(57)【要約】【課題】大気圧よりも大きい異なる気体圧力を有する複数のケーシングを備えた機械（１００）の回転シャフト（１０８）のための軸受（１４２）を支持する台座（１０２）を提供する。【解決手段】本台座（１０２）は、機械（１００）の第１のケーシング（１０４）及び第２のケーシング（１２４）の端部パッキンに対して流体結合しておりかつ大気圧よりも大きい圧力を有する密封チャンバ（１４０）を含む。密封チャンバ（１４０）内の圧力は、ケーシングからの漏洩を減少させて、機械（１００）内で仕事を行うのにより多くの加圧気体を使用可能にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械（１００）であって、
回転シャフト（１０８）と、
各ケーシングが、前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい圧力で作動可能である部分と前記回転シャフト（１０８）に対して該それぞれのケーシングを部分的に密封する端部パッキンとを備えた、複数のケーシングと、
前記端部パッキンの第１の端部パッキン（１１０）及び第２の端部パッキン（１３０）を流体結合しかつ大気圧よりも大きい第３の圧力を有する密封チャンバ（１４０）と、
前記複数のケーシングの第１のケーシング（１０４）及び第２のケーシング（１２４）間で前記密封チャンバ（１４０）内に配置されて、前記回転シャフト（１０８）を支持する軸受（１４２）と
を備える機械。
【請求項２】
前記複数のケーシングが、
前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい第１の圧力で作動可能である第１のタービン（１０６）又は圧縮機と前記回転シャフト（１０８）との間でそれを部分的に密封する第１の端部パッキン（１１０）とを備えた第１のケーシング（１０４）と、
前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい第２の圧力で作動可能である第２のタービン（１２６）又は圧縮機と前記回転シャフト（１０８）との間でそれを部分的に密封する第２の端部パッキン（１３０）とを備えた第２のケーシング（１２４）と
含む、請求項１記載の機械。
【請求項３】
第１の圧力が第２の圧力よりも大きく、第１及び第２の圧力が第３の圧力よりも大きい、請求項２記載の機械。
【請求項４】
当該機械（１００）が蒸気タービンを含み、第１の圧力が約１０００ポンド／平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）〜約３５００ｐｓｉａの範囲にあり、第２の圧力が約２００ｐｓｉａ〜約６００ｐｓｉａの範囲にあり、第３の圧力が約３００ｐｓｉａ〜約３５０ｐｓｉａの範囲にある、請求項３記載の機械。
【請求項５】
前記密封チャンバ（１４０）及び軸受（１４２）が台座（１０２）内に含まれる、請求項１記載の機械。
【請求項６】
前記密封チャンバ（１４０）が各ケーシング内の気体とは異なる気体を含む、請求項１記載の機械。
【請求項７】
回転シャフト（１０８）と複数のケーシングとを含み、各ケーシングが、前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい圧力で作動可能である部分と前記回転シャフト（１０８）との間で該それぞれのケーシングを部分的に密封する端部パッキンとを備えている機械（１００）を準備するステップと、
２つのケーシング間に配置されかつ前記回転シャフト（１０８）のための軸受（１４２）を支持した台座（１０２）を準備するステップと、
前記２つのケーシングを流体結合しかつ大気圧よりも大きい第３の圧力を有する密封チャンバ（１４０）内に前記台座（１０２）を密封するステップと
を含む、方法。
【請求項８】
前記複数のケーシングが、
前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい第１の圧力で作動可能である第１のタービン（１０６）又は圧縮機と前記回転シャフト（１０８）との間でそれを部分的に密封する第１の端部パッキン（１１０）とを備えた第１のケーシング（１０４）と、
前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい第２の圧力で作動可能である第２のタービン（１２６）又は圧縮機と前記回転シャフト（１０８）との間でそれを部分的に密封する第２の端部パッキン（１３０）とを備えた第２のケーシング（１２４）と、含む、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
第１の圧力が第２の圧力よりも大きく、第１及び第２の圧力が第３の圧力よりも大きい、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
該機械（１００）が蒸気タービンを含み、第１の圧力が約１０００ポンド／平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）〜約３５００ｐｓｉａの範囲にあり、第２の圧力が約２００ｐｓｉａ〜約６００ｐｓｉａの範囲にあり、第３の圧力が約３００ｐｓｉａ〜約３５０ｐｓｉａの範囲にある、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記密封チャンバ（１４０）が各ケーシング内の気体とは異なる気体を含む、請求項７記載の方法。
【請求項１２】
各ケーシングが大気圧よりも大きい異なる圧力を有する複数のケーシング間で延びる回転シャフト（１０８）のための軸受（１４２）を支持する台座（１０２）であって、
第１のケーシング（１０４）及び第２のケーシング（１２４）の端部パッキンに対して流体結合しておりかつ大気圧よりも大きい圧力を有する密封チャンバ（１４０）、を含む、
台座。
【請求項１３】
前記複数のケーシングが、
前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい第１の圧力で作動可能である第１のタービン（１０６）とそれを部分的に密封する第１の端部パッキン（１１０）とを備えた第１のケーシング（１０４）と、
前記回転シャフト（１０８）に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい第２の圧力で作動可能である第２のタービン（１２６）とそれを部分的に密封する第２の端部パッキン（１３０）とを備えた第２のケーシング（１２４）と、含む、
請求項１２記載の台座。
【請求項１４】
第１の圧力が第２の圧力よりも大きく、第１及び第２の圧力が前記密封チャンバ（１４０）の第３の圧力よりも大きい、請求項１３記載の台座。
【請求項１５】
第１の圧力が約１０００ポンド／平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）〜約３５００ｐｓｉａの範囲にあり、第２の圧力が約２００ｐｓｉａ〜約６００ｐｓｉａの範囲にあり、第３の圧力が約３００ｐｓｉａ〜約３５０ｐｓｉａの範囲にある、請求項１４記載の台座。
【請求項１６】
前記密封チャンバ（１４０）が各ケーシング内の気体とは異なる気体を含む、請求項１２記載の台座。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には、複数加圧ケーシングを貫通しかつそれらケーシング間に軸受を有する回転シャフトを備えた蒸気タービン、ガス（気体）圧縮機又はあらゆる装置に関する。より具体的には、本発明は、複数ケーシング間の軸受の近傍の圧力を増大させて、シャフトの周りでのケーシングからの漏洩を減少させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新式の蒸気タービンのようなターボ機械では、ケーシング間の固定台座（standard）内に軸受を配置した状態で複数ケーシングを使用することが多い。最新の実施法では、軸受は、大気環境内で作動する。軸受を大気圧で作動させることは、ケーシングの端部に存在するゲージ圧力に等しい圧力差に抗して密封（シール）されることになる該ケーシング内のより高い圧力ガス（気体）又は蒸気を必要とする。ケーシング内に気体又は蒸気を内包するために、各ケーシングは、端部パッキンと呼ばれる一連の非接触グランドシールを含む。各端部パッキンは、蒸気タービンの回転シャフトを部分的に密封する、リーフシール、ブラシシール、ラビリンスシールなどのような幾つかの非接触シールを含む。それらのシールにおける有限間隙により、気体又は蒸気の不可避的漏洩が存在し、この漏洩により、タービンにおける回転シャフト仕事の生成の喪失或いは圧縮機における必要なシャフト仕事の増大が生じる可能性がある。漏洩量は、シールジオメトリ、間隙、及びケーシング内の気体又は蒸気とケーシング外の空気との間の圧力差に応じて決まる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の第１の態様は、機械を提供し、本機械は、回転シャフトと、各ケーシングが、回転シャフトに対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい圧力で作動可能である部分と回転シャフトに対して該それぞれのケーシングを部分的に密封する端部パッキンとを備えた、複数のケーシングと、端部パッキンの第１の端部パッキン及び第２の端部パッキンを流体結合しかつ大気圧よりも大きい第３の圧力を有する密封チャンバと、複数のケーシングの第１のケーシング及び第２のケーシング間で密封チャンバ内に配置されて回転シャフトを支持する軸受とを含む。
【０００４】
本開示の第２の態様は、方法を提供し、本方法は、回転シャフトと複数のケーシングとを含み、各ケーシングが、回転シャフトに対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい圧力で作動可能である部分と回転シャフトとの間で該それぞれのケーシングを部分的に密封する端部パッキンとを備えている機械を準備するステップと、２つのケーシング間に配置されかつ回転シャフトのための軸受を支持した台座を準備するステップと、２つのケーシングを流体結合しかつ大気圧よりも大きい第３の圧力を有する密封チャンバ内に台座を密封するステップとを含む。
【０００５】
本開示の第３の態様は、各ケーシングが大気圧よりも大きい異なる圧力を有する複数のケーシング間で延びる回転シャフトのための軸受を支持する台座を提供し、本台座は、第１のケーシング及び第２のケーシングの端部パッキンに対して流体結合しておりかつ大気圧よりも大きい圧力を有する密封チャンバを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示による台座を備えた複数ケーシング蒸気タービンの概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、本開示の実施形態による台座１０２を備えた機械１００を示している。機械１００は、複数のケーグシング１０４、１２４を含み、各ケーグシングは、回転シャフト１０８に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい圧力で作動可能である部分１０６、１２６を含む。１つの実施形態では、機械１００は、第1のタービン１０６を備えた第１のケーシング１０４を含む蒸気タービンの形態を取り、第1のタービン１０６は、回転シャフト１０８に対して作動結合されかつ大気圧よりも大きい圧力、すなわち約１４．７ポンド／平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）で作動可能である。１つの実施例では、第1のタービン１０６は、例えば約１０００ｐｓｉａ〜約３５００ｐｓｉａの範囲にある第１の圧力Ｐ1で作動することができる高圧（ＨＰ）タービンである。第１のケーシング１０４は、回転シャフト１０８との間でケーシングを部分的に密封する端部パッキン１１０を含む。機械１００は、回転シャフト１０８に対して作動結合された第２のタービン１２６を備えた第２のケーシング１２４を含むことができる。第２のタービン１２６は、大気圧よりも大きい第２の圧力で作動可能である。１つの実施例では、第２のタービン１２６は、例えば約２００ｐｓｉａ〜約６００ｐｓｉａの範囲にある第２の圧力Ｐ2で作動することができる中圧（ＩＰ）タービンである。従って、第１のケーシング１０４内の第１の圧力Ｐ1は、第２のケーシング１２４内の第２の圧力Ｐ2よりも大きい。第２のケーシング１２４は、回転シャフト１０８との間でケーシングを部分的に密封する端部パッキン１３０を含む。理解されるように、図示していないが低圧（ＬＰ）タービンのような1つ又は複数のその他のタービンをより多くのケーシング内に設けることもできる。
【０００８】
各端部パッキン１１０、１３０は、蒸気タービン１００の回転シャフト１０８を部分的に密封する、リーフシール、ブラシシール、ラビリンスシールなどのような幾つかの非接触シールを含む。しかしながら、理解されるように、各端部パッキン１１０、１３０は、回転シャフト１０８との間でケーシング１０４、１２４を完全には密封しない。従来から、複数ケーシング蒸気タービンの端部パッキンと回転シャフトを支持する軸受のための台座のような該ケーシング内の構造体との間の領域は、大気圧で構成される。
【０００９】
ケーシング１０４、１２４からの漏洩を減少させるために、本開示の実施形態では、第１の端部パッキン１１０及び第２の端部パッキン１３０を流体結合した密封チャンバ１４０が設けられる。密封チャンバ１４０は、台座１０２の一部として各端部パッキン１１０、１３０に密封結合させたカバーのような幾つかの方法で構成することができる。密封チャンバ１４０は、大気圧よりも大きい第３の圧力ＰSCに加圧される。１つの実施形態では、密封チャンバ１４０内の圧力は、約３００ｐｓｉａ〜約３５０ｐｓｉａの範囲にあり、例えば３２５ｐｓｉａである。密封チャンバ１４０内の圧力は、第２のつまりより低い圧力のケーシング１２４の圧力、例えば２０〜１００ｐｓｉａ又はそれ以上よりも僅かに高くすることができる。しかしながら、第１及び第２の圧力Ｐ1及びＰ2は両方とも第３の圧力ＰSCよりも大きいので、このことは、必ずしも必要ではない。台座１０２は、回転シャフト１０８のための軸受１４２を支持する。密封チャンバ１４０内の気体は、ケーシング１０４、１２４内の気体（又は、周囲の外気）とは異なるものとすることができ、例えば空気、不活性ガス又はそれらの組合せを含むことができる。
【００１０】
ケーシング１０４、１２４及び密封チャンバ１４０に対して特定の圧力を開示してきたが、本開示の教示は、それらの特定の圧力に限定されるべきものではないことを理解されたい。本開示の教示は、回転シャフトが貫通した複数ケーシングを有しかつそれらケーシング間で圧力の違いを有するあらゆる蒸気タービン、圧縮機又はその他の装置に適用することができる。理解されるように、圧縮機の構造は、本明細書に記載した蒸気タービンの構造に非常に類似している。圧縮機のケースでは、第1の圧縮機１０６（前のケースでは第１のタービン）は、大気圧よりも大きい第１の圧力Ｐ1で作動することができ、第２の圧縮機１２６（前のケースでは第２のタービン）は、大気圧よりも大きい第２の圧力Ｐ2で作動することができる。いずれにしても、第１のケーシング１０４内の第１の圧力Ｐ1は、第２のケーシング１２４内の第２の圧力Ｐ2よりも大きい。
【００１１】
本開示の実施形態は、機械１００及び台座１０２を準備するステップと、２つのケーシングを流体結合しかつ大気圧よりも大きい第３の圧力を有する密封チャンバ内に台座を密封するステップとを含む方法を提供する。本開示の実施形態は、機械１００の回転シャフト１０８のための軸受１４２を支持する台座１０２を含む。このケースでは、台座１０２は、機械の第１のケーシング１０４及び第２のケーシング１２４の端部パッキン１１０、１３０に対して流体結合する密封チャンバ１４０を含む。ここでも、密封チャンバ１４０は、大気圧よりも大きい圧力ＰSCを有する。
【００１２】
本開示の上記の実施形態は、分割ケーシング（例えば、高圧及び中圧）を備えた蒸気タービン又はガス（気体）圧縮機のような機械の出力及び効率を増大させる。出力及び効率の増大により、機械１００のより大きな性能が得られる。
【００１３】
本開示は蒸気タービンに関して説明してきたが、本開示の教示は、複数加圧ケーシングを貫通しかつそれらケーシング間に軸受を有する回転シャフトを備えたあらゆる装置、例えば気体圧縮機に適用可能であることを、強調しておきたい。
【００１４】
本明細書では、「第1の」、「第２の」などの用語は、如何なる順序、数量又は重要度も意味するものではなく、むしろ１つの要素を別の要素と区別するために使用しており、本明細書における数詞のない表現は、言及したアイテムが少なくとも１つ存在していることを意味している。数量に関連して使用した修飾語「約」というのは、記載した数値を包含しておりかつ文脈によって示される意味を有している（例えば、特定の数量の測定値に関連するある程度の誤差を含む）。本明細書で使用する場合における「１つ又は複数の」というのは、それが修飾するタームのものが単数及び複数の両方で存在し、それによってそのタームの1つ又はそれ以上を含むことを意図している（例えば、１つ又は複数の金属というのは、１つ又はそれ以上の金属を含む）。本明細書に開示した範囲は、包括的なものであり、独立して組合せ可能である（例えば、「最大約２５重量％まで、又はより具体的には、約５重量％〜約２０重量％」の範囲は、端点を含みかつ「約５重量％〜約２５重量％」の範囲の全ての中間値などを含む）。
【００１５】
本明細書では様々な実施形態を説明しているが、それらにおける要素の様々な組合せ、変形又は改良を当業者が行うことができかつそれらが本発明の技術的範囲内にあることは、明細書から明らかであろう。さらに、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱せずに特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合させるように、多くの変更を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるべきものではなく、本発明は、提出した特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することになることを意図している。
【符号の説明】
【００１６】
１００  機械
１０２  台座
１０４  第1のケーシング
１０８  回転シャフト
１０６  第１のタービン
１１０  第１の端部パッキン
１２６  第２のタービン
１２４  第２のケーシング
１３０  第２の端部パッキン
１４０  密封チャンバ
１４２  軸受
【図１】
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