(57)【要約】【課題】蒸気タービンのホイールを内部冷却するためのシステムを提供する。【解決手段】本システムは、蒸気タービン（１００）のロータ（１１０）に付随した該蒸気タービン（１００）のホイール（１１６）を冷却することができる。本システムは、入口通路（１３２）と出口通路（１３４）とを含むことができる。入口通路（１３２）は、ロータ（１１０）の外部から該ロータ（１１０）の内部を通してホイール（１１６）に蒸気を伝達するように配置することができる。出口通路（１３４）は、ホイール（１１６）からロータ（１１０）の内部を通して該ロータ（１１０）の外部に蒸気を伝達するように配置することができる。【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（１００）のロータ（１１０）に付随した該蒸気タービン（１００）のホイール（１１６）を冷却するためのシステムであって、
前記ロータ（１１０）の外部から該ロータ（１１０）の内部を通して前記ホイール（１１６）に蒸気を伝達するように配置された入口通路（１３２）と、
前記ホイール（１１６）から前記ロータ（１１０）の内部を通して該ロータ（１１０）の外部に蒸気を伝達するように配置された出口通路（１３４）と、を含む、
システム。
【請求項２】
前記入口通路（１３２）が、前記ホイール（１１６）の下流側に設置された入口開口部（１３６）を含み、
前記出口通路（１３４）が、前記ホイール（１１６）の下流側に設置された出口開口部（１３８）を含む、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記入口開口部（１３６）が、該入口開口部（１３６）と前記出口開口部（１３８）との間に圧力差が生じかつ該入口開口部（１３６）が該出口開口部（１３８）よりも相対的に高い圧力になるように、該出口開口部（１３８）の上流に設置される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
環状チャネル（１２８）が、前記ホイール（１１６）の周りに形成される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記入口通路（１３２）が、前記環状チャネル（１２８）内への取入れ口と連通状態になっており、
前記出口通路（１３４）が、前記環状チャネル（１２８）外への取出し口と連通状態になっている、
請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記入口通路（１３２）が、
前記ロータ（３１０）の内部を貫通して延びる軸方向入口チャネル（３４６）と、
前記ロータ（３１０）の外部を前記軸方向入口チャネル（３４６）に連結する下流側半径方向入口チャネル（３５０）と、
前記軸方向入口チャネル（３４６）を前記ホイール（１１６）に連結する上流側半径方向入口チャネル（３５２）と、を含み、
前記出口通路（１３４）が、
前記ロータ（３１０）の内部を貫通して延びる軸方向出口チャネル（３４８）と、
前記ホイール（３１６）を前記軸方向出口チャネル（３４８）に連結する上流側半径方向出口チャネル（３５４）と、
前記軸方向出口チャネル（３４８）を前記ロータ（１１０）の外部に連結する下流側半径方向出口チャネル（３５６）と、を含む、
請求項１記載のシステム。
【請求項７】
環状チャネル（３２８）が、前記ホイール（３１６）の周りに形成され、
前記環状チャネル（３２８）が、前記上流側半径方向入口チャネル（３５２）と前記上流側半径方向出口チャネル（３５４）との間で前記ホイール（３１６）の周りに円周方向に延びる、
請求項６記載のシステム。
【請求項８】
ほぼ前記ロータ（３１０）の長手方向軸線（３１２）に沿って延びる軸方向ボア（３４０）と、
前記軸方向ボア（３４０）内に配置され、その内部が前記入口通路（１３２）の一部分を形成しかつ前記軸方向ボア（３４０）との間の空間が前記出口通路（１３４）の一部分を形成したチューブ（３６３）と、
をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記軸方向ボア（３４０）が、ほぼ円筒形であり、
前記チューブ（３６３）が、ほぼ円筒形であり、
前記チューブ（３６３）の直径が、前記軸方向ボア（３４０）の直径よりも相対的に小さく、
前記チューブ（３６３）が、前記軸方向ボア（３４０）内に同心に取付けられる、
請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
蒸気タービン（１００）の取付け区域（１２２）を冷却するためのシステムであって、
ロータ（１１０）の前記取付け区域（１２２）の周りに円周方向に延びる環状チャネル（１２８）と、
前記ロータ（１１０）の内部を貫通して形成された内部冷却路（１０２）と、を含み、
前記内部冷却路（１０２）が、入口開口部（１３６）から前記環状チャネル（１２８）を通って出口開口部（１３８）まで延びる、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、総括的には蒸気タービンのホイールを冷却するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、蒸気タービンのホイールを内部冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、蒸気から仕事を取り出して発電する。一般的な蒸気タービンは、多数のホイールと関連するロータを含むことができる。ホイールは、ロータに沿って互いに間隔を置いて配置されて、一連の段を形成することができる。各段は、タービンの流路上を流入口から流出口に移動する蒸気から効率的に仕事を取り出すように設計される。蒸気が流路に沿って移動する時に、蒸気により、ホイールがロータを駆動するようにすることができる。蒸気は徐々に膨張することができ、蒸気の温度及び圧力が、徐々に低下することになる。次に、蒸気は、タービンの流出口から排出される。
【０００３】
高い蒸気温度は、各段における取り出しに利用可能なエネルギーを増加させることになるので、より高温の蒸気タービンは、高い出力を発生することができる。例えば、再熱蒸気タービンは、高圧（ＨＰ）セクション、中圧（ＩＰ）セクション及び低圧（ＬＰ）セクションを含むことができる。これらセクションは、各セクションが複数段を備えた状態で直列に配置することができる。各セクション内で、蒸気から仕事を取り出して、ロータを駆動する。セクション間において、蒸気は、該蒸気を再調整するために再加熱して、次のセクションにおいて仕事を実行することができる。ＨＰ及びＩＰセクションは、相対的に高温で作動して、タービン出力を増大させることができる。
【０００４】
より高温の蒸気タービンは、出力の増大を可能にすることができるが、このより高温は、タービン構成部品を形成するのに使用した材料に問題を引き起こす可能性がある。例えば、ロータは、ホイールに対してバケットを接合するのを可能にする一連の一体形ダブテールを含むことができる。より高温において、ダブテール及びバケットの取付け区域は、応力を受けて、クリープ又は破損の危険に曝される可能性がある。１つの解決策は、より高温に耐えるように選択した材料でロータ及び関連するダブテールを形成することとすることができる。しかしながら、そのような材料は、相対的に高価になる傾向があり、また所望の幾何学形状に製造するのが相対的に困難である可能性がある。別の解決策は、取付け区域に外部から送られた蒸気を用いて取付け区域を冷却することとすることができる。しかしながら、そのような蒸気は、タービン内の他の場所では仕事を全く実行しておらず、従ってそのような蒸気を冷却目的で使用することは、非効率的でありかつ性能損失を引き起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１１０５７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のことから、蒸気タービンのホイール、より具体的にはホイールをロータに接合する取付け区域を冷却するシステム及び方法に対する必要性が存在することは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
システムは、蒸気タービンのロータに付随した該蒸気タービンのホイールを冷却することができる。本システムは、入口通路と出口通路とを含むことができる。入口通路は、ロータの外部から該ロータの内部を通してホイールに蒸気を伝達するように配置することができる。出口通路は、ホイールからロータの内部を通して該ロータの外部に蒸気を伝達するように配置することができる。
【０００８】
入口通路は、ホイールの下流側に設置された入口開口部を含むことができる。出口通路は、ホイールの下流側に設置された出口開口部を含むことができる。入口開口部は、該入口開口部と出口開口部との間に圧力差が生じかつ該入口開口部が該出口開口部よりも相対的に高い圧力になるように、該出口開口部の上流に設置することができる。
【０００９】
環状チャネルは、ホイールの周りに形成することができる。入口通路は、環状チャネル内への取入れ口と連通状態にすることができる。出口通路は、環状チャネル外への取出し口と連通状態にすることができる。
【００１０】
入口通路は、軸方向入口チャネルと、下流側半径方向入口チャネルと、上流側半径方向入口チャネルとを含むことができる。軸方向入口チャネルは、ロータの内部を貫通して延びることができる。下流側半径方向入口チャネルは、ロータの外部を軸方向入口チャネルに連結することができる。上流側半径方向入口チャネルは、軸方向入口チャネルをホイールに連結することができる。出口通路は、軸方向出口チャネルと、上流側半径方向出口チャネルと、下流側半径方向出口チャネルとを含むことができる。軸方向出口チャネルは、ロータの内部を貫通して延びることができる。上流側半径方向出口チャネルは、ホイールを軸方向出口チャネルに連結することができる。下流側半径方向出口チャネルは、軸方向出口チャネルをロータの外部に連結することができる。環状チャネルは、ホイールの周りに形成することができる。環状チャネルは、上流側半径方向入口チャネルと上流側半径方向出口チャネルとの間でホイールの周りに円周方向に延びることができる。
【００１１】
本システムはまた、軸方向ボアと、チューブとを含むことができる。軸方向ボアは、ほぼロータの長手方向軸線に沿って延びることができる。チューブは、軸方向ボア内に配置することができる。チューブの内部は、入口通路の一部分を形成することができる。チューブと軸方向ボアとの間の空間は、出口通路の一部分を形成することができる。軸方向ボアは、ほぼ円筒形とすることができる。チューブは、ほぼ円筒形とすることができる。チューブの直径は、軸方向ボアの直径よりも相対的に小さくすることができる。チューブは、軸方向ボア内に同心に取付けることができる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、システムは、蒸気タービンの取付け区域を冷却することができる。本システムは、環状チャネルと、内部冷却路とを含むことができる。環状チャネルは、ロータの取付け区域の周りに円周方向に延びることができる。内部冷却路は、ロータの内部を貫通して形成することができる。内部冷却路は、入口開口部から環状チャネルを通って出口開口部まで延びることができる。
【００１３】
環状チャネルは、入口開口部及び出口開口部の上流に設置することができる。入口開口部は、出口開口部の上流に設置することができる。
【００１４】
内部冷却路は、第１の軸方向チャネル、第２の軸方向チャネル、第１の半径方向チャネル、第２の半径方向チャネル、第３の半径方向チャネル及び第４の半径方向チャネルを含むことができる。第１の軸方向チャネルは、ロータの内部に配置することができる。第２の軸方向チャネルは、ロータの内部に配置することができる。第２の軸方向チャネルは、第１の軸方向チャネルから分離することができる。第１の半径方向チャネルは、ロータの外部から第１の軸方向チャネルまで延びることができる。第２の半径方向チャネルは、第１の軸方向チャネルから環状チャネルの取入れ口まで延びることができる。第３の半径方向チャネルは、環状チャネルの取出し口から第２の軸方向チャネルまで延びることができる。第４の半径方向チャネルは、第２の軸方向チャネルからロータの外部まで延びることができる。
【００１５】
内部冷却路は、軸方向ボア、チューブ、幾つかの下流側半径方向チャネル及び幾つかの上流側半径方向チャネルを含むことができる。軸方向ボアは、ロータの内部を貫通して軸方向に延びることができる。チューブは、軸方向ボア内に同心に取付けることができる。チューブは、軸方向ボアを２つの個別通路に分離することができる。下流側半径方向チャネルは、軸方向ボアからロータの表面まで半径方向外向きに延びることができる。上流側半径方向チャネルは、軸方向ボアから環状チャネルまで半径方向外向きに延びることができる。
【００１６】
幾つかの実施形態では、タービンを冷却するためのシステムは、環状チャネルと、内部冷却路とを含むことができる。環状チャネルは、タービンのホイールの周りに円周方向に延びることができる。内部冷却路は、タービンのロータの内部を貫通したものとすることができる。内部冷却路は、入口通路と、出口通路とを含むことができる。入口通路は、第１の下流側ホイール空間から環状チャネルに蒸気を伝達するように配置することができる。出口通路は、環状チャネルから第２の下流側ホイール空間に蒸気を伝達するように配置することができる。第２の下流側ホイール空間は、第１の下流側ホイール空間よりもさらに下流に配置して、タービンが作動状態にある時に、内部冷却路に沿って圧力低下が生じるようにすることができる。環状チャネルは、ロータのダブテールに隣接してホイールの周りに円周方向に延びることができる。
【００１７】
本システムは、軸方向ボアと、チューブとを含むことができる。軸方向ボアは、ロータの内部を貫通して延びることができる。チューブは、軸方向ボア内に同心に取付けることができる。チューブは、軸方向ボアを２つの個別通路に分離することができる。個別通路の一方は、入口通路の一部分を形成することができ、また個別通路の他方は、出口通路の一部分を形成することができる。
【００１８】
本システムは、ロータを貫通して延びる幾つかの半径方向チャネルを含むことができる。入口通路は、半径方向チャネルの幾つかを含むことができ、また出口通路は、他の半径方向チャネルを含むことができる。
【００１９】
入口通路は、軸方向入口チャネル、下流側半径方向入口チャネル及び上流側半径方向入口チャネルを含むことができる。軸方向入口チャネルは、ロータの内部を貫通して延びることができる。下流側半径方向入口チャネルは、第１の下流側ホイール空間を軸方向入口チャネルに連結することができる。上流側半径方向入口チャネルは、軸方向入口チャネルを環状チャネルの取入れ口に連結することができる。出口通路は、軸方向出口チャネル、上流側半径方向出口チャネル及び下流側半径方向出口チャネルを含むことができる。軸方向出口チャネルは、ロータの内部を貫通して延びることができる。上流側半径方向出口チャネルは、環状チャネルの取出し口を軸方向出口チャネルに連結することができる。下流側半径方向出口チャネルは、軸方向出口チャネルを第２の下流側ホイール空間に連結することができる。
【００２０】
内部冷却路は、第１の軸方向チャネル、第２の軸方向チャネル、第１の半径方向チャネル、第２の半径方向チャネル、第３の半径方向チャネル及び第４の半径方向チャネルを含むことができる。第１の軸方向チャネルは、ロータの内部に配置することができる。第２の軸方向チャネルは、ロータの内部に配置することができる。第２の軸方向チャネルは、第１の軸方向チャネルから分離することができる。第１の半径方向チャネルは、第１の下流側ホイール空間から第１の軸方向チャネルまで延びることができる。第２の半径方向チャネルは、第１の軸方向チャネルから環状チャネルの取入れ口まで延びることができる。第３の半径方向チャネルは、環状チャネルの取出し口から第２の軸方向チャネルまで延びることができる。第４の半径方向チャネルは、第２の軸方向チャネルから第２の下流側ホイール空間まで延びることができる。
【００２１】
蒸気タービンのホイールを内部冷却するための開示したシステム及び方法のその他のシステム、装置、方法、特徴及び利点は、以下の図及び詳細な説明を精査することにより当業者には明らかであるか又は明らかになるであろう。全てのそのような付加的なシステム、装置、方法、特徴及び利点は、本記載の範囲内に含まれることを意図しており、また提出した特許請求の範囲によって保護されることを意図している。
【００２２】
本開示は、以下の図を参照すると一層良く理解することができる。一致する参照符号は、図全体にわたって対応する部分を表しており、また図の構成部品は、必ずしも正確な縮尺にはなっていない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】蒸気タービンの内部冷却路の実施形態を概略的に示す、該蒸気タービンの断面図。
【図２】バケットがホイールのダブテールに接合された取付け区域を示す、図１の蒸気タービンの実施形態の部分断面図。
【図３】内部冷却路の別の実施形態を示す、蒸気タービンの実施形態の断面斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、蒸気タービンのホイールを内部冷却するためのシステム及び方法の実施形態を説明する。本システム及び方法は、タービンからの蒸気を使用してホイールを冷却することができる。冷却蒸気は、タービンの「下流」段から該タービンの「上流」段に内部で送ることができる。下流蒸気は、タービンの上流段において既に仕事を実行しているものである。従って、下流蒸気は、上流段のホイールよりも相対的に低温である可能性がある。そのようなより低温の蒸気は、タービンのロータを通してホイールの取付け区域に内部で送って、このより低温の蒸気がホイールを冷却することができるようにすることができる。ホイールを冷却した後に、蒸気は、ロータの内部を通してタービンの下流端部における出口に内部で送り戻すことができる。これによって、取付け区域は、タービン作動の副産物である蒸気を用いて冷却することができる。
【００２５】
図に移ると、図１は、蒸気タービン１００の内部冷却路１０２の実施形態を概略的に示す、該蒸気タービン１００の一部分の断面図である。蒸気タービン１００は、再熱タービンのＨＰ又はＩＰセクションのような高温蒸気タービン１００とすることができる。あらゆるその他の蒸気タービン１００もまた、使用することができる。蒸気タービン１００は、流入口１０４と流出口１０６とを含むことができる。流入口１０４は、例えばタービン１００に蒸気を供給するボイラ（図示せず）と連通状態にすることができる。流出口１０６は、例えばタービン１００の後続セクション内で用いるために蒸気を再加熱するボイラと連通状態にすることができるが、その他の構成もまた実施可能である。例えば、流出口１０６は、タービン１００から蒸気を排出することができる。流路は、流入口１０４から流出口１０６までタービン１００を通るように形成することができる。流路は、長手方向１０８に延びることができる。ロータ１１０は、タービン１００を貫通して流路に沿って延びることができる。ロータ１１０は、長手方向１０８に対してほぼ平行である長手方向軸線１１２を有することができる。
【００２６】
流路に沿って、多数の段１１４を形成することができる。図１では、段１１４は、明確にするために番号付けしている。各段１１４は、ロータ１１０と関連するホイール１１６を含むことができる。ホイール１１６は、ロータ１１０の長手方向軸線１１２に沿って互いに間隔を置いて配置することができ、また２つのホイール１１６間には、ホイール空間１１８を形成することができる。ホイール１１６は、半径方向１２０にロータ１１０から外向きに延びることができる。ホイール１１６は、例えば長手方向１０８に対してほぼ垂直とすることができる。図示したタービン１００は、１０個のホイール１１６、従って１０個の段１１４を含むが、他の実施形態では、タービン１００は、あらゆる数のホイール１１６及び段１１４を有することができる。
【００２７】
図２は、バケット１２４がホイール１１６に接合された取付け区域１２２を示す、蒸気タービン１００の部分断面図である。具体的には、ダブテール１２６は、例えばホイール１１６上に一体形に形成することができる。ダブテール１２６は、バケット１２４の回転がホイール１１６によってロータ１１０に伝えられるように、該ホイール１１６に対してバケット１２４を接合するのを可能にすることができる。図示したダブテール１２６は、ツリータイプ形状を有する接線方向挿入式ダブテールであるが、ダブテール１２６は、あらゆるその他の形状又は構成を有することができる。図２に示すように、バケット１２４とダブテール１２６との間には、僅かな間隙又は開口が形成される。僅かな間隙又は開口は、バケット１２４とダブテール１２６との間で取付け区域１２２の周りに円周方向に延びる環状チャネル１２８を形成することができる。
【００２８】
図１を参照すると、蒸気は、流入口１０４においてタービン１００に流入しかつ流路に沿って下流方向に流出口１０６に移動する。この開示の目的のために、「下流方向」という用語は、タービン１００の流入口１０４から離れるように流出口１０６に向けて延びる方向を意味し、他方、「上流方向」という用語は、タービン１００の流出口１０６から離れるように流入口１０４に向けて延びる方向を示す。蒸気が下流方向に移動するにつれて、蒸気は膨張し、かつ蒸気の圧力及び温度は低下する。この圧力の低下のために、各下流段１１４は、その圧力が対応する上流段１１４よりも相対的に低くなる可能性がある。さらに、各下流段１１４は、その温度が対応する上流段１１４の温度「Ｆ」よりも相対的に低くなる可能性がある。従って、下流段１１４からの蒸気は、取付け区域１２２内のバケット１２４及びダブテール１２６のような、上流段１１４の構成部品に送って該構成部品を冷却することができる。
【００２９】
上流段１１４により低温の蒸気を送りかつ該上流段１１４から蒸気を送るのを可能にするために、ロータ１１０の内部を貫通して内部冷却路１０２を形成することができる。一般的に、内部冷却路１０２は、入口通路１３２と出口通路１３４とを含むことができる。入口通路１３２は、下流段１１４から上流段１１４に蒸気を伝達するように配置することができる。例えば、入口通路１３２は、下流段１１４のホイール空間１１８に設置されたた入口開口部１３６から、上流段１１４の取付け区域１２２に設置された環状チャネル１２８まで延びることができる。入口開口部１３６は、例えばロータ１１０の外部と連通状態にすることがきる。入口開口部１３６と環状チャネル１２８との間において、入口通路１３２は、ロータ１１０の内部を貫通して延びることができる。
【００３０】
出口通路１３４は、上流段１１４から下流段１１４に蒸気を伝達するようにすることができる。例えば、出口通路１３４は、環状チャネル１２８から出口開口部１３８まで延びることができる。出口開口部１３８は、下流段１１４のホイール空間１１８内においてロータ１１０の外部と連通状態にすることがきる。環状チャネル１２８と出口開口部１３８との間において、出口通路１３４は、ロータ１１０の内部を貫通して延びることができる。ロータ１１０の内部内において、出口通路１３４は、例えば壁（図１には示せず）によって入口通路１３２から分離することができる。
【００３１】
内部冷却路１０２は、冷却目的のために相対的に低い温度の下流蒸気を相対的に高い温度の上流構成部品に送るのを可能にする。例えば、下流側ホイール空間１１８からの蒸気は、上流段１１４の取付け区域１２２内の環状チャネル１２８に送ることができる。蒸気は、下流段１１４のホイール空間１１８内の入口開口部１３６を通りロータ１１０の内部の入口通路１３２に沿って上流段１１４の環状チャネル１２８に移動することができる。次に、蒸気は、環状チャネル１２８に沿って円周方向に移動し、ダブテール１２６及びバケット１２４から熱を受け入れて取付け区域１２２の温度を低下させることができる。次に、蒸気は、上流段１１４の環状チャネル１２８から内部ロータ１１０の出口通路１３４に沿って下流段１１４のホイール空間１１８内の出口開口部１３８に移動することができる。
【００３２】
内部冷却路１０２が閉路である幾つかの実施形態では、出口開口部１３８は、入口開口部１３６の下流に設置することができる。そのように配置することにより、内部冷却路１０２に沿って蒸気を引き込む圧力差を内部冷却路１０２の両端間に生じさせることができる。上述のように、タービン１００内の圧力は、流路に沿って徐々に低下することになり、従って上流段１１４内の蒸気は、その圧力が対応する下流段１１４内の蒸気よりも相対的に高くなる可能性がある。従って、入口開口部１３６を上流に設置した場合には、入口開口部１３６における圧力は、出口開口部１３８における圧力よりも相対的に高くすることができる。この圧力差により、内部冷却路１０２を通して入口開口部１３６から出口開口部１３８に蒸気を強制的送ることができるが、その他の構成もまた実施可能である。例えば、ポンプ又は同様のタイプの移送装置を使用することができる。
【００３３】
この図示した実施形態では、内部冷却路１０２は、第５段から第１段にまた第１段から第１０段に蒸気を送る。しかしながら、図示した内部冷却路１０２は、単に１つの実施例に過ぎず、その他の内部冷却路１０２もまた、本開示の技術的範囲内に包含することができる。より具体的には、内部冷却路１０２は、相対的にさらに下流に配置されたあらゆる段１１４から相対的にさらに上流に配置されたあらゆる段１１４に蒸気を送って、冷却目的のために蒸気を使用することができるようにすることができる。次に、内部冷却路１０２は、相対的にさらに上流段１１４から相対的にさらに下流に配置されたあらゆる段１１４に蒸気を送って、タービン１００から蒸気を排出させるように又は後続タービンセクションで用いるために再循環させるようにすることができる。幾つかのケースでは、内部冷却路１０２は、複数の取付け区域１２２を冷却する目的のために複数の上流段１１４に蒸気を送ることができる。そのようなケースでは、入口及び出口通路１３２、１３４は、複数の環状チャネル１２８と連通させることができる。実際には、内部冷却路１０２は、タービン１００の異なるセクション間で延びることができる。例えば、再熱タービンは、異なる温度及び圧力で作動する複数のセクションを含むことができる。再熱タービンのＬＰ又はＩＰセクションからの蒸気は、タービン１００のＨＰセクションに送って、該ＨＰセクションの段１１４を冷却することができる。そのようなケースでは、内部冷却路１０２は、セクションの端部におけるロータ１１０のカップリングを横切ることができる。
【００３４】
図３は、内部冷却路３０２の別の実施形態を示す、蒸気タービン３００の実施形態の断面斜視図である。図示するように、内部冷却路３０２は、軸方向ボア３４０、該軸方向ボア３４０内の幾つかの軸方向チャネル３４２、及びロータ３１０内の幾つかの半径方向チャネル３４４を含むことができる。軸方向ボア３４０は、ほぼ長手方向３０８にロータ３１０の内部を貫通して延びることができる。ロータ３１０のバランスした回転を可能にするために、軸方向ボア３４０は、その形状をほぼ円筒形とすることができ、かつロータ３１０の長手方向軸線３１２とほぼ整列させることができる。
【００３５】
軸方向チャネル３４２は、軸方向入口チャネル３４６と軸方向出口チャネル３４８とを含むことができる。軸方向チャネル３４２は、例えば壁によって分離することができる。軸方向チャネル３４２の実施形態は、以下にさらに詳細に説明しているが、あらゆる構成がまた実施可能である。
【００３６】
半径方向チャネル３４４は、ロータ３１０を貫通して形成することができる。半径方向チャネル３４４は、ロータ３１０の外部から軸方向ボア３４０までほぼ半径方向３２０に延びることができる。図示するように、半径方向チャネル３４４は、下流側半径方向入口チャネル３５０、上流側半径方向入口チャネル３５２、上流側半径方向出口チャネル３５４及び下流側半径方向出口チャネル３５６を含む。
【００３７】
下流側半径方向入口チャネル３５０は、ロータ３１０の外部から軸方向ボア３４０内の軸方向入口チャネル３４６まで延びるように下流側ホイール空間３１８内に設置することができる。従って、下流側半径方向入口チャネル３５０は、下流側ホイール空間３１８から軸方向入口チャネル３４６に蒸気を伝達するのを可能にする。例示目的のために、２つの下流側半径方向入口チャネル３５０を示しているが、その１つは、省略することができる。
【００３８】
上流側半径方向入口チャネル３５２は、軸方向入口チャネル３４６からダブテール３２６を貫通してダブテール３２６とホイール３１６との間の環状チャネル３２８内への取入れ口３６０まで延びるように、上流側ホイール３１６に隣接して設置することができる。従って、上流側半径方向入口チャネル３５２は、軸方向入口チャネル３４６から環状チャネル３２８の取入れ口３６０に蒸気を伝達するのを可能にする。
【００３９】
上流側半径方向出口チャネル３５４は、環状チャネル３２８の取出し口３６２から軸方向ボア３４０内の軸方向出口チャネル３４８まで延びるように、上流側ホイール３１６に隣接して設置することができる。従って、上流側半径方向出口チャネル３５４は、環状チャネル３２８の取出し口３６２から軸方向ボア３４０の軸方向出口チャネル３４８に蒸気を伝達するのを可能にすることができる。
【００４０】
下流側半径方向出口チャネル３５６は、軸方向ボア３４０内の軸方向出口チャネル３４８からロータ３１０の外部まで延びるように、下流側ホイール空間３１８内に設置することができる。従って、下流側半径方向出口チャネル３５６は、軸方向出口チャネル３４８から下流側ホイール空間３１８内のロータ３１０の外部まで蒸気を伝達するのを可能にすることができる。例示目的のために、２つの下流側半径方向出口チャネル３５６を示しているが、その１つは、省略することができる。
【００４１】
同時に、軸方向チャネル３４２及び半径方向チャネル３４４は、内部冷却路３０２を形成することができる。具体的には、入口通路３３２は、下流側半径方向入口チャネル３５０、軸方向入口チャネル３４６及び上流側半径方向入口チャネル３５２を含むことができる。入口通路３３２は、下流側ホイール空間３１８から上流側環状チャネル３２８内への取入れ口３６０に蒸気を伝達するのを可能にする。さらに、出口通路３３４は、上流側半径方向出口チャネル３５４、軸方向出口チャネル３４８及び下流側半径方向出口チャネル３５６を含むことができる。出口通路３３４は、上流側環状チャネル３２８の取出し口３６２から下流側ホイール空間３１８に蒸気を伝達するのを可能にする。
【００４２】
図示するように、下流側半径方向入口チャネル３５０は、下流側半径方向出口チャネル３５６の上流に設置することができる。従って、内部冷却路３０２の両端間に、圧力差を形成することができる。この圧力差により、上述のように冷却目的のために環状チャネル３２８を通して蒸気を強制的に送ることができる。
【００４３】
実施形態では、軸方向入口チャネル３４６及び軸方向出口チャネル３４８は、軸方向ボア３４０内に同心に配置することができる。例えば、軸方向ボア３４０内に、チューブ３６３を配置することができる。チューブ３６３は、ほぼ長手方向３０８に延びることができる。チューブ３６３は、その形状をほぼ円筒形とすることができ、かつロータ３１０の長手方向軸線３１２とほぼ整列させることができる。チューブ３６３は、中空内部を有することができ、また軸方向ボア３４０の直径よりも相対的に小さい外径を有することができる。チューブ３６３は、両端部で閉鎖させることができる。従って、チューブの外面が軸方向ボア３４０の表面から間隔を置いて配置されるように軸方向ボア３４０内にチューブ３６３を同心に取付けた時に、チューブ３６３は、軸方向ボア３４０内に隔離通路を形成することができる。
【００４４】
より具体的には、チューブ３６３の内部は、例えばその形状がほぼ円筒形である内側通路３６４を形成することができる。チューブ３６３の外面と軸方向ボア３４０の表面との間の空間は、その形状がほぼ管状である外側通路３６６を形成することができる。通路３６４、３６６は、互いに同心に配置することができ、かつ長手方向３０８にロータ３１０の内部を貫通して延びることができる。チューブ３６３は、通路３６４、３６６を互いに分離又は隔離することができる。
【００４５】
チューブ３６３は、ロータ３１０の長手方向長さに沿って選択位置においてロータ３１０と結合させることができる。例えば、支持カラー３６８又はその他の好適な装置により、チューブ３６３を軸方向ボア３４０に取付けることができる。従って、ロータ３１０の回転はチューブ３６３に伝わって、それら２つが、一緒に回転するようにすることができる。幾つかの実施形態では、支持カラー３６８は、チューブ３６３の外面上に形成された回転防止ラグとすることができる。回転防止ラグは、軸方向ボア３４０の表面上に機械加工された回転防止溝と係合することができるが、その他の構成もまた実施可能である。
【００４６】
内側通路３６４が選択半径方向チャネル３４４と連通することができるように、フローカップリング３７０は、外側通路３６６を横切って延びて、内側通路３６４を選択半径方向チャネル３４４と連結することができる。幾つかの実施形態では、支持カラー３６８は、選択半径方向チャネル３４４と整列させることができ、またフローカップリング３７０は、支持カラー３６８を貫通して機械加工された孔とすることができる。その他の構成もまた、実施可能である。いずれにしても、支持カラー３６８及びフローカップリング３７０は、外側通路３６６に沿って蒸気が流れるのを可能にするような寸法及び形状にすることができる。例えば、支持カラー３６８は、蒸気が長手方向３０８に貫流するのを可能にする開口又はスロットを有することができる。
【００４７】
この図示した実施形態では、内側通路３６４は、ホイール３１６の上流側に蒸気を伝達する内部冷却路３０２の軸方向入口チャネル３４６を形成する。そのような構成は、チューブ３６３が外側通路３６６よりも内側通路３６４に位置した相対的に小さいボリュームの蒸気と接触することができる場合に、冷却を可能にすることができる。従って、上流側に移動して取付け区域３２２を冷却する蒸気は、外側通路３６６よりも内側通路３６４内を移動する場合に、チューブ３６３から相対的に少ない熱を受け入れることになる。しかしながら、幾つかのその他の実施形態では、この構成は、逆にすることができる。
【００４８】
上記の内部冷却路は、タービンの他の区域において既に仕事を実行した蒸気を用いて、ダブテールとバケットとの間の取付け区域を冷却するのを可能にする。従って、ロータは、例えば高温に相対的に弱い材料で製造することができる。そのような材料は、相対的に高価でなくて、タービンのコストを低減することができる。さらに、取付け区域の材料は、タービン内の他の場所で既に仕事を実行した蒸気を用いて冷却することができるので、性能向上を実現することができる。ダブテール及びバケットは、取付け区域においてクリープ又は破損を受ける可能性がより少なくなって、外部冷却システムと関連する性能損失がない状態でタービンの性能を改善することができる。
【００４９】
以上の説明及び図において実施例の目的で、蒸気タービンのホイールを内部冷却するためのシステム及び方法の特定の実施形態を詳細に開示してきたが、本開示の技術的範囲から逸脱することなく変更及び修正を加えることができることは、当業者には解るであろう。全てのそのような変更及び修正は、提出した特許請求の範囲及びその均等物によって保護されるような本開示の技術的範囲内に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００５０】
１００、３００  蒸気タービン
１０２、３０２  内部冷却路
１０４  流入口
１０６  流出口
１０８、３０８  長手方向
１１０、３１０  ロータ
１１２、３１２  長手方向軸線
１１４  段
１１６、３１６  ホイール
１１８、３１８  ホイール空間
１２０、３２０  半径方向
１２２、３２２  取付け区域
１２４  バケット
１２６、３２６  ダブテール
１２８、３２８  環状チャネル
１３２、３３２  入口通路
１３４、３３４  出口通路
１３６  入口開口部
１３８  出口開口部
３４０  軸方向ボア
３４２  軸方向チャネル
３４４  半径方向チャネル
３４６  軸方向入口チャネル
３４８  軸方向出口チャネル
３５０、３５２  半径方向入口チャネル
３５４、３５６  半径方向出口チャネル
３６０  取入れ口
３６２  取出し口
３６３  チューブ
３６４  内側通路
３６６  外側通路
３６８  支持カラー
３７０  フローカップリング
【図１】
2009185810.tif 000003
【図２】
2009185810.tif 000004
【図３】
2009185810.tif 000005