータ１６に向けて半径方向内向きに延びる１以上の第１のアパーチャ４２を含む。第１の平面４４は、蒸気タービン１０の単一の軸方向位置に配置された点及び軸線の中心に定められる。換言すると、１以上の第１のアパーチャ４２は、冷却物質をロータ１６に向けて半径方向内向きに配向し、冷却作用をもたらす。加えて、冷却流ディスペンサ２６は、半径方向内向きであるが、１以上の第１のアパーチャ４２からある角度で、従って第１の平面４４からある角度で延びる１以上の第２のアパーチャ４６を含む。具体的には、１以上の第２のアパーチャ４６は、ロータ１６に向けて半径方向内向きであるが、蒸気タービン１０の上流側又は下流側の位置に向けて冷却物質を配向するよう構成される。１以上の第２のアパーチャ４６が第１の平面４４から配置される正確な角度は様々とすることができるが、１つの企図される実施形態では、この角度は、上流側方向又は下流側方向で第１の平面４４から約３０度とすることができる。また、１以上の第１のアパーチャ４２及び１以上の第２のアパーチャ４６の何れか又は両方が複数のアパーチャを含むことができる点は理解されたい。１以上の第１のアパーチャ４２の場合、互いに対して円周方向に間隔を置いて配置され、全て第１の平面４４内でロータ１６に向けて半径方向内向きに配向された複数のアパーチャ（図４）が存在することができる。１以上の第２のアパーチャ４６に関しては、１以上の第１のアパーチャ４２の何れかの軸方向側部上である角度で配置された複数のアパーチャが存在することができ、また、冷却流ディスペンサ２６の回りで互いから円周方向に延びた複数のアパーチャを含むことができる。冷却物質がアパーチャを通過するときに該冷却物質に与えられる予旋回の程度を改善するために、１以上の第１のアパーチャ４２の１つ又は全て及び／又は１以上の第２のアパーチャ４６の全て又は１つにテーパを付けることができる点を理解されたい。１以上の第１のアパーチャ４２及び１以上の第２のアパーチャ４６の整列を上記で説明したが、
１以上の第１のアパーチャ４２は、単独で、或いは１以上の第２のアパーチャ４６と組み合わせてある角度で配置することができる点は理解されたい。
【００１５】
作動時には、冷却物質は、冷却流導管３８を通って移動し、冷却流ディスペンサ２６の少なくとも一部とフロースプリッタ１８の内側半径部分３０との間に定められるギャップ４０に放出される。１以上の第１のアパーチャ４２及び１以上の第２のアパーチャ４６を通じて、冷却物質の別の方向が可能となる。１以上の第１のアパーチャ４２は、冷却作用のために冷却物質を第１の平面４４内で半径方向内向きにロータ１６に向けて配向する。１以上の第２のアパーチャ４６は、冷却物質を半径方向内向きであるが、冷却物質の予旋回を誘起するような角度で配向し、これによりロータ１６との摩擦及びロータ１６とのウィンデージ相互作用を低減する。
【００１６】
ここで図５を参照すると、ロータ冷却組立体２４が図示されており、図３に示すものと同様の構成であるが、フロースプリッタ１８と１以上のノズル組立体２８との間に代替の取り付け構造体を含む。図示の実施形態において、１以上のフック継手組立体５０は、フロースプリッタ１８と１以上のノズル組立体２８との間の動作可能な接続を可能にする。１以上のフック継手組立体５０は、フック構成要素５２と、受け入れ構成要素５４とを含む。
【００１７】
ここで図６を参照すると、ロータ冷却組立体２４が図示されており、図３に示すものと同様の構成であるが、フロースプリッタ１８は、外側表面３２を定める比較的平坦な表面６０を含む。これは、流入流れを分割するリッジ３４を含むフロースプリッタ１８とは対照的である。
【００１８】
有利には、冷却流ディスペンサ２６は、ロータ１６の必要な冷却を提供し、ロータ１６とのウィンデージを低減して、原材料コストを上昇させ且つ組立プロセスを複雑にする過剰な構成要素を削減又は排除する。
【００１９】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。）従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
１０  蒸気タービン
１２  外側ケーシング
１４  内側ケーシング
１６  ロータ
１７  ホイール
１８  フロースプリッタ
２０  蒸気入口
２２  上側半部分
２４  ロータ冷却組立体
２６  冷却流ディスペンサ
２８  ノズル組立体
３０  内側半径部分
３２  外側表面
３４  リッジ
３６  中空コア
３８  冷却流導管
４０  ギャップ
４２  第１のアパーチャ
４４  第１の平面
４６  第２のアパーチャ
５０  フック継手組立体
５２  フック構成要素
５４  受け入れ構成要素
６０  表面
【図１】
2013204594.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013204594.tif 000005
【図４】
2013204594.tif 000006
【図５】
2013204594.tif 000007
【図６】
2013204594.tif 000008
【外国語明細書】
2013204594000001.pdf