JP2006177355A - タービン - Google Patents

Abstract

【課題】クリアランスを最小限に抑え、複数のシール部を組み立てることを可能にし、径方向クリアランスの累積誤差を最小限に抑え、整備性を向上させ、ステージを効果的にするシールの提供。
【解決手段】タービンは、回転コンポーネントによって支持されたシール歯に対向して装着されたシール部保持具を有するダイアフラムを備える。シール部保持具は、摩耗可能な材料の被覆を有するシール面を備え、回転コンポーネントがシール面からその材料を摩耗させることができるようにする。シール部保持具は、ダイアフラムから脱着可能であり、外側ダイアフラムリングと一体またはそこから脱着可能な軸方向延出部によって支持されている。ばねがシール部保持具と静止コンポーネントの間に置かれていてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービンの回転可能コンポーネントと静止コンポーネントの間のシール部に関し、詳細には、タービンの回転可能なコンポーネントと静止コンポーネントの間を封止する摩耗可能なシール表面有する脱着可能なシール部保持具に関する。

タービン、特に蒸気タービンでは、回転コンポーネントと静止コンポーネントの間のシール部は、蒸気タービン性能の重要な部分である。蒸気漏れ経路の数および大きさが大きいほど、蒸気タービンの効率の損失が大きくなることが理解されるであろう。たとえば、ダイアフラムとロータの間、または回転動翼先端部と静止側シュラウドの間を封止するためにしばしば用いられるラビリンスシール歯（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ ｓｅａｌ ｔｅｅｔｈ）は、始動および停止など過渡的な動作の間、径方向および円周方向の動きが可能になるようにかなりのクリアランスを維持する必要がある。こうしたクリアランスは、もちろん封止にとって好ましくない。複数の独立のシール表面、径方向クリアランスの累積誤差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｓｔａｃｋ ｕｐ）、および複数のシール部の組立てに関連するクリアランスの問題も存在し、これらの全てがタービン効率を低下させる可能性がある。さらに、蒸気タービンの効率を向上させるだけでなく、タービンの様々な部品を点検し修理する能力も向上させ、同様にそのような部品に対して公知の繰返し可能な境界条件をもたらすシール部を生成することはしばしば困難である。
米国特許第６，５４７，５２２号公報

したがって、向上したクリアランス制御をもたらす、ダイアフラムおよび隣接するシール表面のステージ調整（ｓｔａｇｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）によって、クリアランスの問題を解消しまたは最小限に抑え、複数のシール部を組み立てることを可能にし、径方向クリアランスの累積誤差を最小限に抑え、整備性を向上させ、ステージを効果的にする（ｅｎａｂｌｅ）シール部が必要である。

本発明の好ましい実施形態では、静止コンポーネントおよび回転コンポーネントを有するタービンが設けられ、静止コンポーネントは、タービン軸の周囲の環状配列の静止翼および溝を有するダイアフラムを備え、ダイアフラムは、ダイアフラムによって溝の中に脱着可能に支持され、回転コンポーネントによって支持されたシール部に対向するシール面を有するシール部保持具を備え、シール面は、回転コンポーネントと静止コンポーネントの間を封止するとき、回転コンポーネントがシール面から材料を摩耗させることができるようにする摩耗可能な材料から形成される。

本発明の別の実施形態では、静止コンポーネントおよび回転コンポーネントを備えるタービンが設けられ、静止コンポーネントはタービン軸の周囲に環状配列の静止翼を有するダイアフラムを備え、ダイアフラムは、ダイアフラムによって脱着可能に支持されたシール部保持具を備え、シール部保持具は、回転コンポーネントによって支持されたシール歯に対向するシール面を有し、シール面は、回転コンポーネントと静止コンポーネントの間を封止するとき、回転コンポーネントがシール面から材料を摩耗させることができるようにする摩耗可能な材料から形成され、ダイアフラムは、そのほぼ軸方向に面する表面に沿って、かつダイアフラムによって支持されたシール面に対向してシール部保持具によって支持された第２のシール面を備え、シール部保持具は、シール表面と第２のシール面の間でシール部を形成するためダイアフラムに対してほぼ軸方向に移動可能であり、第２のシール面およびシール表面のうちの１つは、シール部保持具とダイアフラムの間を封止するとき、第２のシール面およびシール表面の別のもう１つが材料を摩耗させることができるようにする摩耗可能な材料を保持する。

次に図面、特に図１を参照すると、たとえば、様々なタービン段の複数の部分を形成するタービンに沿って間隔を置いた軸方向位置で円周方向に間隔を置いて配置された複数の動翼１２を装着したロータ１０などの回転コンポーネント、およびそれぞれの動翼と共に様々なタービンの段を形成するノズルを画成する仕切り１８を装着した複数のダイアフラム１６を備える静止コンポーネント１４を有する蒸気タービンの一部分が示されている。図示のように、ダイアフラム１６の外側リング２０が動翼１２の先端部に隣接するシュラウドまたはカバー２４を封止する１つまたは複数のシール歯２２の列を支持している。同様に、ダイアフラム１６の内側リング２６が弧状のシールセグメント２８を装着している。シールセグメントは、回転コンポーネント１０を封止する径方向内側に突出する高低歯３０を有する。同様のシール部が、図示のように様々な段に設けられ、蒸気の流れの方向が矢印３２によって示される。

次に図２を参照すると、図１と同様の部品に数字１によって始まる同様な参照番号が適用されている。図２では、シール部保持具１４０が内側ダイアフラムリング１２６の内径に沿ってほぼ相補形状になったダブテール溝１４２に受けられるようにダブテール構成を有している。したがって、図２および５を参照すると、シール部保持具１４０は、内側ダイアフラムリング１２６の対応して軸方向に間隔を置いて配置された溝１４６に受けられるように一対の反対側に延出するフランジ１４４を備える。シール部保持具１４０は、径方向内側に、たとえばロータ１１０などの回転コンポーネントに向かって内側ダイアフラムフランジ１５０の間に突出するネック部１４８を有する。図示のように、回転コンポーネントは、複数のシール歯１５２を備える。図５に最もよく示すように、シール部保持具１４０の径方向内側の方向になったシール面は摩耗可能な材料１６０で被覆されている。摩耗可能な材料１６０は、本願と共通した譲受人の米国特許第６，５４７，５２２号に記載され示されているタイプのものであることができ、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。したがって、摩耗可能な材料は、コバルト、ニッケル、クロミウムイットリウム（ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｙｔｔｒｉｕｍ）、を含めた第１の成分、および六方晶窒化ホウ素および重合体からなる群から選択された第２の成分を含む組成物を含むことができる。米国特許第６，５４７，５２２号に開示された別の摩耗可能な材料のいずれも本発明に同様に利用できる。

図２および５に示すように、摩耗可能な材料１６０は、シール部保持具１４０の径方向内側に面する表面上にロータ１１０の歯１５２に対向して設けられる。シール部保持具１４０のシール面の高、低、高の構成は、対応するロータ１１０の低、高、低の歯と共に示されている。さらに、シール部保持具は、ダイアフラムの軸方向に反対側の異なる圧力領域の間に配置されるので、シール部保持具は、軸方向の下流側に移動されることが理解されるであろう。シール部保持具１４０と内側ダイアフラムリング１２６の間の蒸気漏れを防止するため、摩耗可能な材料１６０は、内側ダイアフラムリング１２６のダブテール部１４２の対応する下流側の位置合わせ（ｒｅｇｉｓｔｅｒｉｎｇ）表面に対して封止するようにシール部保持具のフランジ１４４の下流側の面１６２にも適用される。摩耗可能な材料は面１６２でなくダブテール部１４２の下流側の位置合わせ表面にも適用することができることが理解されるであろう。その結果、シール部保持具１４０とシール歯１５２の間のクリアランスが減少し、シール部保持具１４０の周囲のいかなる蒸気漏れ経路も解消または最小限に抑えることができる。

外側ダイアフラムリング１２０の軸方向下流側のフランジまたは延出部１７４上に装着された、同様のシール部保持具１７０も図２に示される。シール部保持具１７０は、摩耗可能な材料１６０が径方向内側の方向になったシール表面のものに適用された、径方向内側に高、低、高のシール表面構成を有する。先端部カバー上またはシュラウド１７８上に支持される歯１７６は、保持具１７０のシール面の摩耗可能な材料１６０に対して径方向に対向して置かれる。シール部保持具の両方の態様において、シール歯と摩耗可能な材料の間のクリアランスは、過渡的な条件に適応できるように調整することができる。また、シール部保持具とその支持構造すなわちそれぞれの内側ダイアフラムリング１２６または外側ダイアフラムリング１２０との間の潜在的な漏れ経路は、保持具の下流側側面上の軸方向に面するシール面によって封止される。

次に図２での同様の部品に数字「２」で始まる同様な参照番号が当てはまる図３を参照すると、シール部保持具２４０および２７０の１つまたは両方が径方向にばね付勢されて、シール部保持具をそれぞれのダイアフラム支持リングの軸方向に延出するフランジに圧力嵌めする。ばね２７６は、弧状のリップルばね（ｒｉｐｐｌｅ ｓｐｒｉｎｇ）であってもよい。前述と同じく、摩耗可能な材料は、低、高、低のシール歯の反対の高、低、高の構成で設けられる。さらに、摩耗可能なシール部保持具の周囲で蒸気が迂回することを防止するため、摩耗可能な材料は、下流方向の軸方向の嵌合部上に適用され、またシール表面内の対応する円周方向の軸方向の嵌合部上にも適用される。蒸気圧は、被覆されたシール部保持具を蒸気面（ｓｔｅａｍ ｆａｃｅ）に押し付ける。シール部保持具が回転しないように維持するために、図示されない適切な金具が蒸気タービンの水平中線接合部に設けられることが理解されるであろう。

図３では、シール部保持具２７０が、外側ダイアフラムリング２２０と一体になったフランジまたは延出部２７４上に装着されている。平形で弧状のリップルばね２７６も示されている。図４では、シール部保持具２７０が分離したフランジ２８０上に装着され、そのフランジ２８０は、溶接、ボルト締め、蝋付け、蟻継ぎ、または蒸気タービン内で様々な部品を互いに連結するその他の公知の方法を含めたいくつかの異なる方法で外側ダイアフラムリング２２０に装着されている。本発明の全ての態様でのシール部保持具は、ダブテール溝内にほぼ円周方向に挿入できる弧状のセグメントを備えることが理解されるであろう。保持具のシール部がダイアフラムに挿入され装着された後に、最終のシール構成を一緒に機械加工することができ、したがって、径方向クリアランスの累積誤差を減少させる。

本発明を現在最も実践的で好ましい実施形態と見なされるものに関連させて説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるのではなく添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な変更形態および等価な装置を包含することが意図されることを理解されたい。

従来技術による様々なシール部を示す、蒸気タービンの一部分の部分断面図である。 本発明の態様による脱着可能な摩耗可能なシール部保持具を組み込んだ蒸気タービンの部分拡大断面図である。 本発明の摩耗可能なシール部保持具を異なる態様で示す図２と同様の図解である。 本発明の摩耗可能なシール部保持具を異なる態様で示す図２と同様の図解である。 本発明の１つの態様による代表的なシール部保持具の部分拡大断面図である。

符号の説明

１０ ロータ
１２ 動翼
１４ 静止コンポーネント
１６ ダイアフラム
１８ 仕切り
２０ 外側リング
２２ シール歯
２４ シュラウドまたはカバー
２６ 内側リング
２８ シールセグメント
３０ 高低歯
３２ 矢印（蒸気の流れ方向）
１１０ ロータ（回転コンポーネント）
１１２ 動翼
１１６ ダイアフラム
１１８ 静止翼
１２０ 外側ダイアフラムリング
１２６ 内側ダイアフラムリング
１４０ シール部保持具
１４２ ダブテール溝
１４４ フランジ
１４６ 溝
１４８ ネック部
１５０ 内側ダイアフラムフランジ
１５２ シール歯
１６０ 摩耗可能な材料
１６２ 下流側の面（第２のシール面）
１７０ シール部保持具
１７４ 延出部
１７６ 歯
１７８ 先端部カバーまたはシュラウド
２１０ ロータ
２１２ 動翼
２１６ ダイアフラム
２１８ 静止翼
２２０ 外側ダイアフラムリング
２２６ 内側ダイアフラムリング
２４０ シール部保持具
２７０ シール部保持具
２７４ 延出部
２７６ リップルばね
２８０ （分離した）フランジ

Claims (10)

1. 静止コンポーネントおよび回転コンポーネント１１０を備え、
   前記静止コンポーネントは、タービン軸の周囲に環状配列の静止翼１１８を有するダイアフラム１１６を備え、前記ダイアフラムは溝１４２を有すると共に前記ダイアフラムによって前記溝内に脱着可能に支持されるシール部保持具１４０を備え、前記シール部保持具は、前記回転コンポーネントによって支持されるシール歯１５２に対向するシール面を有し、このシール面は、前記回転コンポーネントと前記静止コンポーネントの間を封止するとき、前記回転コンポーネントが前記シール面からの材料を摩耗させることができるようにする摩耗可能な材料１６０から形成されることを特徴とするタービン。
2. 前記シール部保持具１４０が、前記溝内に円周方向に摺動可能に受けられることを特徴とする請求項１記載のタービン。
3. 前記シール部保持具を径方向に付勢するための、前記ダイアフラムと前記シール部保持具の間のばねを備えることを特徴とする請求項１記載のタービン。
4. 前記シール部保持具によってそのほぼ軸方向に面する表面に沿って、また前記ダイアフラムによって支持されるシール表面に対向して支持される第２のシール面１６２を備え、
   前記シール部保持具１４０が、前記シール表面と前記第２のシール面の間で封止を形成するためにほぼ軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載のタービン。
5. 前記第２のシール面１６２および前記シール表面のうちの１つは、前記シール部保持具と前記ダイアフラムの間を封止するとき、前記第２のシール面および前記シール表面のうちの他方が前記材料を摩耗させることができるようにする摩耗可能な材料１６０を保持することを特徴とする請求項４記載のタービン。
6. 前記シール部保持具上の前記シール表面が径方向にずれた表面を備え、前記シール部が前記シール面で前記摩耗可能な材料に係合する前記回転コンポーネントによって保持される径方向にずれたシール歯を備えることを特徴とする請求項１記載のタービン。
7. 前記保持具２４０が、前記翼の径方向内側の位置で前記ダイアフラムによって支持されることを特徴とする請求項１記載のタービン。
8. 前記シール部保持具２７０が、前記翼の径方向外側の位置で前記ダイアフラムによって支持されることを特徴とする請求項１記載のタービン。
9. 前記ダイアフラムが、前記翼から軸方向にずれた位置で前記シール部保持具を支持する軸方向延出部２８０、２７４を有する外側リングを備えることを特徴とする請求項１記載のタービン。
10. 前記延出部２８０が、前記ダイアフラム外側リングによって脱着可能に支持されることを特徴とする請求項９記載のタービン。

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