(57)【要約】【課題】  外側ハウジング（２２）とロータシャフト（１２）との間をシールするのを可能にする方法を提供する。【解決手段】  ロータシャフト（１２）は、その上に固定された少なくとも1つのバケットを含み、該バケットは、流れ導入側（５０）及び流れ流出側（５２）を有する。本方法は、外側ハウジング（２２）とロータシャフト（１２）との間に画成されたギャップ内にほぼ水平な接触面（８６）を有するスピルストリップ（８２）を結合する段階と、バケットカバー（６６）から突出部が延びてスピルストリップのほぼ水平な接触面に接触するようにして該バケットの半径方向外側先端部にカバーを結合する段階とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ハウジング（２２）と、
第１の軸線（４８）を中心に回転可能に前記外側ハウジング内に支持されたロータシャフト（１２）と、
前記ロータシャフトに固定され、その末端先端部（６８）にバケットカバー（６６）を有し、かつ流れ導入側（５０）及び流れ流出側（５２）を有するバケット（１６）と、
前記外側ハウジングに取付けられかつ前記バケットカバーと対向して配置されたスピルストリップ（８２）を有し、前記スピルストリップがほぼ水平な接触面（８６）を有するノズルダイアフラム（２０）と、
前記バケットカバーから延びて該バケットカバーと前記ほぼ水平な接触面との間のギャップ内に前記スピルストリップとの間のシールを形成する突出部（８０）と、
を含むタービン（１０）。
【請求項２】
前記突出部（８０）が前記第１の軸線（４８）に対してほぼ垂直である、請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項３】
前記突出部（８０）がホーン形状をしている、請求項２記載のタービン（１０）。
【請求項４】
前記突出部（８０）が前記バケットカバー（６６）と一体である、請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項５】
前記突出部（８０）が前記バケット（１６）の流れ導入側（５０）に配置されている、請求項１に記載のタービン１０。
【請求項６】
前記スピルストリップ（８２）が変形可能である、請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項７】
前記スピルストリップ（８２）が加鉛青銅を含む、請求項６記載のタービン（１０）。
【請求項８】
前記スピルストリップ（８２）が、背後をばねで付勢されかつ半径方向に可動である、請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項９】
前記バケット（１６）と前記ノズルダイアフラム（２０）との間に配置されたラビリンスシール（４０）をさらに含み、該ラビリンスシール４０が、
前記バケットカバー（６６）上に流れ流出側（５２）に隣接して配置されたほぼ水平なパッキン面（７０）と、
前記ノズルダイアフラムから前記パッキン面に向かって延びて前記バケットと前記ノズルダイアフラムとの間のギャップ内にシールを形成する複数の歯状突起（６９）と、をさらに含む、
請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項１０】
外側ハウジング（２２）を有するタービン（１０）と、
第１の軸線（４８）を中心に回転可能に前記外側ハウジング内に支持されたロータシャフト（１２）と、
前記ロータシャフトに固定され、その末端先端部（６８）にバケットカバー（６６）を有し、かつ流れ導入側（５０）及び流れ流出側（５２）を有するバケット（１６）と、
前記外側ハウジングに取付けられかつ前記バケットカバー（６６）と対向して配置されたスピルストリップ（８２）を有し、前記スピルストリップがほぼ水平な接触面（８６）を有するノズルダイアフラム（２０）と、
前記バケットカバーから延びて該バケットカバーと前記ほぼ水平な接触面との間のギャップ内に前記スピルストリップとの間のシールを形成する突出部（８０）と、
を含む動力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には回転機械に関し、より具体的には回転機械内部の回転構成部品と固定構成部品との間をシールするのを可能にするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン及びガスタービンは、他の目的の中でも特に発電機用の動力を発生するために用いられる。蒸気タービンは、一般的に、直列流れ関係になっている蒸気入口、タービン及び蒸気出口を含む蒸気流路を有する。ガスタービンは、一般的に、直列流れ関係になっている空気取入口（又は入口）、圧縮機、燃焼器、タービン及びガス出口（又は排気ノズル）を含むガス流路を有する。圧縮機及びタービンセクションは、少なくとも１つの円周方向に間隔を置いて配置された回転ブレード又はバケット列を含む。
【０００３】
タービン効率の少なくとも一部は、回転バケットの先端部と周囲のケーシングとの間の半径方向間隙又はギャップによって決まり、またロータとダイアフラムパッキンとの間の間隙を維持することによって決まる。何れかの間隙が大き過ぎる場合、蒸気又はガス流は間隙ギャップを通って漏洩し、従ってタービンの効率を低下させることになる。一方、何れかの間隙が小さ過ぎる場合、ロータバケット先端部が、特定のタービン運転状態時に周囲のケーシングと望ましくない接触を生じることになる。より高い圧力区域からより低い圧力区域に流れる流路から外へ又は流路内へのいずれかのガス又は蒸気漏洩は、一般的に望ましくない。
【０００４】
流路漏洩を最少にするのを可能にするために、少なくとも一部の公知のタービンでは、複数のラビリンスシールを使用する。公知のラビリンスシールは、タービン内に存在する可能性がある高い圧力差に抗してシールするのを可能にする長手方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起列を含む。しかしながら、カバーがバケット先端から延びるテノンと交差してかしめられている場合には、回転構成部品と固定構成部品との間での予想される相対軸方向運動により、ラビリンスシールを用いることができない場合がある。その上、カバー及びテノン内に生じる遠心応力により、ブレードの流れ流出側に沿って配置された単一のシール部材に対するシール可能な接触の大きさ及び量が制限される可能性がある。従って、このようなシール構成は、他のラビリンスシール構成と比較して比較的高い流量係数を有するおそれがある。さらに、単一のシール部材はまた、回転構成部品と固定構成部品との間の相対軸方向運動に対して一層敏感でもある可能性ある。単一の流れ流出側シールに代わる形態として、先端ブラシシール及び一体形カバーバケットがあるが、これらの形態は両方とも、一般的に単一のシール部材構成よりも一層費用がかかりかつ遙かに信頼性が低い可能性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、回転構成部品と固定構成部品との間をシールするのを可能にする方法を提供する。回転構成部品は、その上に固定された少なくとも1つのバケットを含み、該バケットは、流れ導入側及び流れ流出側を有する。本方法は、回転構成部品と固定構成部品との間に画成されたギャップ内にほぼ水平な接触面を有するスピルストリップを結合する段階と、バケットカバーから突出部が延びてスピルストリップのほぼ水平な接触面にもう少しで接触するようにして該バケットの半径方向外側先端部にカバーを結合する段階とを含む。
【０００６】
別の態様では、タービンを提供する。タービンは、外側ハウジングと、第１の軸線を中心に回転可能に前記外側ハウジング内に支持されたロータシャフトと、その末端先端部にバケットカバーを有する状態でロータシャフトに固定されたバケットとを含む。バケットは、流れ導入側及び流れ流出側を有する。ノズルダイアフラムが、外側ハウジングに取付けられる。ノズルダイアフラムはバケットカバーと対向して配置されたスピルストリップを有し、スピルストリップはほぼ水平な接触面を有する。タービンはさらに、バケットカバーから延びて該バケットカバーとほぼ水平な接触面との間のギャップ内にスピルストリップとの間のシールを形成する突出部を含む。
【０００７】
さらに別の態様では、動力システムを提供する。本動力システムは、外側ハウジングを有するタービンと、第１の軸線を中心に回転可能に前記外側ハウジング内に支持されたロータシャフトと、その末端先端部にバケットカバーを有する状態でロータシャフトに固定されたバケットとを含む。バケットは、流れ導入側及び流れ流出側を有する。ノズルダイアフラムが、外側ハウジングに取付けられる。ノズルダイアフラムはバケットカバーと対向して配置されたスピルストリップを有し、スピルストリップはほぼ水平な接触面を有する。タービンはさらに、バケットカバーから延びて該バケットカバーとほぼ水平な接触面との間のギャップ内にスピルストリップとの間のシールを形成する突出部を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、例示的な蒸気タービン１０の断面図である。蒸気タービン１０は、該タービン１０を貫通して延びかつ各端部において軸受支持体１４によって回転可能に支持されたシャフト１２を含む。複数のタービンブレード１６列がシャフト１２に結合され、また複数の固定タービンノズル１８が隣接するタービンブレード１６列間に配置される。タービンブレード１６はタービンシャフト１２に結合され、またタービンノズル１８は、タービンブレード１６及びノズル１８を囲むハウジングすなわちシェル２２に取付けられた支持部材すなわちノズルダイアフラム２０に結合される。蒸気入口ポート２４は、蒸気源から供給された蒸気をタービン１０内に流し、また主蒸気制御弁２６はタービン１０内への蒸気流量を制御する。
【０００９】
運転中、蒸気は、ノズル１８によってブレード１６に衝突するように向けられて、それによってブレード１６をタービンシャフト１２と共に回転させる。ノズル１８を通って吐出された蒸気の一部分は、抽出チャンバー３０及び３２に流入し、所定量の蒸気はまた様々な給水加熱器（図示せず）に送られる。タービンブレード１６を通過した後に、蒸気は、蒸気排出ケーシング３４及び排出出口３６を通して吐出され、回収用の復水器（図示せず）に戻る。
【００１０】
図２は、ノズルダイアフラム２０及びバケット１６の断面図である。ノズルダイアフラム２０は、外側タービンハウジング２２（図１に示す）に結合された外側リング部分４１と、内側リング部分４２と、ノズル翼形部分４３とを含む。タービンバケット１６は、タービンシャフト１２から延びかつ軸線４８を中心に回転可能なタービンホイール４６にそれらの半径方向内端部において固定される。バケット１６は、流れ導入側５０及び流れ流出側５２を有する。
【００１１】
ラビリンスシール４０が、ノズルダイアフラム２０とバケット１６との間に配置される。ラビリンスシール４０は、ノズルダイアフラム２０内の円周方向に延びる溝５６内に取付けられたパッキンリング５４を含む。パッキンリング５４は、該パッキンリング５４から延びる複数の軸方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起６４のようなシール手段を含む。パッキンシール手段はまた、ブラシシール（図示せず）又は軸方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起６９とブラシシールとの組合せを含むこともできる。
【００１２】
バケット１６は、その末端端部すなわち先端部６８にバケットカバー６６を有する。バケットカバー６６は、かしめ式テノン（図示せず）によってバケット１６に固締される。バケットカバーは、一般的に１つのバケットカバー当たり４、５又は６個のバケットをもつようにグループ分けしてセグメント化される。バケットカバー６６は、流れ流出側５２に隣接して配置されたパッキン面７０を有する。パッキン面は、第１の軸線４８に対してほぼ平行である。１つの実施形態では、パッキンリング５４は、パッキン面７０と対向して配置されて該パッキン面７０と複数の歯状突起６４との間のギャップ内にシールを形成する。
【００１３】
ラビリンスシール４０は、該シールの両側での高圧領域から低圧領域に向かう流体流に対して比較的多数の障害物すなわち歯状突起を配置し、各障害物が流体を曲がりくねった通路に沿って強制的流すことによって機能し、それによって漏洩流を減少させる。ラビリンスシール４０の両側での圧力降下の合計は、当然その軸方向両側での高圧及び低圧領域間の圧力差である。パッキンリング５４は、一般的に背後をばねで付勢されており、従って激しいロータ／シール干渉を受けると半径方向に自由に動く。
【００１４】
突出部８０は、バケットカバー６６から、該突出部８０と対向して配置されたノズルダイアフラム２０内のスピルストリップ８２に向かって延びる。この例示的な実施形態では、突出部８０は、バケット１６の流れ導入側５０に隣接して配置される。突出部８０は、第1の軸線４８に対してほぼ垂直である。１つの実施形態では、突出部８０は、尖頭端部８４を有するホーン形状をしている。別の実施形態では、突出部８０は、バケットカバー６６と一体である。流れ導入側５０の突出部８０の剛性を増すことにより、カバーのグループ分けした端部上のコーナカットの必要性が排除される。
【００１５】
スピルストリップ８２は、第1の軸線４８に対してほぼ平行な接触面８６を有する。１つの実施形態では、接触面８６には歯状突起が無い。突出部は、スピルストリップ８２の接触面にもう少しで接触する。突出部８０は、該突出部８０とスピルストリップ８２との間のギャップ内にシールを形成するように接触面８６をシールする。１つの実施形態では、スピルストリップ８２は、加鉛青銅のような変形可能な材料で作られる。別の実施形態では、スピルストリップ８２は、様々な運転状態に対する温度要件に基づいて任意の適当な材料で作られる。別の実施形態では、スピルストリップ８２は、背後をばねで付勢されているので、自由に半径方向に動いて該スピルストリップ８２を突出部８０から半径方向外向きに離れるように維持する。
【００１６】
上述の突出部により、単一の流出側シール構成よりも低い流量係数が得られる。この突出部は、回転構成部品と固定構成部品との間の相対軸方向運動にはそれほど敏感ではない。その結果、この突出部は、費用効果がありかつ時間節約になる方法でタービンの性能を著しく向上させる。
【００１７】
本明細書中では蒸気タービンエンジン用のタービンに関連して本発明を説明しかつ図示しているが、本発明は、蒸気タービンエンジン内部の任意の全体的高圧区域と任意の全体的低圧区域との間のあらゆる流体の漏洩を制御するために使用できることを理解されたい。従って、本発明の実施は、蒸気タービンエンジンに限定されるものではない。
【００１８】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示的な蒸気タービンの断面図。
【図２】図１に示すノズルダイアフラム及びバケットの拡大断面図。
【符号の説明】
【００２０】
１６  タービンブレード
２０  ノズルダイアフラム
４０  ラビリンスシール
４１  ダイアフラム外側リング部分
４２  ダイアフラム内側リング部分
４３  ノズル翼形部分
４４  タービンバケットの半径方向内端部
４６  タービンホイール
４８  軸線
５０  流れ導入側
５２  流れ流出側
５４  パッキンリング
５６  溝
６６  バケットカバー
６８  バケット先端
６９  ラビリンスシール歯状突起
７０  パッキン面
８０  突出部
８２  スピルストリップ
８４  突出部の尖頭端部
８６  スピルストリップ接触面
【図１】
2004332736.tif 000003
【図２】
2004332736.tif 000004