JP2013200310A - 高湿度用途のための大直径貫流キール型プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】タービン発電プラント及び開発試験タービンで使用する計装器において高湿度条件で効果的な総圧力プローブを提供すること。
【解決手段】キール型圧力プローブは、遠隔検知先端を有し且つ開口端シュラウドを通って延在する圧力管体を含み、シュラウドは少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、シュラウドの前方端部が、圧力管体の遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、全体的に、タービン発電プラント及び開発試験タービンで使用する計装器に関し、より具体的には、高湿度条件で効果的な総圧力プローブに関する。

全圧プローブは、流れの方向が既知ではなく動作状態に伴って変化する流体環境における全圧を測定するのに使用される場合が多い。キール型プローブは、直線貫流設計を有し、通常は円筒レーキマスト上に設置される。これらのプローブは、流路にわたる様々な半径方向位置に装着され、圧力管体は、レーキマストを通ってトランスデューサに送られ、ここで圧力測定値が信号に変換され、データ収集システムに送信される。キール型プローブは、パイロット型プローブであるが、圧力管体を保護するためのシュラウドを有している。シュラウドは、流れがプローブに流入するときに直線状にされるので、ある範囲のヨー角及びピッチ角に対してプローブの反応をしにくくする。キール型プローブは、バケットの最終段の列から流出する全圧分布を測定する試験を実施している間、例えば、低圧蒸気タービンセクションの排気ダクトに設置されることがある。米国特許第４４３３５８４号は、以下で更に詳細に説明される、タービンセクションの下流側のレーキ上に複数のキール型プローブを開示している。

しかしながら、湿分蒸気環境における全圧の測定は、圧力管体内に水「脚状部」が構築されることによって妨げられることが多い。圧力管体の長さが長いことにより、水脚部の長さは未知であることが多い。この情報が無ければ、正確な圧力測定値を再計算することはできない。水脚部が形成される厳密な機構は分かっていないが、１つの理論は、湿分蒸気が圧力管体に衝突し、管体内に押し込まれることである。圧力管体の湿分をパージするために乾燥空気が使用されることが多いが、大量の空気を排気に加える作用はまた、圧力測定の精度に影響を及ぼす可能性がある。従って、圧力管体内の湿分の蓄積並びにこれに付随した水脚部の形成を効果的に阻止する機構を開発することが望ましい。

米国特許第４４３３５８４号明細書

例示的で非限定的な実施形態によれば、遠隔検知先端を有し且つ開口端シュラウドを通って延在する圧力管体を備え、シュラウドが少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、開口端シュラウドの前方端部が遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成される、圧力プローブが提供される。

更に別の態様において、タービン入口又は排気ダクトで使用するための圧力プローブ組立体であって、該圧力プローブ組立体が、入口又は排気ダクトに実質的に半径方向に延在するよう適合されたレーキマストと、レーキマストに取り付けられ且つシュラウドを含む少なくとも１つの圧力プローブと、遠隔検知先端を有し且つシュラウドを通って延在する圧力管体と、を備え、シュラウドが、少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、シュラウドの前方端部が遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成される、圧力プローブ組立体が提供される。

更に別の態様において、タービン入口又は排気ダクトで使用するための圧力プローブ組立体であって、該圧力プローブ組立体が、入口又は排気ダクトに実質的に半径方向に延在するよう適合されたレーキマストと、レーキマストに取り付けられた少なくとも１つの圧力プローブと、を備え、圧力プローブが、タービン入口又は排気ダクト内で流れ方向に対向して面する遠隔検知先端を有する圧力管体を含み、圧力管体が、開口端シュラウドを通って延在しており、該開口端シュラウドが、少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、開口端シュラウドの前方端部が、遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成され、該少なくとも２つの排出アパーチャが約０．２０〜０．２５インチの直径を有する、圧力プローブ組立体が提供される。

ここで、以下に示された図面に関して本発明をより詳細に説明する。

タービンセクションの下流側に位置付けられた複数の圧力プローブを示す、公知の設計によるタービン最終段の部分断面図。 本発明の例示的で非現的な実施形態による、全圧プローブを示す、部分側断面図。 図２に示す圧力プローブの平面図。 図２及び図３にから分離したプローブシュラウドの斜視図。 図４に示す圧力プローブの正面端面図。 計装レーキ内に設置された図２〜図５に示すプローブの斜視図。 図６の別の拡大詳細斜視図。

図１は、タービン排気口内に配置された圧力プローブレーキの公知の構成を示す、米国特許第４４３３５８４号に開示・記載されている、最終段タービンセクションの簡易断面図である。より具体的には、エンジンは、タービンセクション１０（部分的に図示される）と、タービンセクションを通って排気ダクトに軸方向に流れるプロセスガス用の流路１２とを有する。タービンセクション１０は、ステータ組立体１４と、ロータ組立体１６とを有する。ロータ組立体は、単一のバケット２０で代表的に示された、複数の半径方向外向きに延在するブレード又はバケットを備えたロータディスク１８を含む。ロータ組立体は、タービンセクション及び流路を囲む外側ケーシング２２を含む。この実施例では、複数のステータストラット２４（１つが図示されている）が、流路にわたって外側ケーシングから半径方向内向きに延在している。ストラット２４は、該ストラットに組み込まれた複数の全圧プローブ２６を有する。各全圧プローブ２６は、トランスデューサ２８と流体連通し、全圧レベルをアナログ又はデジタル出力に変換する。各プローブ２６は、該プローブ２６の先端とトランスデューサとの間に延在する圧力管体３０を含む（理解を容易にするために１つのみが図示されている）。

ここで図２〜図５を参照すると、本発明の非限定的且つ例示的な実施形態による修正されたキール型プローブが、参照符号３２で示されている。プローブは、遠隔の圧力検知先端３６を有する圧力管体３４を備え、該管体は、シュラウド側壁のアパーチャ４０を通って実質的に円筒形の拡大シュラウド３８で受けられて、シュラウドの前方開口４６に近接して終端する。他の場合のプローブ３２の従来の検知先端３６は、アパーチャ４２、４４（図２において見たときには軸方向）の僅かに前方の位置からアパーチャの直ぐ後方の位置までシュラウド３８内で中心に位置付けられる。次いで、管体３４は、図２及び図５から最も理解されるように、シュラウドの内部側壁に沿って内部に通される。アパーチャ４２、４４は、プローブ３２の先端３６に隣接したシュラウド３８上の反対位置に形成される。プローブ３２はまた、以下で更に説明される、関連レーキ又はレーキマストにプローブがどのように取り付けられるかに応じて、シュラウドの後方端部４８を貫通して延在することができる点は理解されるであろう。

例示的な実施形態では、シュラウドは、プローブ３２の検知先端３６を約０．１９インチ超えて延在することができ、アパーチャ４２、４４は、先端３６の後方に離間して配置され、アパーチャの直径方向中心は、シュラウドの前方開口４６の後方約０．３８インチに位置付けられる。上記の説明から明らかな通り、アパーチャ４２、４４はまた、シュラウド内の中心にある圧力管体３４の当該部分の少なくとも軸方向長さ全体に延在する。

シュラウド３８の直径を拡大することにより、及びプローブ先端に隣接してより大きな直径の排出孔４２、４４を設けることによって、シュラウド３８の内壁上に形成されるあらゆる水滴がアパーチャ４２、４４を通過し、及び／又はシュラウド３８を通って流れて開口後方端部４８から流出し、これにより圧力管体３４内の水脚部の構築が阻止され、従って、圧力測定値の精度が向上する。

図６及び図７は、レーキマスト５０に取り付けられたプローブ／シュラウド組立体を示し、プローブ及び他の同様のプローブ（図示せず）を図１の配列と同様にダクトへの入口の内部又はこれに隣接した半径方向に離間した位置で配列できるようにする。貫流プローブ設計では、シュラウド３８の開口した後方端部４８は、レーキマスト５０（図６を参照）を通過することができる。閉鎖設計では、シュラウド３８の後方端部４８は、レーキマスト内部に位置付けられ、シュラウド３８を軸方向に通過して流れて該シュラウド３８から流出するあらゆる湿分は、レーキマスト５０の半径方向内側端部から流出することができる。マストに対して実質的に９０度の角度で延在するプローブが図示されているが、この角度は、特定の用途に応じて変わることができる。従来の設定と同様に、検知先端３６は、ダクトを通る流れ方向と反対に面している。

非限定的で例示的な実施形態では、シュラウドの直径は、従来の直径の０．０６２５〜０．２５インチと比べて、約０．３７５〜０．５インチの範囲とすることができ、すなわち、従来のプローブの約２倍の直径である。シュラウドの壁厚は、例えば、０．０７インチとすることができる。非限定的で例示的な実施形態では、アパーチャ４２、４４は、約０．２０〜０．２５インチの直径を有することができる。当業者であれば理解されるように、シュラウド直径は、特定の用途に応じて変わることができるが、あらゆる場合において、上述の従来のシュラウド直径よりも有意に大きい。更にこの点に関して、開発試験中のタービンにおいてはより小さな直径のシュラウドがより適切とすることができるが、より大きな直径のシュラウドが現場用途にはより好適な場合が多い。

加えて、アパーチャ４２、４４の一方又は両方は、湿分の排出を促進するために後方に傾斜するように孔開け又は他の方法で形成することができる。

上述の配列は、圧力管体３４内の水脚部の形成を排除できないにしても実質的に抑制し、これにより記録される圧力測定値の精度が向上する。

本明細書で記載されるプローブは、タービン排気ダクトの使用に限定されず、タービン空気入口内でも使用してもよい点は理解されるであろう。

現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に添付の請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。

１０ タービンセクション
１２ 流路
１４ ステータ組立体
１６ ロータ組立体
１８ ロータディスク
２０ バケット
２２ 外側ケーシング
２４ ステータストラット
２６ 圧力プローブ
２８ トランスデューサ
３０ 圧力管体
３２ プローブ
３４ 圧力管体
３６ 検知先端
３８ シュラウド
４０ アパーチャ
４２，４４ 排出孔
４６ 前方開口
４８ 後方端部
５０ レーキマスト

Claims (20)

1. 遠隔検知先端を有し且つ開口端シュラウドを通って延在する圧力管体を備え、
   前記シュラウドが少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、前記開口端シュラウドの前方端部が、前記遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成される、圧力プローブ。
2. 前記少なくとも２つの排出アパーチャが、実質的に反対に配置される、請求項１記載の圧力プローブ。
3. 前記少なくとも２つの排出アパーチャが、実質的に円形である、請求項１記載の圧力プローブ。
4. 前記アパーチャの各々が約０．２０〜０．２５インチの直径を有する、請求項３記載の圧力プローブ。
5. 前記シュラウドが、該シュラウドに対して実質的に９０°に延在するレーキマストに取り付けられる、請求項１記載の圧力プローブ。
6. 前記圧力管体が、前記シュラウドの後方端部に近接した位置で前記シュラウドに入る、請求項１記載の圧力プローブ。
7. 前記シュラウドが開放後方端部を有し、前記圧力管体が、前記開放後方端部に近接したアパーチャを通って前記シュラウドから出る、請求項１記載の圧力プローブ。
8. タービン入口又は排気ダクトで使用するための圧力プローブ組立体であって、
   前記入口又は排気ダクトに実質的に半径方向に延在するよう適合されたレーキマストと、
   前記レーキマストに取り付けられ且つシュラウドを含む少なくとも１つの圧力プローブと、
   遠隔検知先端を有し且つ前記シュラウドを通って延在する圧力管体と、
   を備え、
   前記シュラウドが、少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、前記シュラウドの前方端部が、前記遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成される、圧力プローブ組立体。
9. 前記少なくとも２つの排出アパーチャが、実質的に反対に配置される、請求項８記載の圧力プローブ組立体。
10. 前記少なくとも２つの排出アパーチャが、実質的に円形である、請求項８記載の圧力プローブ組立体。
11. 前記アパーチャの各々が約０．２０〜０．２５インチの直径を有する、請求項１０記載の圧力プローブ組立体。
12. 前記シュラウドが、前記レーキマストに対して実質的に垂直に延在する、請求項８記載の圧力プローブ組立体。
13. 前記圧力管体が、前記シュラウドの後方端部に近接した位置で前記シュラウドに入る、請求項８記載の圧力プローブ組立体。
14. 前記シュラウドが開放後方端部を有し、前記圧力管体が、前記開放後方端部に近接したアパーチャを通って前記シュラウドから出る、請求項８記載の圧力プローブ組立体。
15. タービン入口又は排気ダクトで使用するための圧力プローブ組立体であって、
    前記入口又は排気ダクトに実質的に半径方向に延在するよう適合されたレーキマストと、
    前記レーキマストに取り付けられた少なくとも１つの圧力プローブと、
    を備え、前記圧力プローブが、前記タービン入口又は排気ダクト内で流れ方向に対向して面する遠隔検知先端を有する圧力管体を含み、前記圧力管体が、開口端シュラウドを通って延在しており、該開口端シュラウドが、少なくとも約０．３７５〜０．５０インチの直径を有し、前記開口端シュラウドの前方端部が、前記遠隔検知先端に近接した少なくとも２つの排出アパーチャを備えて形成され、該少なくとも２つの排出アパーチャが約０．２０〜０．２５インチの直径を有する、圧力プローブ組立体。
16. 前記圧力管体の前方端部部分が、前記シュラウド内で中心に配置され、前記圧力管体の別の部分が、前記シュラウドの内壁表面に沿って軸方向に延在する、請求項１５記載の圧力プローブ組立体。
17. 前記圧力管体の検知先端が、前記シュラウドの前方開口端部の後方に位置する、請求項１５記載の圧力プローブ組立体。
18. 前記排出アパーチャの直径が、前記圧力管体の前方端部部分の軸方向長さと少なくとも等しい、請求項１６記載の圧力プローブ組立体。
19. 前記シュラウドの開口後方端部が前記レーキマストを超えて延在する、請求項１６記載の圧力プローブ組立体。
20. 前記圧力管体が、前記シュラウドの後方端部から軸方向に離間した位置にて前記シュラウドから出る、請求項１５記載の圧力プローブ組立体。