(57)【要約】      （修正有）【課題】最終段ブレードから排出された流体から圧力を回復するためのタービンディフューザに関する。【解決手段】少なくとも、ディフューザ（１０）の長手方向長さの１０％と、ディフューザの下流端部（１１）との間の領域において、内側ガイド（１２）は、変曲のないカーブを形成しており、さらに、長手方向長さ（７）の４０％〜６０％の箇所において最大半径方向高さを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終段ブレード（８）から排出された流体から圧力を回復するための蒸気タービンディフューザ（１０）であって、該ディフューザ（１０）は、
前記最終段ブレード（８）における上流端部（９）と、
下流端部（１１）と、
前記上流端部（９）から前記下流端部（１１）まで延びる長手方向長さ（７）と、
前記上流端部（９）と前記下流端部（１１）との間に延びる内側ガイド（１２）と、
前記上流端部（９）と前記下流端部（１１）との間に延びる外側ガイド（１４）であって、前記内側ガイド（１２）と前記外側ガイド（１４）との間に流路を形成するように前記内側ガイド（１２）から半径方向にずらされている、外側ガイド（１４）と、を備える蒸気タービンディフューザ（１０）において、
少なくとも、前記長手方向長さ（７）の１０％と、前記下流端部（１１）との間の領域において、前記内側ガイド（１２）は、変曲のない曲線を形成しており、さらに、前記長手方向長さ（７）の４０％〜６０％の箇所において半径方向の最大高さを有することを特徴とする、蒸気タービンディフューザ（１０）。
【請求項２】
前記内側ガイド（１２）と前記外側ガイド（１４）との間に延びる中心線（５）から垂直に見たディフューザ横断面積を有し、前記上流端部（９）と前記最大高さとの間において、前記横断面積は１５％未満だけ変化している、請求項１記載の蒸気タービンディフューザ（１０）。
【請求項３】
前記内側ガイド（１２）と、前記外側ガイド（１４）とは、前記上流端部（９）から前記長手方向長さ（７）の２０％まで前記ディフューザ（１０）の横断面積が減少するように構成され、かつ互いに対して配置されている、請求項２記載の蒸気タービンディフューザ（１０）。
【請求項４】
前記内側ガイド（１２）と、前記外側ガイド（１４）とは、前記上流端部（９）から前記長手方向長さ（７）の３％〜５％まで前記ディフューザ（１０）の横断面積が増大するように構成され、かつ互いに対して配置されている、請求項２記載の蒸気タービンディフューザ（１０）。
【請求項５】
前記内側ガイド（１２）と、前記外側ガイド（１４）とは、前記長手方向長さ（７）の１０％〜２０％において前記ディフューザ（１０）の横断面積が減少するように構成され、かつ互いに対して配置されている、請求項２記載の蒸気タービンディフューザ（１０）。
【請求項６】
前記外側ガイド（１４）は、前記長手方向長さ（７）の３０％と前記下流端部（１１）との間において、前記流路の外側に接線を有する、変曲のない曲線を形成している、請求項１または３記載の蒸気タービンディフューザ（１０）。
【請求項７】
前記外側ガイド（１４）は、前記長手方向長さ（７）の１０％〜２０％において変曲点を有する、請求項３記載の蒸気タービンディフューザ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して蒸気タービンの構成、特に、蒸気タービンの最終段と、排出された蒸気を通常は凝縮器へ案内する排出フードとの間に配置された圧力回復ディフューザの構成及び配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電において使用される凝縮蒸気タービンにおいて、タービンブレードの最終列から出た蒸気は、タービンエンクロージャもしくはケーシングと、排出フードとの間に位置決めされた、外方へ拡開した通路であるディフューザを通って流れる。このようなディフューザは、タービンシャフトを中心にして周方向に３６０度に亘ってタービンケーシングから延びる、慣例上このタービンケーシングに固定されている外方へ拡開した流れガイドと、少なくとも部分的に軸受コーンの外面によって形成された内側流れガイドまたは幾つかの場合には別個の流れガイドと、から形成されている。蒸気は、ディフューザからコレクタまたは“排出フード”のボディ内へ通過し、その後、排出フードから凝縮器内へ排出される。最も一般的なタイプの排出フードは、凝縮器のすぐ上方に配置された排出フード、または“下方放出式”排出フードである。
【０００３】
ディフューザの目的は、タービン出口における蒸気圧力を低下させ、これにより、タービンに利用可能なエネルギの量を増大させ、また、凝縮器冷却水の温度がタービンの設計上想定されているよりも高くなったときに生じるような、凝縮器圧力が設計圧力よりも高くなったときにさえも、タービンの最後のブレードの性能を改良することである。横断面積を増大させた結果、排出蒸気がディフューザを通過するときに拡散または減速が生じる。この減速は、蒸気の運動エネルギの低下と、圧力の上昇とを生じ、正味の影響は、ディフューザへの入口が、タービンから凝縮器への通路の最も低い圧力を有し、これにより、最終タービンブレードから最小圧力ゾーンへの蒸気排出が、ブレードを通流する蒸気の速度を高め、仕事を行うためにタービンに利用可能なエネルギを増大させる。
【０００４】
ディフューザへの、ひいてはタービンブレードの最終列からの出口における低い入口圧力につながるようにディフューザが大きな圧力上昇を生ぜしめることが望ましい。なぜならば、これは、仕事を行うためにタービンに利用可能なエネルギを増大させ、ブレードの最終列の性能をも高めるからである。しかしながら、ディフューザが生ぜしめることができる拡散の量は、ディフューザに沿った（長手方向）圧力勾配によって制限され、この圧力勾配は、概して、ディフューザの長さに対する圧力上昇の比として定義される。このような圧力上昇はひいては、通常、ディフューザの出口対入口の面積比に依存する。圧力勾配が大きすぎる、すなわち、ディフューザの壁部が急勾配に拡開しすぎると、蒸気の流れは、ディフューザの壁部からはく離させられ、拡散の量が著しく減じられるかまたはさらには完全に排除される可能性がある。
【０００５】
したがって、改良された圧力回復という目的を達成するディフューザジオメトリの継続的な必要性が存在する。
【０００６】
米国特許第６２６１０５５号明細書には、横断面積の非線形的な増大という概念に基づく改良された圧力回復のためのディフューザジオメトリが記載されている。特に、この説明は、ディフューザ長さの半分の距離において横断面積の増大が入口における横断面積の５％以下であるようなディフューザに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２６１０５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
蒸気タービンの排出における圧力回復を改良することができる蒸気タービンディフューザが開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この蒸気タービンディフューザは、独立請求項の主体によってこの問題を解決することを試みる。有利な実施の形態は、従属請求項に提供されている。
【００１０】
１つの一般的な態様は、最終段ブレードから排出された蒸気から圧力を回復するための蒸気タービンディフューザを有する。ディフューザは、最終段ブレードにおける上流端部と、下流端部と、上流端部から下流端部まで延びる長手方向長さとを有する。ディフューザは、上流端部と下流端部との間に延びる内側ガイドと、上流端部と下流端部との間に延びる外側ガイドとを有し、外側ガイドは内側ガイドから半径方向にずらされており、これにより、外側ガイドと内側ガイドとの間に流路を形成している。
【００１１】
この態様において、少なくとも、長手方向長さの１０％と、下流端部との間の領域において、内側ガイドは、長手方向長さの４０％〜６０％の箇所において最大半径方向高さを有する、変曲のないカーブを有している。
【００１２】
１つの態様では、タービンディフューザは、内側ガイドと外側ガイドとの間に延びる中心線から垂直に見た、ディフューザ横断面積を有する。円形の均一なディフューザの場合、面積は、以下の式を用いて形成されてもよい：
Ａ＝π・ｒ（外側）2ｒ（内側）2
この態様では、上流端部と最大高さとの間において、横断面積は、１５％未満だけ変化する。
【００１３】
別の態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。上流端部から長手方向長さの約２０％までの間にディフューザの横断面積が減少するように、内側ガイドおよび外側ガイドは構成され、かつ互いに対して配置されている。ディフューザ横断面積は、内側ガイドと外側ガイドとの間に延びる中心線から垂直に見たものであり、上流端部と最大高さの間において、横断面積は、１５％未満だけ変化している。上流端部から長手方向長さの約３％〜５％までの間にディフューザの横断面積が増大するように、内側ガイドおよび外側ガイドは構成され、かつ互いに対して配置されている。長手方向長さの１０％〜２０％の間においてディフューザの横断面積が減少するように、内側ガイドおよび外側ガイドは構成され、かつ互いに対して配置されている。
【００１４】
ディフューザでは、長手方向長さの２０％と下流端部の間において、外側ガイドは、流路の外側に接線を有する、変曲のない曲線を形成している。外側ガイドは、長手方向長さの１０％〜２０％において変曲点を有する。
【００１５】
本開示のその他の態様および利点は、本発明の典型的な実施の形態を例として示している添付の図面に関連してなされる以下の説明から明らかになるであろう。
【００１６】
例として、本開示の実施の形態が以下で添付の図面に関連してさらに完全に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】開示の典型的な実施の形態によるディフューザを有する蒸気タービンセクションの概略図である。
【図２】図１のディフューザの軸方向長さに沿ったディフューザの横断面積比を示す図である。
【図３】別の典型的な実施の形態の軸方向長さに沿ったディフューザの横断面積比を示す図である。
【００１８】
詳細な説明
本開示の典型的な実施の形態がここで図面に関連して説明されるが、全図を通じて同じ要素を示すために同じ参照符号が使用されている。以下の記述において、説明のために、開示の十分な理解を提供するために多数の特定の詳細が示されている。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もよく、本明細書に開示された典型的な実施の形態に限定されない。
【００１９】
図１に示された典型的な実施の形態は、蒸気タービンの最終段ブレード８から排出された蒸気から圧力を、蒸気が排出フード／コレクタに進入する前に回復するための蒸気タービンディフューザ１０である。ディフューザ１０は、蒸気タービンの長手方向回転軸線６を包囲している。ディフューザ１０は、長手方向軸線６に沿って延びる内側ガイド１２を有する。内側ガイド１２は、最終段ブレード８において上流端部９を、排出フード／コレクタにおいて遠位下流端部１１を有する。外側ガイド１４は内側ガイド１２を補完している。外側ガイド１４は、長手方向軸線６に沿って延びており、内側ガイド１２と外側ガイド１４との間に延びる中心線５から垂直に規定された横断面積を備えるディフューザ通路を形成するように、内側ガイド１２から半径方向にずらされている。外側ガイド１４は、内側ガイド１２と共通して、最終段ブレードにおける上流端部９と、排出フード／コレクタにおける遠位下流端部１１とを有する。
【００２０】
ディフューザは、加えて、内側ガイド１２の上流端部９と外側ガイドの上流端部９との間の箇所におけるディフューザ第１端部から、内側ガイドと外側ガイドとの間に延びる中心線５に沿って、内側ガイドの下流端部１１と外側ガイド１４の下流端部１１との間の箇所まで延びる、長手方向長さ７を有する。
【００２１】
典型的な実施の形態では、内側ガイド１２および外側ガイド１４は、第１の端部の横断面積が第２の端部の横断面積よりも小さくなるように構成されているのに対し、ディフューザ１０の端部の間の移行領域では、内側ガイド１２は、ディフューザ長手方向長さ７の４０％〜６０％の箇所において、タービンの回転軸線からの距離として測定された最大半径方向高さを備える、変曲のない曲線を形成している。図２は、図１に示されたディフューザの典型的な実施の形態の横断面積を示している。図２に示したように、典型的な実施の形態では、ディフューザ１０の長手方向長さ７の最初の２０％の間、横断面積は減少している。この減少は、内側ガイド１２と外側との相対的な曲率に関連する。例えば、図１に示した典型的な実施の形態では、外側ガイド１４は、ディフューザの長手方向長さ７の１０％〜２０％の領域において変曲点を有し、その後、一切の変曲点を有することなく曲線状または直線状のセグメントにおいて延びている。
【００２２】
図３に示した典型的な実施の形態では、上流端部９から長手方向長さ７の約３％〜５％までの間にディフューザ１０の横断面積が増大するように、内側ガイド１２および外側ガイド１４は構成され、かつ互いに対して配置されている。これは、最終段ブレードの反応度を維持することが望ましい場合に有利である。この初期区間の延在の後、長手方向長さ７の１０％〜２０％の間で、ディフューザ１０の横断面積は減少する。
【００２３】
開示は、最も実用的な典型的な実施の形態であると考えられるものについて本明細書に示されかつ説明されているが、本開示は、その他の特定の形式で具体化することができる。したがって、ここに開示された実施の形態は、全ての側面において、例示的であり、制限されるものでないと考えられる。開示の範囲は、前記説明ではなく、添付の請求項によって示されており、その意味、範囲および均等物に当てはまる全ての変更は、それに包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００２４】
５  中心線
６  長手方向軸線
７  長手方向長さ
８  最終段ブレード
９  上流端部
１０  ディフューザ
１１  下流端部
１２  内側ガイド
１４  外側ガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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