キャビティを備えたロータを有する蒸気タービン
【課題】内部通路を用いた蒸気タービンロータの循環及び冷却を提供すること。
【解決手段】ロータ（１０２）の少なくとも一部に沿って蒸気（１０７）を内部に提供する蒸気タービン（１００、２００）及びロータ（１０２）が開示される。ロータ（１０２）は、境界部（１６５）と、ロータ（１０２）内に形成された蒸気通路システム（３００）とを含み、該通路システム（３００）が、ロータの外側表面の第１の領域（１３１）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第１の入口流路（１１４）と、ロータの第２の領域（１８２）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、境界部（１６５）からの第１の出口流路（１０８）と、ロータの外側表面の第３の領域（１８４）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第２の入口流路（１１５）と、ロータの第４の領域（１８６）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、境界部（１６５）からの第２の出口流路（１０９）とを含む。
【解決手段】ロータ（１０２）の少なくとも一部に沿って蒸気（１０７）を内部に提供する蒸気タービン（１００、２００）及びロータ（１０２）が開示される。ロータ（１０２）は、境界部（１６５）と、ロータ（１０２）内に形成された蒸気通路システム（３００）とを含み、該通路システム（３００）が、ロータの外側表面の第１の領域（１３１）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第１の入口流路（１１４）と、ロータの第２の領域（１８２）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、境界部（１６５）からの第１の出口流路（１０８）と、ロータの外側表面の第３の領域（１８４）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第２の入口流路（１１５）と、ロータの第４の領域（１８６）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、境界部（１６５）からの第２の出口流路（１０９）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、蒸気タービン及びロータに関し、より具体的には、内部通路を用いた蒸気タービンロータの循環及び冷却に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第７２６７５２５号明細書
【発明の概要】
【０００３】
ロータの少なくとも一部に沿って蒸気を内部に提供する蒸気タービン及びロータが開示される。
【０００４】
ロータは、境界部と、ロータ内に形成された蒸気通路システムとを含み、該通路システムが、ロータの外側表面の第１の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第１の入口流路と、ロータの第２の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第１の出口流路と、ロータの外側表面の第３の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第２の入口流路と、ロータの第４の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第２の出口流路とを含む。
【０００５】
本発明の第１の態様はロータを有する蒸気タービンを提供し、該蒸気はロータの少なくとも一部に沿って内部に広がり、ロータは、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第１の軸方向端面を有する第１のロータセクションと、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第２の軸方向端面を有する第２のロータセクションとを含み、第２のロータセクションが、第１のロータセクションに軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面が第１の軸方向端面に面するようになり、２つのロータセクションの第１の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列し、２つのロータセクションの第２の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列するようになり、ロータが更に、ロータの外側表面の第１の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第１の入口流路と、ロータの第２の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第１の出口流路と、ロータの外側表面の第３の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第２の入口流路と、ロータの第４の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第２の出口流路とを含む。
【０００６】
本発明の第２の態様は、その少なくとも一部に沿って蒸気が内部に広がるロータを提供し、該ロータは、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第１の軸方向端面を有する第１のロータセクションと、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第２の軸方向端面を有する第２のロータセクションとを備え、第２のロータセクションが、第１のロータセクションに軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面が第１の軸方向端面に面するようになり、２つのロータセクションの第１の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列し、２つのロータセクションの第２の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列するようになり、ロータが更に、ロータの外側表面の第１の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第１の入口流路と、ロータの第２の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第１の出口流路と、ロータの外側表面の第３の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第２の入口流路と、ロータの第４の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第２の出口流路とを含む。
【０００７】
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の態様を表した添付図面を参照しながら本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は１つの蒸気タービンセクション内の通路に蒸気の循環を含む、蒸気タービンの長手方向断面図（図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面）。
【図２】図２は２つの蒸気タービンセクションのロータ間の通路における蒸気の移動を示す隣接ロータの長手方向断面図。
【図３】図３は図１の線Ａ−Ａに沿った、２つのロータセクションの境界部の断面図。 図４は図１の線Ａ−Ａに沿った、２つのロータセクションの境界部の断面図。
【図４】図５はロータ端部が互いに同一平面に整列できるように通路を分離するのにシールが使用された、２つのロータセクション間の境界部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ参照符号は各図面間で同じ要素を示す。
【００１０】
蒸気タービンの作動温度は、タービン性能に大きな影響を及ぼすが、タービンを構成するのに使用される材料の能力によって制限される。蒸気タービンの効果的な冷却は、ロータ材料の熱容量を改善してより高い蒸気温度を許容し、蒸気タービン及び／又は蒸気プラントのより優れた効率を達成することができる。タービン効率に大きな影響を及ぼす別の要因は、タービン及びロータ端部付近のエンドパッキン漏出である。シール前後の圧力降下を調節することにより、限定的な圧力性能を有するより緊密なシールを用いることができる。
【００１１】
以下で検討するように、本発明の１つの実施形態は、エンドパッキン領域内の異なるシールゾーンを蒸気タービンの主流路内の異なる段に接続するものである。タービン段が明確に定義された圧力を有するので、これらの接続を通じて、エンドパッキン領域は、明確に定義された圧力降下を伴うゾーンに分割される。更に、代替の実施形態において、各ゾーン内の圧力差がブラシシールの圧力性能よりも小さい場合、ブラシシールを用いて蒸気漏出（すなわちエネルギー損失）を低減し、タービン効率を改善することができる。圧力荷重が段圧力により調節されると、エンドパッキン領域の全圧力降下が複数のブラシシールの圧力限度を超えても、ブラシシールが過荷重になることはない。別の利点は、ロータ通路を流れる蒸気が、同時にロータの高温領域を冷却することである。
【００１２】
蒸気タービンのエンドパッキン領域を異なる圧力ゾーンに分割し、各圧力ゾーン内を一定の圧力荷重に維持することは有利である。本明細書で記載される１つの実施形態は、ブラシシールを用いて、エンドパッキン領域を異なるゾーンに分割するものである。ブラシシールは、極めて有効なシールデバイスであるが、圧力降下容量が限定されている。しかしながら、大きな圧力降下に耐えるよう複数のブラシシールが直列に配列されている場合には、蒸気の圧縮性質によりブラシシール間の不均一な荷重をもたらすことになる。その結果、一連の最後のシールが過荷重になり、損傷を受ける可能性がある。従って、最後から２番目のシールが過荷重になる可能性があり、これもまた損傷を受ける場合がある。順次的に１つずつ、ブラシシールの全てが損傷を受ける可能性がある。その結果、タービンは、漏出の増大に起因した効率低下を生じることになる。シールパッキンリングにわたる調節された一定の蒸気圧力降下は、ブラシシールの使用を最大限にし、非線形圧力分布による過荷重が回避される。このようなゾーンシール手法は、蒸気タービンの性能を向上させ、メンテナンス及び他の補修の必要性及び頻度を低減する。更に、これは、蒸気タービンのロータを冷却できる有利な状況を提供できる。ロータを冷却する能力によって、蒸気タービンは、（クリープ機構によるなど）構成部品の作動寿命を短縮することなく高温で作動できるようになる。高温での蒸気タービンの作動は、効率を向上させることができる。
【００１３】
図１を参照すると、蒸気タービン１００は、ロータ１０２内の２つのロータセクションの境界部で２以上の通路を有することができる。境界部における各ロータセクションの構成は、ロータ１０２に組み込むことができ、或いは、蒸気タービン１００の組み立て後に形成することができる。蒸気タービン１００は、第１の流路１１２及び別個の第２の流路１１３を備えた第１の軸方向端面１５２を有する第１のロータセクション１５０と、第１の流路１１２及び別個の第２の流路１１３を備えた第２の軸方向端面１６０を有する第２のロータセクション１５８とを含み、第２のロータセクション１５８が、第１のロータセクション１５０に軸方向に隣接して配置されて円周方向に回転されて、第２の軸方向端面１６０が第１の軸方向端面１５２に面するようになり、２つのロータセクション１５０／１５８の第１の流路１１２の各々が、連続した通路１２９／１３６を形成するよう整列し、２つのロータセクション１５０／１５８の第２の流路１１３の各々が、連続した通路１２７／１３７を形成するよう整列するようになる。
【００１４】
蒸気タービン１００はまた、ロータ１０２内に形成された通路システム３００（図３）を含むことができ、該通路システム３００は、ロータの外側表面の第１の領域１３１から蒸気を受け取るよう構成された、境界部２６５（図１）までの第１の入口流路１１４と、ロータの第２の領域１８２に蒸気を送るよう構成された、境界部１６５からの第１の出口流路１０８と、ロータの外側表面の第３の領域１８４から蒸気を受け取るよう構成された、第２の境界部１６７までの第２の入口流路１１５と、ロータの第４の領域１８６に蒸気を送るよう構成された、第２の境界部１６７からの第２の出口流路１０９とを含む。１つの実施例において、第１の出口流路１０８及び第２の入口流路１１５は、どのようなブレード１１０も存在しないロータ１０２の領域にある。
【００１５】
第１の軸方向端面１５２と第２の軸方向端面１６０との結合は、溶接及び／又は機械的結合によるものとすることができる。加えて、第１の流路１１２及び第２の流路１１３は区切ることができる。例示的な実施例として、第１の流路１１２及び第２の流路１１３の少なくとも１つは、第１の流路１１２及び第２の流路１１３をより小さな通路に区切るために半径方向に延びる壁１２１（図３）又は機械的シール１２２（図５）を含むことができる。これらの通路は、複数の目的で使用することができる。以下でより詳細に説明するように、通路を用いて、高圧（「ＨＰ」）タービン１００のある領域（例えば、１５０、１５８）からＨＰタービンの別の領域に、又は中圧（「ＩＰ」）タービン２００（図２）もしくは低圧（ＬＰ）タービンに蒸気を移送することができる。１つの実施例において、蒸気がロータ１０２全体を移動して、エンドパッキン領域１８２の圧力を調節し、漏出分をタービン流路に送り返して追加のロータトルク及び出力を発生するリークオフラインとして機能させることができる。加えて、蒸気の移動を利用して、入口マニホルド１０５付近の高温領域全体に低温の蒸気を通すことによってロータ１０２を冷却することができる。更に、蒸気は、高価な外部配管を排除するため、ある蒸気タービン１００から第２の蒸気タービンロータ２０２（図２）に移動させることができる。また、蒸気タービン１００のロータ１０２内には２以上の通路１２９／１３６があってもよく、各通路は異なる圧力を有することができる。更に、通路１２９／１３６並びに第１の流路１１２及び第２の流路１１３は、ケーブル又はワイヤを移送するのに用いることができる。ケーブル又はワイヤは、蒸気タービン１００又は２００の作動、監視、及び／又は制御に用いることができる。蒸気を移送するのに用いられる通路は、ケーブル又はワイヤを移送するのに用いてもよい。
【００１６】
蒸気タービン１００のある領域（例えば、１５０、１５８）から別の領域への移動の１つの例証として、異なる圧力を有する蒸気タービン１００の領域が存在することができる。１つの実施例において、第１のロータセクション１５０及び第２のロータセクション１５８は、蒸気タービン１００の同じ圧力セクションにあってもよい。代替の実施形態において、第１のロータセクション１５０及び第２のロータセクション１５８は、「ＨＰ」及び「ＩＰ」など蒸気タービンシステムの異なる圧力セクション間に延びることができる。別の実施形態では、第１の流路１１２、第１の入口流路１１４、及び第１の出口流路１０８は、第１の圧力状態にあり、第２の流路１１３、第２の入口流路１１５、及び第２の出口流路１０９の各々は、第１の圧力とは異なる第２の圧力状態にある。
【００１７】
例証として、より前方の段の圧力は、より後方の段の圧力よりも高い（例えば、図１の右から左まで）。蒸気がより前方の段を通って膨張すると、蒸気温度は、入口マニホルド７３０での入口温度よりも有意に低くなる。段スペース１３１の圧力は、後段１８６の圧力よりも高いので、段スペース１３１の蒸気は、入口流路１１４に入り、通路１３６／１２９を通って中圧領域１８２に向かって流れると共に、高温の入口領域１０４の傍を通過するときにロータ１０２を冷却する。次に、蒸気は、シールパック１４１を通過し、第２の入口流路１１５を介して再度第１のロータセクション１５０に流入する。次いで、蒸気は通路１２７／１３７を介して第２のロータセクション１５８に環流すると共に、高温の入口領域１０４の傍を通過するときにロータ１０２を再び冷却する。このような二重冷却ルートは、冷却流を最大限に活用する。更に、シール１４１の下流側に位置付けられた第２のシール１４２及び第３のシール１４３が存在する場合もある。シール１４２を通って漏出する可能性があるあらゆる蒸気は、蒸気タービン１００のシェル間ギャップ領域１３２を通って戻すことができる。シール１４３から生じる可能性のある更なる漏出は。図２の通路１３７を通って低圧タービン２００に移送することができる。例えば、図２の通路１３６／１２９内の冷却蒸気は、蒸気タービン２００内のロータセクション境界部１１８の端部に向かって流れ、次いで、複数のルートに分割されて入口１０４付近の高温域を冷却する。タービン１００からタービン２００への蒸気の移動は、エンドパッキンからの蒸気漏出分の利用を改善することができ、これにより蒸気タービンの性能及び効率を改善し、ロータ１０２／１０１全体にわたって低温で作動できるようにすることにより蒸気タービン及び構成部品寿命を延ばすことができる。更に、これにより高価な外部配管が排除され、タービン１００周囲のプラントで必要とされるスペースが低減されることになる。
【００１８】
本発明の実施形態による蒸気タービン１００は、中心回転軸１０３の周りを回転することができるように公知の方法で軸方向端部１０１及び１９０に装着されるロータ１０２を含むことができる。加えて、ロータ１０２は、ハウジング１０６内に密閉され、公知の方法でロータ１０２に接続されるブレード１１０を含む。入口マニホルド１０５の開口１０４は、蒸気がハウジング１０６に流入し、ブレード１１０の移動を引き起こすことを可能にする。すなわち、蒸気が入口マニホルド１０５に流入すると、ハウジング１０６内に移動し、次いでブレード１１０を通過する。蒸気がブレード１１０を越えて移動すると、この蒸気により、ブレード１１０がロータ１０２を回転させるようになる。第１の入口流路１１４は、ロータ１０２内に位置付けられ、既に冷却された蒸気を通路１３６に流入させ、エンドパッキン領域１８２に流すことを可能にする。第１の入口流路１１４は、シール及び冷却の目的で圧力及び温度に応じて、ロータ１０２内のあらゆる場所に位置付けることができる。第１の入口流路１１４は通路１３６に接続される。
【００１９】
蒸気１７０が通路１３６内にあると、第１の出口流路１０８を通じてロータ１０２の別の部分又は別のタービンセクション２００（図２）の第２のロータに移動することができる。別の実施形態では、蒸気１７０を移送する代替の方法がある。すなわち、蒸気は、第１の流路１１２から、第２の入口流路１１５及び通路１２７を介してシール１４１を通すことにより第２の流路１１３に戻すことができる。蒸気は、第２の入口流路１１３から下流側段に連続して流れ、低圧位置以外のハウジング１０６内のあらゆる場所に接続できる第２の出口流路１０９を通って流出する。本明細書で検討するように、蒸気１７０は、第２のロータセクション１５８から第１のロータセクション１５０に移動して、開口１０４付近のハウジング１０６の高温セクションを冷却し、次いで、第１のロータセクション１５０から戻って、蒸気タービン１００内の第２のロータセクション１５８に流れることができる。蒸気の移動を完了するために、通路１２９／１３６は、第１の入口流路１１４を通じて段スペース１３１に接続され、第１の出口流路１０８を通じてエンドパッキン区域１８２に接続される。通路１２７／１３７は、第２の出口流路１０９を通じて段スペース１８６に接続され、第２の入口流路１１５を通じてエンドパッキン区域１８４に接続される。第１の入口流路１１４は、蒸気１７０を通路１３６から通路システム３００（図３）内に移動させることを可能にする。通路３００は、通路３００は、第１の流路１１２又は第２の流路１１３、或いは２つよりも多い流路を含むことができる。蒸気１７０が通路システム３００内にあると、第１の出口流路１０８及び第２の出口流路１０９を通ってハウジング１０６内に戻る。加えて、蒸気１７０は、蒸気タービン１００から蒸気タービン２００（図２）に移動することができる。蒸気の移動を完了するために、通路１３６及び１３７は、ロータ１０２全体にわたって存在し、境界部１１６（図２において機械的に結合された境界部として示された別の通路システム）に合流する。蒸気は、境界部１１６からロータ２０２に流入し、通路１２９内の冷却流として、又は通路１２７を介した蒸気シール供給源として機能する。図２の左側はまた、タービン１００のエンドパッキン区域における代替の実施形態を示しており、ここで内部通路は、漏出分をタービン流路に戻すリークオフラインとして用いられる。
【００２０】
図１の１つの実施例において、第１の入口流路１１４は、ハウジング１０６内の高圧領域１２６に開放し、出口流路１０８は、中圧領域１２３８又は低圧（すなわち排気）領域１３０に開放する。図２に示す代替の実施形態では、第１の入口流路１１４は、ロータ１０２の領域内にあって、あらゆるロータエンドパッキン漏出を収集することができる。上記で検討したように、１以上の通路（例えば、図４における第１の流路１１２、第２の流路１１３、第３の流路１２３、及び第４の流路１２４）が存在してもよく、各流路は、異なる長さ、直径、及び蒸気圧力を有することができる。本明細書で記載されるように、蒸気の移動は、複数の目的のために用いることができる。例えば、上述のように、蒸気は、ロータ１０２を通って移動し、該ロータを更に冷却することができる。一般に、第１の流路１１２、第１の入口流路１１４、及び第１の出口流路１０８は、第１の圧力を有することができ、第２の流路１１３、第２の入口流路１１５、及び第２の出口流路１０９の各々は、第１の圧力とは異なる第２の圧力を有することができる。蒸気の移動を完了するために、第１の流路１１２の圧力は、第２の流路１１３の圧力よりも高くすることができる。但し、温度はその反対になる。すなわち、第２の流路１１３の戻り温度は、第１の流路１１２の温度よりも高くすることができる。この理由は、入口領域１０４を冷却している間に加熱されることにより、戻り蒸気がより高いエンタルピー（すなわち、より高い温度）を有することが原因となって引き起こされる可能性がある。
【００２１】
蒸気はまた、ピーク時及びオフピーク時間帯に種々の出力需要要件に適合するよう、２つの蒸気タービンセクション間を移動することができる。例えば、高圧セクション（例えば、エンドパッキン領域１８４）からの蒸気抽出及び低圧タービンセクション２００への放出は、エネルギーコストを最小限にするために蒸気タービン１００にて行うことができる。従来では、蒸気抽出及び最流入は、高価でスペースを要する外部配管によって行われる。本明細書で記載されるように、内部通路及び接続を利用すると、利用する全体蒸気が少なく且つ少ない運用トータルコストで達成することができる。
【００２２】
代替の実施形態では、蒸気の移動はまた、蒸気タービン１００及び／又はロータ１０２を冷却するのに用いることができる。蒸気は膨張して冷却するので、蒸気タービン１００及びロータ１０２の種々の部品を冷却するのに用いることができる。蒸気は、第１の流路１１２及び第２の流路１１３を介して、冷却蒸気が位置する場所から、冷却を必要とする場所まで移動させることができる。付加的な実施形態では、シール１４１は、シールを開閉して流れ抵抗が変わるようにする機構１２５を含むことができる。例証として、機構１２５を用いて、第１の流路１１２及び第２の流路１１３に流入する蒸気の量を調節することができる。更に、機構１２５は、あらゆる数の要因に基づいて蒸気量を調節することができる。例えば、機構１２５は、該機構１２５が開いて、追加の冷却流が高温領域を通過できるようにすることにより、蒸気タービン１００内の種々の区域の温度に基づいて蒸気を調節することができる。或いは、機構１２５は、シールを開放し、比較的低温の区域を加熱／予熱して、構成部品の寿命に悪影響を及ぼすことなく低温又は高温の蒸気タービンのより高速な始動を可能にすることができる。１つよりも多くの通路が利用可能である場合、どのキャビティ蒸気１７０が流入するか（複数の通路に同時に流入することも含めて）を選択する際に複数の機構１２５を利用することができる。
【００２３】
第１の流路１１２は、溶接されたロータ境界部１５２／１６０（図１）もしくは結合されたロータ境界部１１６（図２）によってロータ１０２内に形成することができる。加えて、第１の流路１１２は、半径方向壁１２０により区切る、又は閉鎖することができる。更に、機械的シール１２２は、第１の流路１１２（図５）を閉鎖又は区切ることができる。
【００２４】
図２は、蒸気タービン１００と、ロータ１０２から第２のロータ２０２への蒸気１７０の移動を示している。図１と同様に、ロータ１０２及び２０２は、入口マニホルド１０５を含み、該マニホルドは、シェル１０６とロータ表面１０７との間のスペースに蒸気１７０が流入できるようにする開口１０４を有する。蒸気１７０は、ブレード列１３１間のスペースから、第１の流路１１２に接続された第１の入口流路１１４に流入することができる。蒸気１７０は、第１の流路１１２から、ロータ１０２（図１）内の別の場所又は第２のロータ２０２に移動することができ、ここで蒸気１７０は、第１の出口流路１０８及びブレード列１３１間のスペースに流入する。全体を通じて説明したように、第１の流路１１２を通る蒸気１７０の移動は、２以上のロータへの蒸気の移動にも適用することができる点は予期される。加えて、蒸気１７０は、１以上の蒸気タービン１００（図示せず）に由来することができる。
【００２５】
図３は、内側アイランド３０４と外側直径縁部３０６を備えた半径方向隔壁１２１により形成された壁３０２で密閉される第１の流路１１２及び第２の流路１１３を含む、通路システム３００の１つの実施形態を示す。各第１の流路１１２及び第２の流路１１３内では、通路１２９／１３６は様々な場所に位置付けられ、異なる直径を有することができる。加えて、図４は、ロータ端面１５２／１６０上に８つの通路を含む通路システム３００の１つの実施形態を示す。通路１２９／１３６の各々を通過する流路が存在する。
【００２６】
図５は、２つのロータ１０２（図１）を共に溶接することができる追加の実施形態を示している。２つのロータ１０２が共に溶接される場合、シールリング１２２の１つ又は２つのセットは、一方の端面上に置かれ、他方の端面には何も特徴部が無い状態に維持することができる。これによりロータ端部を互いに同一平面に整列させることが可能になる。溶接の実施形態では、シールリング１２２の２つのセットの１つは、通路間の漏出又は境界部の漏出を引き起こすことなくロータ１２から取り外すことができる。
【００２７】
蒸気タービンに加えて、本発明は、ロータを含むあらゆる機械に適用することができる。蒸気タービン以外の機械のロータが利用される場合、本明細書で記載される開示事項の全ての態様は、機械を作動させるのに使用される燃料に適用される。本発明は、蒸気タービン、並びにロータを含むあらゆる機械に等しく適用することを意図している。上述のように、本発明の態様は、蒸気タービン及びロータの動作、性能及び効率の改善を提供する。
【００２８】
本発明の種々の態様の上記の説明は、例証及び説明の目的で提示されている。これは、網羅的なものではなく、又は本発明を開示された厳密な形態に限定するものではなく、明らかに多くの修正形態及び変形形態が実施可能である。当業者には理解することができるこのような修正形態及び変形形態は、添付の請求項によって定義される本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１００，２００ 蒸気タービン
１０１，１９０ 軸方向端部
１０２ ロータ
１０３ 中央回転軸線
１０４ 入口領域
１０５ 入口マニホルド
１０６ ハウジング
１０８ 第１の出口流路
１０９ 第２の出口流路
１１０ ブレード
１１２ 第１の流路
１１３ 第２の流路
１１４ 第１の入口流路
１１５ 第２の入口流路
１１６ ロータ境界部
１１８ ロータセクション境界部
１２０ 半径方向壁
１２１ 半径方向に延びる壁，半径方向隔壁
１２２ 機械的シール，シールリング
１２３ 第３の流路
１２４ 第４の入口流路
１２５ 機構
１２６ 高圧セクション
１２７，１２９，１３６，１３７ 通路
１２８ 中圧領域
１３１ ロータの外側表面，段スペース，ブレード列
１３２ シェル間ギャップ領域
１４１ シール
１４２ 第２のシール
１５０ 第１のロータセクション
１５２ 第１の軸方向端面
１５８ 第２のロータセクション
１６０ 第２の軸方向端面
１６５ 境界部
１６７ 第２の境界部
１７０ 蒸気
１８２ ロータの第２の領域，エンドパッキン領域，中圧領域
１８４ ロータの外側表面の第３の領域
１８６ ロータの第４の領域
３００ 通路システム
３０２ 壁
３０４ 内側アイランド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、蒸気タービン及びロータに関し、より具体的には、内部通路を用いた蒸気タービンロータの循環及び冷却に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第７２６７５２５号明細書
【発明の概要】
【０００３】
ロータの少なくとも一部に沿って蒸気を内部に提供する蒸気タービン及びロータが開示される。
【０００４】
ロータは、境界部と、ロータ内に形成された蒸気通路システムとを含み、該通路システムが、ロータの外側表面の第１の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第１の入口流路と、ロータの第２の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第１の出口流路と、ロータの外側表面の第３の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第２の入口流路と、ロータの第４の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第２の出口流路とを含む。
【０００５】
本発明の第１の態様はロータを有する蒸気タービンを提供し、該蒸気はロータの少なくとも一部に沿って内部に広がり、ロータは、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第１の軸方向端面を有する第１のロータセクションと、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第２の軸方向端面を有する第２のロータセクションとを含み、第２のロータセクションが、第１のロータセクションに軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面が第１の軸方向端面に面するようになり、２つのロータセクションの第１の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列し、２つのロータセクションの第２の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列するようになり、ロータが更に、ロータの外側表面の第１の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第１の入口流路と、ロータの第２の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第１の出口流路と、ロータの外側表面の第３の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第２の入口流路と、ロータの第４の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第２の出口流路とを含む。
【０００６】
本発明の第２の態様は、その少なくとも一部に沿って蒸気が内部に広がるロータを提供し、該ロータは、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第１の軸方向端面を有する第１のロータセクションと、第１の流路及び別個の第２の流路を備えた第２の軸方向端面を有する第２のロータセクションとを備え、第２のロータセクションが、第１のロータセクションに軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面が第１の軸方向端面に面するようになり、２つのロータセクションの第１の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列し、２つのロータセクションの第２の流路の各々が、連続した通路を形成するよう整列するようになり、ロータが更に、ロータの外側表面の第１の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第１の入口流路と、ロータの第２の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第１の出口流路と、ロータの外側表面の第３の領域から蒸気を受け取るよう構成された、境界部への第２の入口流路と、ロータの第４の領域に蒸気を通過させるよう構成された、境界部からの第２の出口流路とを含む。
【０００７】
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の態様を表した添付図面を参照しながら本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は１つの蒸気タービンセクション内の通路に蒸気の循環を含む、蒸気タービンの長手方向断面図（図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面）。
【図２】図２は２つの蒸気タービンセクションのロータ間の通路における蒸気の移動を示す隣接ロータの長手方向断面図。
【図３】図３は図１の線Ａ−Ａに沿った、２つのロータセクションの境界部の断面図。 図４は図１の線Ａ−Ａに沿った、２つのロータセクションの境界部の断面図。
【図４】図５はロータ端部が互いに同一平面に整列できるように通路を分離するのにシールが使用された、２つのロータセクション間の境界部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ参照符号は各図面間で同じ要素を示す。
【００１０】
蒸気タービンの作動温度は、タービン性能に大きな影響を及ぼすが、タービンを構成するのに使用される材料の能力によって制限される。蒸気タービンの効果的な冷却は、ロータ材料の熱容量を改善してより高い蒸気温度を許容し、蒸気タービン及び／又は蒸気プラントのより優れた効率を達成することができる。タービン効率に大きな影響を及ぼす別の要因は、タービン及びロータ端部付近のエンドパッキン漏出である。シール前後の圧力降下を調節することにより、限定的な圧力性能を有するより緊密なシールを用いることができる。
【００１１】
以下で検討するように、本発明の１つの実施形態は、エンドパッキン領域内の異なるシールゾーンを蒸気タービンの主流路内の異なる段に接続するものである。タービン段が明確に定義された圧力を有するので、これらの接続を通じて、エンドパッキン領域は、明確に定義された圧力降下を伴うゾーンに分割される。更に、代替の実施形態において、各ゾーン内の圧力差がブラシシールの圧力性能よりも小さい場合、ブラシシールを用いて蒸気漏出（すなわちエネルギー損失）を低減し、タービン効率を改善することができる。圧力荷重が段圧力により調節されると、エンドパッキン領域の全圧力降下が複数のブラシシールの圧力限度を超えても、ブラシシールが過荷重になることはない。別の利点は、ロータ通路を流れる蒸気が、同時にロータの高温領域を冷却することである。
【００１２】
蒸気タービンのエンドパッキン領域を異なる圧力ゾーンに分割し、各圧力ゾーン内を一定の圧力荷重に維持することは有利である。本明細書で記載される１つの実施形態は、ブラシシールを用いて、エンドパッキン領域を異なるゾーンに分割するものである。ブラシシールは、極めて有効なシールデバイスであるが、圧力降下容量が限定されている。しかしながら、大きな圧力降下に耐えるよう複数のブラシシールが直列に配列されている場合には、蒸気の圧縮性質によりブラシシール間の不均一な荷重をもたらすことになる。その結果、一連の最後のシールが過荷重になり、損傷を受ける可能性がある。従って、最後から２番目のシールが過荷重になる可能性があり、これもまた損傷を受ける場合がある。順次的に１つずつ、ブラシシールの全てが損傷を受ける可能性がある。その結果、タービンは、漏出の増大に起因した効率低下を生じることになる。シールパッキンリングにわたる調節された一定の蒸気圧力降下は、ブラシシールの使用を最大限にし、非線形圧力分布による過荷重が回避される。このようなゾーンシール手法は、蒸気タービンの性能を向上させ、メンテナンス及び他の補修の必要性及び頻度を低減する。更に、これは、蒸気タービンのロータを冷却できる有利な状況を提供できる。ロータを冷却する能力によって、蒸気タービンは、（クリープ機構によるなど）構成部品の作動寿命を短縮することなく高温で作動できるようになる。高温での蒸気タービンの作動は、効率を向上させることができる。
【００１３】
図１を参照すると、蒸気タービン１００は、ロータ１０２内の２つのロータセクションの境界部で２以上の通路を有することができる。境界部における各ロータセクションの構成は、ロータ１０２に組み込むことができ、或いは、蒸気タービン１００の組み立て後に形成することができる。蒸気タービン１００は、第１の流路１１２及び別個の第２の流路１１３を備えた第１の軸方向端面１５２を有する第１のロータセクション１５０と、第１の流路１１２及び別個の第２の流路１１３を備えた第２の軸方向端面１６０を有する第２のロータセクション１５８とを含み、第２のロータセクション１５８が、第１のロータセクション１５０に軸方向に隣接して配置されて円周方向に回転されて、第２の軸方向端面１６０が第１の軸方向端面１５２に面するようになり、２つのロータセクション１５０／１５８の第１の流路１１２の各々が、連続した通路１２９／１３６を形成するよう整列し、２つのロータセクション１５０／１５８の第２の流路１１３の各々が、連続した通路１２７／１３７を形成するよう整列するようになる。
【００１４】
蒸気タービン１００はまた、ロータ１０２内に形成された通路システム３００（図３）を含むことができ、該通路システム３００は、ロータの外側表面の第１の領域１３１から蒸気を受け取るよう構成された、境界部２６５（図１）までの第１の入口流路１１４と、ロータの第２の領域１８２に蒸気を送るよう構成された、境界部１６５からの第１の出口流路１０８と、ロータの外側表面の第３の領域１８４から蒸気を受け取るよう構成された、第２の境界部１６７までの第２の入口流路１１５と、ロータの第４の領域１８６に蒸気を送るよう構成された、第２の境界部１６７からの第２の出口流路１０９とを含む。１つの実施例において、第１の出口流路１０８及び第２の入口流路１１５は、どのようなブレード１１０も存在しないロータ１０２の領域にある。
【００１５】
第１の軸方向端面１５２と第２の軸方向端面１６０との結合は、溶接及び／又は機械的結合によるものとすることができる。加えて、第１の流路１１２及び第２の流路１１３は区切ることができる。例示的な実施例として、第１の流路１１２及び第２の流路１１３の少なくとも１つは、第１の流路１１２及び第２の流路１１３をより小さな通路に区切るために半径方向に延びる壁１２１（図３）又は機械的シール１２２（図５）を含むことができる。これらの通路は、複数の目的で使用することができる。以下でより詳細に説明するように、通路を用いて、高圧（「ＨＰ」）タービン１００のある領域（例えば、１５０、１５８）からＨＰタービンの別の領域に、又は中圧（「ＩＰ」）タービン２００（図２）もしくは低圧（ＬＰ）タービンに蒸気を移送することができる。１つの実施例において、蒸気がロータ１０２全体を移動して、エンドパッキン領域１８２の圧力を調節し、漏出分をタービン流路に送り返して追加のロータトルク及び出力を発生するリークオフラインとして機能させることができる。加えて、蒸気の移動を利用して、入口マニホルド１０５付近の高温領域全体に低温の蒸気を通すことによってロータ１０２を冷却することができる。更に、蒸気は、高価な外部配管を排除するため、ある蒸気タービン１００から第２の蒸気タービンロータ２０２（図２）に移動させることができる。また、蒸気タービン１００のロータ１０２内には２以上の通路１２９／１３６があってもよく、各通路は異なる圧力を有することができる。更に、通路１２９／１３６並びに第１の流路１１２及び第２の流路１１３は、ケーブル又はワイヤを移送するのに用いることができる。ケーブル又はワイヤは、蒸気タービン１００又は２００の作動、監視、及び／又は制御に用いることができる。蒸気を移送するのに用いられる通路は、ケーブル又はワイヤを移送するのに用いてもよい。
【００１６】
蒸気タービン１００のある領域（例えば、１５０、１５８）から別の領域への移動の１つの例証として、異なる圧力を有する蒸気タービン１００の領域が存在することができる。１つの実施例において、第１のロータセクション１５０及び第２のロータセクション１５８は、蒸気タービン１００の同じ圧力セクションにあってもよい。代替の実施形態において、第１のロータセクション１５０及び第２のロータセクション１５８は、「ＨＰ」及び「ＩＰ」など蒸気タービンシステムの異なる圧力セクション間に延びることができる。別の実施形態では、第１の流路１１２、第１の入口流路１１４、及び第１の出口流路１０８は、第１の圧力状態にあり、第２の流路１１３、第２の入口流路１１５、及び第２の出口流路１０９の各々は、第１の圧力とは異なる第２の圧力状態にある。
【００１７】
例証として、より前方の段の圧力は、より後方の段の圧力よりも高い（例えば、図１の右から左まで）。蒸気がより前方の段を通って膨張すると、蒸気温度は、入口マニホルド７３０での入口温度よりも有意に低くなる。段スペース１３１の圧力は、後段１８６の圧力よりも高いので、段スペース１３１の蒸気は、入口流路１１４に入り、通路１３６／１２９を通って中圧領域１８２に向かって流れると共に、高温の入口領域１０４の傍を通過するときにロータ１０２を冷却する。次に、蒸気は、シールパック１４１を通過し、第２の入口流路１１５を介して再度第１のロータセクション１５０に流入する。次いで、蒸気は通路１２７／１３７を介して第２のロータセクション１５８に環流すると共に、高温の入口領域１０４の傍を通過するときにロータ１０２を再び冷却する。このような二重冷却ルートは、冷却流を最大限に活用する。更に、シール１４１の下流側に位置付けられた第２のシール１４２及び第３のシール１４３が存在する場合もある。シール１４２を通って漏出する可能性があるあらゆる蒸気は、蒸気タービン１００のシェル間ギャップ領域１３２を通って戻すことができる。シール１４３から生じる可能性のある更なる漏出は。図２の通路１３７を通って低圧タービン２００に移送することができる。例えば、図２の通路１３６／１２９内の冷却蒸気は、蒸気タービン２００内のロータセクション境界部１１８の端部に向かって流れ、次いで、複数のルートに分割されて入口１０４付近の高温域を冷却する。タービン１００からタービン２００への蒸気の移動は、エンドパッキンからの蒸気漏出分の利用を改善することができ、これにより蒸気タービンの性能及び効率を改善し、ロータ１０２／１０１全体にわたって低温で作動できるようにすることにより蒸気タービン及び構成部品寿命を延ばすことができる。更に、これにより高価な外部配管が排除され、タービン１００周囲のプラントで必要とされるスペースが低減されることになる。
【００１８】
本発明の実施形態による蒸気タービン１００は、中心回転軸１０３の周りを回転することができるように公知の方法で軸方向端部１０１及び１９０に装着されるロータ１０２を含むことができる。加えて、ロータ１０２は、ハウジング１０６内に密閉され、公知の方法でロータ１０２に接続されるブレード１１０を含む。入口マニホルド１０５の開口１０４は、蒸気がハウジング１０６に流入し、ブレード１１０の移動を引き起こすことを可能にする。すなわち、蒸気が入口マニホルド１０５に流入すると、ハウジング１０６内に移動し、次いでブレード１１０を通過する。蒸気がブレード１１０を越えて移動すると、この蒸気により、ブレード１１０がロータ１０２を回転させるようになる。第１の入口流路１１４は、ロータ１０２内に位置付けられ、既に冷却された蒸気を通路１３６に流入させ、エンドパッキン領域１８２に流すことを可能にする。第１の入口流路１１４は、シール及び冷却の目的で圧力及び温度に応じて、ロータ１０２内のあらゆる場所に位置付けることができる。第１の入口流路１１４は通路１３６に接続される。
【００１９】
蒸気１７０が通路１３６内にあると、第１の出口流路１０８を通じてロータ１０２の別の部分又は別のタービンセクション２００（図２）の第２のロータに移動することができる。別の実施形態では、蒸気１７０を移送する代替の方法がある。すなわち、蒸気は、第１の流路１１２から、第２の入口流路１１５及び通路１２７を介してシール１４１を通すことにより第２の流路１１３に戻すことができる。蒸気は、第２の入口流路１１３から下流側段に連続して流れ、低圧位置以外のハウジング１０６内のあらゆる場所に接続できる第２の出口流路１０９を通って流出する。本明細書で検討するように、蒸気１７０は、第２のロータセクション１５８から第１のロータセクション１５０に移動して、開口１０４付近のハウジング１０６の高温セクションを冷却し、次いで、第１のロータセクション１５０から戻って、蒸気タービン１００内の第２のロータセクション１５８に流れることができる。蒸気の移動を完了するために、通路１２９／１３６は、第１の入口流路１１４を通じて段スペース１３１に接続され、第１の出口流路１０８を通じてエンドパッキン区域１８２に接続される。通路１２７／１３７は、第２の出口流路１０９を通じて段スペース１８６に接続され、第２の入口流路１１５を通じてエンドパッキン区域１８４に接続される。第１の入口流路１１４は、蒸気１７０を通路１３６から通路システム３００（図３）内に移動させることを可能にする。通路３００は、通路３００は、第１の流路１１２又は第２の流路１１３、或いは２つよりも多い流路を含むことができる。蒸気１７０が通路システム３００内にあると、第１の出口流路１０８及び第２の出口流路１０９を通ってハウジング１０６内に戻る。加えて、蒸気１７０は、蒸気タービン１００から蒸気タービン２００（図２）に移動することができる。蒸気の移動を完了するために、通路１３６及び１３７は、ロータ１０２全体にわたって存在し、境界部１１６（図２において機械的に結合された境界部として示された別の通路システム）に合流する。蒸気は、境界部１１６からロータ２０２に流入し、通路１２９内の冷却流として、又は通路１２７を介した蒸気シール供給源として機能する。図２の左側はまた、タービン１００のエンドパッキン区域における代替の実施形態を示しており、ここで内部通路は、漏出分をタービン流路に戻すリークオフラインとして用いられる。
【００２０】
図１の１つの実施例において、第１の入口流路１１４は、ハウジング１０６内の高圧領域１２６に開放し、出口流路１０８は、中圧領域１２３８又は低圧（すなわち排気）領域１３０に開放する。図２に示す代替の実施形態では、第１の入口流路１１４は、ロータ１０２の領域内にあって、あらゆるロータエンドパッキン漏出を収集することができる。上記で検討したように、１以上の通路（例えば、図４における第１の流路１１２、第２の流路１１３、第３の流路１２３、及び第４の流路１２４）が存在してもよく、各流路は、異なる長さ、直径、及び蒸気圧力を有することができる。本明細書で記載されるように、蒸気の移動は、複数の目的のために用いることができる。例えば、上述のように、蒸気は、ロータ１０２を通って移動し、該ロータを更に冷却することができる。一般に、第１の流路１１２、第１の入口流路１１４、及び第１の出口流路１０８は、第１の圧力を有することができ、第２の流路１１３、第２の入口流路１１５、及び第２の出口流路１０９の各々は、第１の圧力とは異なる第２の圧力を有することができる。蒸気の移動を完了するために、第１の流路１１２の圧力は、第２の流路１１３の圧力よりも高くすることができる。但し、温度はその反対になる。すなわち、第２の流路１１３の戻り温度は、第１の流路１１２の温度よりも高くすることができる。この理由は、入口領域１０４を冷却している間に加熱されることにより、戻り蒸気がより高いエンタルピー（すなわち、より高い温度）を有することが原因となって引き起こされる可能性がある。
【００２１】
蒸気はまた、ピーク時及びオフピーク時間帯に種々の出力需要要件に適合するよう、２つの蒸気タービンセクション間を移動することができる。例えば、高圧セクション（例えば、エンドパッキン領域１８４）からの蒸気抽出及び低圧タービンセクション２００への放出は、エネルギーコストを最小限にするために蒸気タービン１００にて行うことができる。従来では、蒸気抽出及び最流入は、高価でスペースを要する外部配管によって行われる。本明細書で記載されるように、内部通路及び接続を利用すると、利用する全体蒸気が少なく且つ少ない運用トータルコストで達成することができる。
【００２２】
代替の実施形態では、蒸気の移動はまた、蒸気タービン１００及び／又はロータ１０２を冷却するのに用いることができる。蒸気は膨張して冷却するので、蒸気タービン１００及びロータ１０２の種々の部品を冷却するのに用いることができる。蒸気は、第１の流路１１２及び第２の流路１１３を介して、冷却蒸気が位置する場所から、冷却を必要とする場所まで移動させることができる。付加的な実施形態では、シール１４１は、シールを開閉して流れ抵抗が変わるようにする機構１２５を含むことができる。例証として、機構１２５を用いて、第１の流路１１２及び第２の流路１１３に流入する蒸気の量を調節することができる。更に、機構１２５は、あらゆる数の要因に基づいて蒸気量を調節することができる。例えば、機構１２５は、該機構１２５が開いて、追加の冷却流が高温領域を通過できるようにすることにより、蒸気タービン１００内の種々の区域の温度に基づいて蒸気を調節することができる。或いは、機構１２５は、シールを開放し、比較的低温の区域を加熱／予熱して、構成部品の寿命に悪影響を及ぼすことなく低温又は高温の蒸気タービンのより高速な始動を可能にすることができる。１つよりも多くの通路が利用可能である場合、どのキャビティ蒸気１７０が流入するか（複数の通路に同時に流入することも含めて）を選択する際に複数の機構１２５を利用することができる。
【００２３】
第１の流路１１２は、溶接されたロータ境界部１５２／１６０（図１）もしくは結合されたロータ境界部１１６（図２）によってロータ１０２内に形成することができる。加えて、第１の流路１１２は、半径方向壁１２０により区切る、又は閉鎖することができる。更に、機械的シール１２２は、第１の流路１１２（図５）を閉鎖又は区切ることができる。
【００２４】
図２は、蒸気タービン１００と、ロータ１０２から第２のロータ２０２への蒸気１７０の移動を示している。図１と同様に、ロータ１０２及び２０２は、入口マニホルド１０５を含み、該マニホルドは、シェル１０６とロータ表面１０７との間のスペースに蒸気１７０が流入できるようにする開口１０４を有する。蒸気１７０は、ブレード列１３１間のスペースから、第１の流路１１２に接続された第１の入口流路１１４に流入することができる。蒸気１７０は、第１の流路１１２から、ロータ１０２（図１）内の別の場所又は第２のロータ２０２に移動することができ、ここで蒸気１７０は、第１の出口流路１０８及びブレード列１３１間のスペースに流入する。全体を通じて説明したように、第１の流路１１２を通る蒸気１７０の移動は、２以上のロータへの蒸気の移動にも適用することができる点は予期される。加えて、蒸気１７０は、１以上の蒸気タービン１００（図示せず）に由来することができる。
【００２５】
図３は、内側アイランド３０４と外側直径縁部３０６を備えた半径方向隔壁１２１により形成された壁３０２で密閉される第１の流路１１２及び第２の流路１１３を含む、通路システム３００の１つの実施形態を示す。各第１の流路１１２及び第２の流路１１３内では、通路１２９／１３６は様々な場所に位置付けられ、異なる直径を有することができる。加えて、図４は、ロータ端面１５２／１６０上に８つの通路を含む通路システム３００の１つの実施形態を示す。通路１２９／１３６の各々を通過する流路が存在する。
【００２６】
図５は、２つのロータ１０２（図１）を共に溶接することができる追加の実施形態を示している。２つのロータ１０２が共に溶接される場合、シールリング１２２の１つ又は２つのセットは、一方の端面上に置かれ、他方の端面には何も特徴部が無い状態に維持することができる。これによりロータ端部を互いに同一平面に整列させることが可能になる。溶接の実施形態では、シールリング１２２の２つのセットの１つは、通路間の漏出又は境界部の漏出を引き起こすことなくロータ１２から取り外すことができる。
【００２７】
蒸気タービンに加えて、本発明は、ロータを含むあらゆる機械に適用することができる。蒸気タービン以外の機械のロータが利用される場合、本明細書で記載される開示事項の全ての態様は、機械を作動させるのに使用される燃料に適用される。本発明は、蒸気タービン、並びにロータを含むあらゆる機械に等しく適用することを意図している。上述のように、本発明の態様は、蒸気タービン及びロータの動作、性能及び効率の改善を提供する。
【００２８】
本発明の種々の態様の上記の説明は、例証及び説明の目的で提示されている。これは、網羅的なものではなく、又は本発明を開示された厳密な形態に限定するものではなく、明らかに多くの修正形態及び変形形態が実施可能である。当業者には理解することができるこのような修正形態及び変形形態は、添付の請求項によって定義される本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１００，２００ 蒸気タービン
１０１，１９０ 軸方向端部
１０２ ロータ
１０３ 中央回転軸線
１０４ 入口領域
１０５ 入口マニホルド
１０６ ハウジング
１０８ 第１の出口流路
１０９ 第２の出口流路
１１０ ブレード
１１２ 第１の流路
１１３ 第２の流路
１１４ 第１の入口流路
１１５ 第２の入口流路
１１６ ロータ境界部
１１８ ロータセクション境界部
１２０ 半径方向壁
１２１ 半径方向に延びる壁，半径方向隔壁
１２２ 機械的シール，シールリング
１２３ 第３の流路
１２４ 第４の入口流路
１２５ 機構
１２６ 高圧セクション
１２７，１２９，１３６，１３７ 通路
１２８ 中圧領域
１３１ ロータの外側表面，段スペース，ブレード列
１３２ シェル間ギャップ領域
１４１ シール
１４２ 第２のシール
１５０ 第１のロータセクション
１５２ 第１の軸方向端面
１５８ 第２のロータセクション
１６０ 第２の軸方向端面
１６５ 境界部
１６７ 第２の境界部
１７０ 蒸気
１８２ ロータの第２の領域，エンドパッキン領域，中圧領域
１８４ ロータの外側表面の第３の領域
１８６ ロータの第４の領域
３００ 通路システム
３０２ 壁
３０４ 内側アイランド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（１００、２００）であって、
第１の流路（１０８）及び別個の第２の流路（１０９）を備えた第１の軸方向端面（１５２）を有する第１のロータセクション（１５０）と、第１の流路（１１２）及び別個の第２の流路（１１３）を備えた第２の軸方向端面（１６０）を有する第２のロータセクション（１５８）とを含むロータ（１０２）を備え、
第２のロータセクション（１５８）が、第１のロータセクション（１５０）に軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面（１６０）が第１の軸方向端面（１５２）に面するようになり、前記２つのロータセクションの第１の流路（１１２）の各々が、連続した通路（１２７、１２９、１３６、１３７）を形成するよう整列し、前記２つのロータセクションの第２の流路（１０９）の各々が、連続した通路（１２７、１２９、１３６、１３７）を形成するよう整列するようになり、
前記蒸気タービンが更に、ロータ（１０２）内に形成された通路システム（３００）を備え、該通路システム（３００）が、
前記ロータの外側表面の第１の領域（１３１）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第１の入口流路（１１４）と、
前記ロータの第２の領域（１８２）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第１の出口流路（１０８）と、
前記ロータの外側表面の第３の領域（１８４）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、前記境界部（１６５）への第２の入口流路（１１５）と、
前記ロータの第４の領域（１８６）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第２の出口流路（１０９）と
を含む、蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項２】
第１及び第２の流路（１０８、１０９）の少なくとも１つが、第１及び第２の流路（１１３）を隔てる半径方向に延びる壁（１２１）又は機械的シール（１２２）を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項３】
第１及び第２のセクション（１５０、１５８）が、前記蒸気タービン（１００、２００）の同じ圧力セクションにある、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項４】
第１及び第２のセクション（１５０、１５８）が、前記蒸気タービン（１００、２００）の異なる圧力セクション間に延びる、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項５】
第１及び第２の入口流路（１１４、１１５）が、前記ロータ（１０２）内のブレード（１１０）が存在しない領域にある、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項６】
第１の流路（１１２）、第１の入口流路（１１４）、及び第１の出口流路（１０８）が第１の圧力であり、第２の流路（１１３）、第２の入口流路（１１５）、第２の出口流路（１０９）が、第１の圧力とは異なる第２の圧力である、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項７】
第１及び第２の入口流路（１１４、１１５）への流れを調節するためにシール（１４１）を開閉する機構（１２５）を更に備える、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項８】
蒸気（１７０）の高圧領域と、前記蒸気タービン（１００、２００）セクションの漏出から前記蒸気の高圧領域をシール（１４１）するためのシール機構（１２５）とを更に備える、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項９】
前記蒸気（１７０）が第１及び第２の流路（１１２、１１３）を通って移動し、前記ロータ（１０２）を冷却する、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項１０】
第１の流路（１１２）及び別個の第２の流路（１１３）を備えた第１の軸方向端面（１５２）を有する第１のロータセクション（１５０）と、
第１の流路（１１２）及び別個の第２の流路（１１３）を備えた第２の軸方向端面（１６０）を有する第２のロータセクション（１５８）と
を備えるロータ（１０２）であって、
第２のロータセクション（１５８）が、第１のロータセクション（１５０）に軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面（１６０）が第１の軸方向端面（１５２）に面するようになり、前記２つのロータセクションの第１の流路（１１２）の各々が、連続した通路（１２７、１２９、１３６、１３７）を形成するよう整列し、前記２つのロータセクションの第２の流路（１１３）の各々が、連続した通路を形成するよう整列するようになり、
前記ロータが更に、ロータ（１０２）内に形成された通路システム（３００）を備え、該通路システム（３００）が、
前記ロータの外側表面の第１の領域（１３１）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第１の入口流路（１１４）と、
前記ロータの第２の領域（１８２）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第１の出口流路（１０８）と、
前記ロータの外側表面の第３の領域（１８４）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、前記境界部（１６５）への第２の入口流路（１１５）と、
前記ロータの第４の領域（１８６）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第２の出口流路（１０９）と
を含む、ロータ（１０２）
【請求項１】
蒸気タービン（１００、２００）であって、
第１の流路（１０８）及び別個の第２の流路（１０９）を備えた第１の軸方向端面（１５２）を有する第１のロータセクション（１５０）と、第１の流路（１１２）及び別個の第２の流路（１１３）を備えた第２の軸方向端面（１６０）を有する第２のロータセクション（１５８）とを含むロータ（１０２）を備え、
第２のロータセクション（１５８）が、第１のロータセクション（１５０）に軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面（１６０）が第１の軸方向端面（１５２）に面するようになり、前記２つのロータセクションの第１の流路（１１２）の各々が、連続した通路（１２７、１２９、１３６、１３７）を形成するよう整列し、前記２つのロータセクションの第２の流路（１０９）の各々が、連続した通路（１２７、１２９、１３６、１３７）を形成するよう整列するようになり、
前記蒸気タービンが更に、ロータ（１０２）内に形成された通路システム（３００）を備え、該通路システム（３００）が、
前記ロータの外側表面の第１の領域（１３１）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第１の入口流路（１１４）と、
前記ロータの第２の領域（１８２）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第１の出口流路（１０８）と、
前記ロータの外側表面の第３の領域（１８４）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、前記境界部（１６５）への第２の入口流路（１１５）と、
前記ロータの第４の領域（１８６）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第２の出口流路（１０９）と
を含む、蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項２】
第１及び第２の流路（１０８、１０９）の少なくとも１つが、第１及び第２の流路（１１３）を隔てる半径方向に延びる壁（１２１）又は機械的シール（１２２）を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項３】
第１及び第２のセクション（１５０、１５８）が、前記蒸気タービン（１００、２００）の同じ圧力セクションにある、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項４】
第１及び第２のセクション（１５０、１５８）が、前記蒸気タービン（１００、２００）の異なる圧力セクション間に延びる、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項５】
第１及び第２の入口流路（１１４、１１５）が、前記ロータ（１０２）内のブレード（１１０）が存在しない領域にある、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項６】
第１の流路（１１２）、第１の入口流路（１１４）、及び第１の出口流路（１０８）が第１の圧力であり、第２の流路（１１３）、第２の入口流路（１１５）、第２の出口流路（１０９）が、第１の圧力とは異なる第２の圧力である、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項７】
第１及び第２の入口流路（１１４、１１５）への流れを調節するためにシール（１４１）を開閉する機構（１２５）を更に備える、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項８】
蒸気（１７０）の高圧領域と、前記蒸気タービン（１００、２００）セクションの漏出から前記蒸気の高圧領域をシール（１４１）するためのシール機構（１２５）とを更に備える、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項９】
前記蒸気（１７０）が第１及び第２の流路（１１２、１１３）を通って移動し、前記ロータ（１０２）を冷却する、請求項１記載の蒸気タービン（１００、２００）。
【請求項１０】
第１の流路（１１２）及び別個の第２の流路（１１３）を備えた第１の軸方向端面（１５２）を有する第１のロータセクション（１５０）と、
第１の流路（１１２）及び別個の第２の流路（１１３）を備えた第２の軸方向端面（１６０）を有する第２のロータセクション（１５８）と
を備えるロータ（１０２）であって、
第２のロータセクション（１５８）が、第１のロータセクション（１５０）に軸方向に隣接して配置されて且つ円周方向に回転され、その結果、第２の軸方向端面（１６０）が第１の軸方向端面（１５２）に面するようになり、前記２つのロータセクションの第１の流路（１１２）の各々が、連続した通路（１２７、１２９、１３６、１３７）を形成するよう整列し、前記２つのロータセクションの第２の流路（１１３）の各々が、連続した通路を形成するよう整列するようになり、
前記ロータが更に、ロータ（１０２）内に形成された通路システム（３００）を備え、該通路システム（３００）が、
前記ロータの外側表面の第１の領域（１３１）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、境界部（１６５）への第１の入口流路（１１４）と、
前記ロータの第２の領域（１８２）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第１の出口流路（１０８）と、
前記ロータの外側表面の第３の領域（１８４）から蒸気（１７０）を受け取るよう構成された、前記境界部（１６５）への第２の入口流路（１１５）と、
前記ロータの第４の領域（１８６）に蒸気（１７０）を通過させるよう構成された、前記境界部（１６５）からの第２の出口流路（１０９）と
を含む、ロータ（１０２）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−６９３６５（Ｐ２０１１−６９３６５Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１４７７（Ｐ２０１０−２１１４７７）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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