(57)【要約】【課題】多段タービンにおけるパッキングリングを提供する。【解決手段】本パッキングリングは、ダブテール機構（２３）で接合した２つのリングセグメント（２０、２２）を含む。幾つかの実施形態では、ダブテール機構（２３）は、雄／雌構成を含むことができる。他の実施形態では、ダブテール機構（２３）は、挿入部／溝構成を含むことができる。挿入部／溝構成の挿入部（２４）は、リングセグメントの１つ（２０）の端部の略平坦な表面から延在する突起を含むことができる。挿入部／溝構成の溝（２６）は、リングセグメントの１つ（２２）の端部の略平坦な表面内にノッチを含むことができる。挿入部／溝構成の挿入部（２４）及び該挿入部／溝構成の溝（２６）は、該挿入部（２４）が該溝（２６）に精密嵌合する近似寸法のものとすることができる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段タービンにおけるパッキングリングであって、２つのリングセグメント（２０、２２）をダブテール機構（２３）で接合してなるパッキングリング。
【請求項２】
前記ダブテール機構（２３）が雄／雌構成を含む、請求項１記載のパッキングリング。
【請求項３】
前記ダブテール機構（２３）が挿入部／溝構成を含む、請求項１記載のパッキングリング。
【請求項４】
前記挿入部／溝構成の挿入部（２４）が、前記リングセグメントの１つ（２０）の端部の略平坦な表面から延在する突起を含む、請求項３記載のパッキングリング。
【請求項５】
前記挿入部／溝構成の溝（２６）が、前記リングセグメントの１つ（２２）の端部の略平坦な表面内にノッチを含む、請求項３記載のパッキングリング。
【請求項６】
前記挿入部／溝構成の挿入部（２４）及び該挿入部／溝構成の溝（２６）が、該挿入部（２４）が該溝（２６）に精密嵌合する近似寸法を含む、請求項３記載のパッキングリング。
【請求項７】
前記挿入部／溝構成の挿入部（２４）が、前記リングセグメント（２０）の端部に配置された矩形突起を含む、請求項３記載のパッキングリング。
【請求項８】
前記挿入部（２４）の長さが、前記リングセグメント（２０）の半径方向厚さを横断する、請求項７記載のパッキングリング。
【請求項９】
前記挿入部／溝構成の溝（２６）が、前記リングセグメント（２２）の端部内に配置された矩形凹部を含む、請求項７記載のパッキングリング。
【請求項１０】
前記溝（２６）の長さが、前記リングセグメント（２２）の半径方向厚さを横断する、請求項９記載のパッキングリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的には多段タービンエンジンに関する。より具体的には、本出願は、それに限定されないが、それぞれの段間に取付けて１つの段から次の段への流体漏れを最少にするパッキングリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンにおいて、そのタービンの効率は、作動流体が１つの段から次の段に漏れるのを防止する能力によってある程度影響を受ける。そのために、段と段との間及びタービンの最外側段と大気との間の境界面に、１つ又はそれ以上のパッキングリングを取付けることができる。これらのリングは、両方の段間に長手方向のシールを形成し、従って作動流体は、段内に適正に閉じ込められるようになる。シールを形成する１つの（又は複数の）パッキングリングは、複数のリングセグメント（一般的には４〜１２個）を含む。これらのリングセグメントは、その形状が湾曲状又は円弧状であり、互いに端部と端部を突き合わせた状態で組立てられてリングを形成する。各リングセグメントは、該セグメントの内側面にわたって延在する歯の組を含む。これらの歯は、シャフトと相互作用して、１つの段から次の段への又は大気への漏れを最少にするのに十分なほどコンボリュート状になった経路又は迷路を形成する。それによって、効果的なシールが形成される。
【０００３】
パッキングリングは高温度環境において機能し、従ってリングセグメントが熱膨張及び収縮を受けることになることは、当業者には解るであろう。パッキングリングを組立てる時には、それらの影響を考慮しなくてはならず、従って、隣接するリングセグメント間に形成した突合せギャップは、その熱特性によって生じる変化に適応するのに十分な大きさにされる。しかしながら、ギャップが大き過ぎる場合には、セグメントが熱膨張した後にそれらセグメント間に残留空間が残ることになり、漏れ経路が形成されることになる。他方、ギャップが小さ過ぎる場合には、セグメントが膨張した時に、それらセグメントは互いに当接しかつより大きな直径へと拡大し、従ってパッキングリングとタービンロータシャフトとの間の半径方向間隙を増大させることになる。
【０００４】
従って、適正な突合せギャップを予測することが、不可欠となる。しかしながら、パッキングリングの熱膨張及び収縮を予測することに関連するタービンの変化する環境並びにその他の不正確さにより一般的に、突合せギャップの許容差が正確であることは殆どないと言える。この状況により、段間の漏れの増大が生じる。さらに、突合せギャップの不正確さを修正するための改善措置は、タービンの運転停止時間の増大を招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この状況を緩和する改良型のリングセグメント設計に対する必要性のあることが分かるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本出願は、多段タービンにおけるパッキングリングについて記述し、本パッキングリングは、ダブテール機構で接合した２つのリングセグメントを含む。幾つかの実施形態では、ダブテール機構は、雄／雌構成を含むことができる。他の実施形態では、ダブテール機構は、挿入部／溝構成を含むことができる。挿入部／溝構成の挿入部は、リングセグメントの１つの端部の略平坦な表面から延在する突起を含むことができる。挿入部／溝構成の溝は、リングセグメントの１つの端部の略平坦な表面内にノッチを含むことができる。挿入部／溝構成の挿入部及び該挿入部／溝構成の溝は、該挿入部が該溝に精密嵌合する近似寸法のものとすることができる。
【０００７】
幾つかの実施形態では、挿入部／溝構成の挿入部は、リングセグメントの端部に配置された矩形突起を含むことができる。挿入部の長さは、リングセグメントの半径方向厚さを横断することができる。
【０００８】
幾つかの実施形態では、挿入部／溝構成の溝は、リングセグメントの端部内に配置された矩形凹部を含むことができる。溝の長さは、リングセグメントの半径方向厚さを横断することができる。
【０００９】
本出願はさらに、多段タービンにおけるパッキングリングについて記述し、本パッキングリングは、一端部に挿入部を備えたリングセグメントと一端部に溝を備えたリングセグメントとを含む。挿入部及び溝は、該挿入部が該溝に係合することができるような寸法にすることができる。
【００１０】
リングセグメントの各々の半径方向外側面は、該リングセグメントにタービンケーシングの半径方向内側面が係合することができるような係合機構を含むことができ、またリングセグメントの各々の半径方向内側面は、歯を含むことができる。
【００１１】
挿入部は、リングセグメントの１つの端部の略平坦な表面から延在する突起を含むことができる。溝は、リングセグメントの１つの端部の略平坦な表面内にノッチを含むことができる。挿入部及び溝は、該挿入部が該溝に精密嵌合する近似寸法のものとすることができる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、挿入部／溝構成の挿入部は、リングセグメントの端部に配置された矩形突起を含むことができる。挿入部の長さは、リングセグメントの半径方向厚さを横断することができる。幾つかの実施形態では、溝は、リングセグメントの端部内に配置された矩形凹部を含むことができる。溝の長さは、リングセグメントの半径方向厚さを横断することができる。
【００１３】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、図面及び特許請求の範囲と関連させて好ましい実施形態の以下の詳細な説明を精査することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、幾つかの図を通して様々な参照符号が同様な部分を表している図を参照すると、図１は、多段タービン内でパッキングリングを形成するために使用することができる２つの従来型のリングセグメント４、６を示している。リングセグメント４、６と共にその他のリングセグメントを使用して、１８０°のパッキングリングを完成することができることが解るであろう。この完全なパッキングリングは、タービン段間に長手方向シールを形成し、従って段内に作動流体を適切に閉じ込めるようにすることができる。図示するように、リングセグメント４、６の半径方向外側面は、該リングセグメントにタービンケーシングの半径方向内側面が係合することができるように、係合機構８を有することができる。このようにして、リングセグメントは、端部と端部を接合して、ガスタービン又は蒸気タービン内に段を囲むことができる。
【００１５】
リングセグメント４、６は、該リングセグメント４、６の半径方向内側面にわたって延在する幾つかの歯１０を含むことができることが解るであろう。これらの歯１０は、シャフト（図示せず）と相互作用して、１つの段から次の段への又は大気への漏れを最少にするのに十分なほどコンボリュート状になった経路又は迷路を形成することができる。一般的には、リングセグメント４、６は、青銅、鋼、又はその他の同様な材料で作ることができる。
【００１６】
図示するように、リングセグメント４とリングセグメント６との間には、突合せギャップ１２を維持することができる。突合せギャップ１２は、リングセグメント４、６が作動中のタービンの高温度に曝された時に熱膨張を可能にする該リングセグメント間のギャップである。理想的には、突合せギャップ１２は、段間の適正なシールを維持しながら膨張を可能にするような寸法にされる。突合せギャップが大き過ぎる場合には、リングセグメント4、6が熱膨張した後にそれらセグメント間に残留空間が残ることになる。矢印１６は、リングセグメント4、6に対するタービンを通る作動流体の流れの方向を全体的に示している。この流れがあるとすると、熱膨張後にセグメント４とセグメント６との間に残留空間が残っている場合には、作動流体がその間を流れることになる漏れ経路が形成される。
【００１７】
他方、突合せギャップ１２が小さ過ぎる場合には、リングセグメント４、６が膨張した時、それらセグメントは互いに当接しかつより大きな直径へと拡大することになる。そのことは、リングセグメント４、６の歯１０とタービンロータシャフトとの間の半径方向間隙を増大させることになる。この場合もまた、漏れ経路が形成され、タービンの全体効率が低下することになる。
【００１８】
図２は、本発明の例示的な実施形態によるリングセグメント２０、２２を示している。図示するように、リングセグメント２０とリングセグメント２２との間の接合面は、ダブテール機構２３を含むことができる。本明細書で使用する場合に、ダブテール機構というのは、雄／雌構成又は挿入部／溝構成を備えたあらゆる接合部を含むものと定義される。従って、各端部において、リングセグメント２０は、挿入部２４を含むことができる。本明細書で使用する場合に、挿入部というのは、略平坦な表面から延在するあらゆる突起を含むものと定義することができる。その端部の各々において、リングセグメント２２は、溝２６を含むことができる。本明細書で使用する場合に、溝は、略平坦な表面内のあらゆる凹部又はノッチを含むものと定義することができる。図示するように、挿入部２４及び溝２６は、該挿入部２４が該溝２６に精密嵌合する近似寸法とすることができる。
【００１９】
図３は、挿入部２４のより詳細な斜視図を示している。図示するように、挿入部２４は、リングセグメント２０の端部に配置された矩形突起を含むことができる。挿入部２４の長さは、リングセグメント２０の半径方向厚さを横断することができる。従って、挿入部２４の最内側半径方向端部において、挿入部２４は、歯１０を含むことができる。また、挿入部２４の最外側半径方向端部は、リングセグメント２０の係合機構８を貫通して延在することができる。挿入部２４のためのその他の形状も使用することができることは、当業者には分かるであろう。
【００２０】
図４は、溝２６のより詳細な斜視図を示している。図示するように、溝２６は、リングセグメント２２の端部内に設置された矩形凹部又はノッチとすることができる。溝２６の長さは、リングセグメント２２の半径方向厚さを横断することができる。従って、溝２６は、歯１０から係合機構８を貫通してリングセグメント２２の端部を横断することができる。溝２６のためのその他の形状も使用することができることは、当業者には分かるであろう。
【００２１】
挿入部２４及び溝２６は、該挿入部２４が該溝２６に精密嵌合することができるような形状及び寸法にされることが、当業者には解るであろう。従って、溝２６の幅は、挿入部２４の幅よりも僅かに大きくすることができる。
【００２２】
使用中には、図５に示すように、挿入部２４／溝２６構成は、たとえ最大熱膨張時に２つのリングセグメント２０、２２間に突合せギャップが残る場合であっても、該突合せギャップ１２を有効なシールが維持されるような寸法にすることを可能にする。図５に示すように、突合せギャップ１２内には空間が残る。従来型の設計では、ギャップは、該ギャップを通る作動流体の軸方向流れを許し、それにより、タービンの効率が低下することになっていた。しかしながら、本発明の実施形態では、突合せギャップ１２を通る軸方向流れは、挿入部２４によって阻止される。具体的には、挿入部２４は、突合せギャップ１２を横断しかつ溝２６に係合して、該突合せギャップ１２を通る作動流体の軸方向流れを効果的に遮断する。
【００２３】
従がって、図５に示すように、ダブテール機構２３つまり挿入部２４／溝２６構成は、突合せギャップ１２の寸法選定におけるより大きな誤差マージンを可能にする。具体的には、たとえリングセグメント間の突合せギャップ１２が該リングセグメントの最大熱膨張時にギャップが残るような寸法である場合であっても、適正なシールを維持することができる。このようにして、狭過ぎる突合せギャップ１２（これは、リングセグメントの端部を互いに当接させかつより大きな直径へと拡大させて漏れ経路を形成させる）を有することになる危険性を回避することができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明から、当業者は、様々な改良、変更及び修正を考え付くであろう。本技術分野のそのような改良、変更及び修正は、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。さらに、以上の説明は本出願の記述した実施形態のみに関するものであること、また特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本出願の技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに、本明細書において多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】２つの従来型のリングセグメントの斜視図。
【図２】本発明の例示的な実施形態による２つのリングセグメントの斜視図。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるリングセグメントの斜視図。
【図４】本発明の例示的な実施形態によるリングセグメントの斜視図。
【図５】本発明の例示的な実施形態によるリングセグメント突合せギャップの斜視図。
【符号の説明】
【００２６】
４、６  従来型のリングセグメント
８  係合機構
１０  歯
１２  突合せギャップ
１６  矢印
２０、２２  リングセグメント
２３  ダブテール機構
２４  挿入部
２６  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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