(57)【要約】バケットカバー（１２）の隣接する縁部は互いにシールされる。固定シュラウド（１４）から突出するブラシシール（１８）は、バケットカバーの上に位置する。そこにおいて隣接するカバーが互いにシール状態で係合するジョイントは、高圧の流体が半径方向にブラシシールの剛毛（２２）中に流出するのを阻止し、剛毛の半径方向及び軸方向の偏向とその結果としての剛毛の破損を防止する。カバー間のジョイントは、ラップジョイント（４１）又は凸凹ジョイント（７４）を含むことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転可能なバケット（１０）と、該回転可能なバケットを取り囲む固定シュラウド（１４）と、タービンを通る流体媒体流路とを有するタービンにおける、前記バケットと前記固定シュラウドとの間のシールであって、
タービンの軸線の周りで所定の周方向に前記バケットと共に回転するように該バケットの半径方向外端により支持され、該バケットの回転方向に前縁部（４６）と後縁部（４４）とを有する複数の円弧状のカバー（１２）と、
前記シュラウドから突出し、前記カバーの半径方向外面とシール状態で係合する複数の剛毛（２２）を含むブラシシール（１８）と、
周方向に隣接するカバーの間のジョイント（４１、７４、８８）と、
を含み、
隣接する前記前縁部と後縁部とが互いにシール状態で係合して、前記バケット及びカバーが前記ブラシシールに対して回転するとき、前記流体媒体が半径方向に前記剛毛上に流出するのを実質的に阻止する、
ことを特徴とするシール。
【請求項２】
前記ジョイントが、ラップジョイント（４１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記ジョイントが、凸凹ジョイント（７４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシール。
【請求項４】
前記バケットの各々が、個別のカバー（６０）を含んでおり、前記バケット及びカバーが、一体に鋳造されていることを特徴とする、請求項１に記載のシール。
【請求項５】
前記ジョイントが、ラップジョイント（４１）を含むことを特徴とする、請求項４に記載のシール。
【請求項６】
前記ジョイントが、凸凹ジョイント（７４）を含むことを特徴とする、請求項４に記載のシール。
【請求項７】
前記カバーが、周方向に延びる個別のバンド（８０）を形成し、該バンドが、少なくとも２つの隣接するバケットに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のシール。
【請求項８】
前記ジョイントが、ラップジョイント（４１）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のシール。
【請求項９】
前記ジョイントが、凸凹ジョイント（７４）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のシール。
【請求項１０】
前記隣接する縁部が、軸方向にかつ周方向に互いに間隔を置いて配置された直線状にほぼ軸方向に延びる端縁（５３、５５）と、該端縁の中間にあって該端縁を相互接続する傾斜した端縁（５２）とを有しており、前記ブラシシールの剛毛が、前記中間の傾斜した端縁の軸方向位置に対応する軸方向位置において前記カバー面に係合することを特徴とする、請求項１に記載のシール。
【請求項１１】
前記ジョイントが、前記カバーの上に位置しかつ前記隣接するカバーの間に跨る外側カバー（８４）を含んでおり、該外側カバーが、前記隣接するカバーの間のあらゆる間隙をシールすることを特徴とする、請求項１に記載のシール。
【請求項１２】
複数の回転可能なバケットと、該回転可能なバケットを取り囲む固定シュラウド（１４）と、タービンを通る流体媒体流路とを有するタービンにおける、前記バケットと前記固定シュラウドとの間のシールであって、
タービンの軸線の周りで所定の周方向に前記バケットと共に回転するように該バケットの半径方向外端により支持され、隣接する縁部を有する複数の円弧状のカバー（１２）と、
前記シュラウドから突出し、前記カバーの半径方向外面とシール状態で係合する複数の剛毛（２２）を含むブラシシール（１８）と、
周方向に隣接するカバーの間のジョイント（４１、７４、８８）と、
を含み、
前記隣接する縁部の少なくとも一部分が互いに重なり合って、前記剛毛が係合する前記カバー面の軸方向位置に対応する軸方向位置において前記隣接するカバーを互いに実質的にシールし、前記隣接する縁部の重なり合う部分を通って前記流体媒体が半径方向に流出するのを実質的に阻止する、
ことを特徴とするシール。
【請求項１３】
前記ジョイントが、ラップジョイント（４１）を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のシール。
【請求項１４】
前記ジョイントが、凸凹ジョイント（７４）を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のシール。
【請求項１５】
前記バケットの各々が、個別のカバー（６０）を含み、前記バケット及びカバーの各々が、一体に鋳造されていることを特徴とする、請求項１２に記載のシール。
【請求項１６】
前記ジョイントが、ラップジョイント（４１）を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のシール。
【請求項１７】
前記ジョイントが、凸凹ジョイント（７４）を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のシール。
【請求項１８】
前記カバーが、周方向に延びる個別のバンド（８０）を形成し、該バンドが、少なくとも２つの隣接するバケットに接続されていることを特徴とする、請求項１２に記載のシール。
【請求項１９】
前記ジョイントが、ラップジョイント（４１）を含むことを特徴とする、請求項１８に記載のシール。
【請求項２０】
前記ジョイントが、凸凹ジョイント（７４）を含むことを特徴とする、請求項１８に記載のシール。
【請求項２１】
前記隣接する縁部が、軸方向にかつ周方向に互いに間隔を置いて配置された直線状にほぼ軸方向に延びる端縁（５３、５５）と、該端縁の中間にあって該端縁を相互接続する傾斜した端縁（５２）とを有しており、前記ブラシシールの剛毛が、前記中間の傾斜した端縁の軸方向位置に対応する軸方向位置において前記カバー面に係合することを特徴とする、請求項１２に記載のシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンバケットの先端に支持されるバケットカバーと該カバーを取り囲みかつそれに係合するブラシシールとに関し、より具体的には、タービンを通って流れる流体媒体が、取り囲んでいるブラシシールの剛毛上に半径方向に流出するのを最小限にするか又は排除するための、バケットカバーの隣接する縁部間のシールに関する。
【０００２】
【発明の背景】
本出願と同一の出願人の米国特許第６，０３６，４３７号に記載しているように、タービン段の上流部分と下流部分との間をシールするためのタービンバケットカバーと該バケットカバーを取り囲むブラシシールとは公知である。タービンバケットカバーは、一般的に２つの形態のうちのいずれかで構成される。バケットと個別のバケットカバーとは、しばしば互いに一体に鋳造されて、タービンホイールに取り付けられる。隣接するカバーの隣接する縁部は、一般的に半径方向に見てほぼＺ字形のジョイントを形成する。他のバケットカバーは、２つ又はそれ以上のバケットに跨るカバーバンドの形態で構成される。バケットカバーバンドは、一般的にバケットの先端に形成されたほぞを受けるための開口を有しており、該ほぞは、カバーバンドをバケットに固定するためにくさび形に加工されている。一体に鋳造されたバケット及びカバーと同様に、カバーバンドの隣接する縁部は、半径方向に見たときほぼＺ字形状のジョイントで互いに係合する。
【０００３】
理解されるように、タービンを通る流路内の流体媒体、例えば蒸気タービンの蒸気流路中を流れる蒸気の圧力は、カバーの半径方向外方の蒸気圧力より著しく高い圧力になっている。この圧力差が、隣接するカバーの縁部間の間隙を通して流体媒体を半径方向に流出させる。これらの間隙は、流体媒体が半径方向及び軸方向に流出するのを許すので、それによってタービン性能が低下する。一般的にバケット及びカバーを取り囲むシュラウド中に、ラビリンスシール及び／又はブラシシールが用いられ、それらのシールによって間隙を通してのまた間隙の周りでの軸方向の流れに起因する性能損失を制限することができる。ブラシシールはまた、ラビリンスシールの使用に優る追加の性能上の利点を生じる。しかしながら、タービンバケット先端のブラシシールは、剛毛束の領域において半径方向の流れにより影響を受ける。バケットカバー間の半径方向の間隙を通しての剛毛束中への半径方向の流れは、剛毛に疲労及び破損を生じさせる。つまり、隣接するバケットカバー間の間隙を通しての半径方向外方への流体媒体の個々の流れは、剛毛を外向き方向に偏向させ、同時に剛毛を軸方向に傾斜させる傾向をもつ。従って、所定の剛毛位置周りで間隙が通過する毎に、剛毛は、半径方向の流れによって軸方向及び半径方向の両方向に偏向させられる。その上、剛毛は次の半径方向外向きの流れがそれらの偏向を繰り返さないうちにもとの状態に戻ろうとする。これらの偏向サイクルが、剛毛に疲労及び破損を生じさせる。１つの段に８０のカバーと間隙を有する６０Ｈｚの機械の場合には、４０、０００Ｈｚの刺激が、タービンホイールの周りの剛毛の様々な周方向位置において剛毛束に与えられるということが解るであろう。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の好ましい実施形態によると、カバーの隣接する縁部間の間隙は、半径方向の流れの漏洩が最小限にされるか又は排除される程度にシールされる。隣接するカバーの縁部のこれらの部分は、流路から半径方向に例えば蒸気が漏洩するのが最小限にされるか又は阻止され、その結果タービン性能が向上されるように、互いに結合される。剛毛の先端と外側カバー面との間の接触領域に沿ってカバー部分を互いにシール状態で係合させることにより、半径方向の流出によるシールの剛毛束への有害な影響の可能性が排除される。具体的には、カバーの隣接する縁部が、互いに重なり合わされる。例えば、ラップジョイントが、隣接する縁部の間に形成される。別の形態では、凸凹ジョイントが設けられてもよい。さらに別の形態では、追加のカバーセグメントが、下に位置するカバーに対して周方向に千鳥配列の状態でカバーの上に配置され、隣接する下に位置するカバー間の間隙を上に位置するカバーによりシールすることができる。
【０００５】
別の１つの好ましい実施形態において、複数の回転可能なバケットと、該回転可能なバケットを取り囲む固定シュラウドと、タービンを通る流体媒体流路とを有するタービンにおいて、バケットと固定シュラウドとの間のシールは、タービンの軸線の周りで所定の周方向にバケットと共に回転するように該バケットの半径方向外端により支持され、該バケットの回転方向に前縁部と後縁部とを有する複数の円弧状のカバーと、シュラウドから突出し、カバーの外面とシール状態で係合する複数の剛毛を含むブラシシールと、カバーの隣接する前縁部と後縁部とを互いにシールして、バケット及びカバーがブラシシールに対して回転するとき、流体媒体が半径方向に剛毛上に流出するのを実質的に阻止する、周方向に隣接するカバー間のジョイントとにより達成される。
【０００６】
さらに別の好ましい実施形態において、複数の回転可能なバケットと、該回転可能なバケットを取り囲む固定シュラウドと、タービンを通る流体媒体流路とを有するタービンにおいて、バケットと固定シュラウドとの間のシールは、タービンの軸線の周りで所定の周方向にバケットと共に回転するように該バケットの半径方向外端により支持され、隣接する縁部を有する複数の円弧状のカバーと、シュラウドから突出し、カバーの外面とシール状態で係合する複数の剛毛を含むブラシシールと、互いに重なり合い、剛毛が係合するカバー面の軸方向位置に対応する軸方向位置において隣接するカバーにシール状態で互いに係合する、隣接する縁部の少なくとも一部分を含み、重なり合う部分を通って流体媒体が半径方向に剛毛上に流出するのを実質的に阻止する、周方向に隣接するカバー間のジョイントとにより達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、タービンのようなターボ機械の回転構成部品の一部を形成し、その内端において軸線１３の周りで回転可能なタービンホイール１１に固定された複数のバケット１０を示す。バケット１０の半径方向外端には、バケットと共に回転するバケットカバー１２が設けられている。カバー１２は、各バケットの半径方向外端に、又は隣接するバケットが共通のカバー又はバンド１２に結合され得るようにバンドの形態で２つ又はそれ以上のバケットの外端に設けられることができる。隣接するバケットカバー又はバンド１２の間のジョイントは、半径方向に見たときにほぼＺ字形の形状である（例えば、図７を参照）。
【０００８】
図１に示すように、密閉シュラウド１４が、回転平面内においてバケットと半径方向に向かい合ってターボ機械の固定構成部品１６に固定される。一般的に、密閉シュラウドは、バケットカバー１２の周りに環状空間を形成する、複数の周方向に間隔を置いて配置された密閉セグメントを含む。シュラウド又はシュラウドセグメントは、軸方向に間隔を置いて配置されたラビリンス歯１７を含み、固定構成部品と回転可能なバケットカバーとの間のシールを行なう。ラビリンスシールの代わりに、又は図示するようにラビリンスシールと組み合わせて、ブラシシール１８が設けられる。ブラシシール１８は、図８に示すように、複数の剛毛２２を収納するブラシシールブラケット２０を含み、該剛毛２２は、ブラケット２０から突出し、その先端又は末端をバケットカバー１２の外面に対して係合させることができる。ブラケット２０は、剛毛をブラケット２０に固定するのにも役立つ溶接２５によりその基端部において互いに結合された１対の平行なプレート２１及び２３を含むことができる。ブラケット２０は、複数のかかるブラケットがバケットカバー１２の周りに環状のブラシシールを形成するように、周方向にセグメント化される。
【０００９】
図２は、従来技術のバケットカバー２６が２つ又はそれ以上のバケット２７の間で周方向に延びているのを示す。周方向に延びているバケットカバー２６の隣接する縁部２８及び２９は、間隙３０を形成しており、この間隙３０が、高圧の流体媒体、例えば蒸気タービン中の蒸気がバケットカバー２６の間を半径方向外向きに流れ、ブラシシール２３の剛毛２２へ半径方向に衝突するのを許す。バケットカバー２６間の間隙３０が固定した剛毛を通過して回転するとき、半径方向外向きの流れは、剛毛２２を半径方向にかつ軸方向にしかも高い周波数で偏向させ、タービン性能を低下させ、また剛毛に疲労や破損を生じさせる。
【００１０】
図３は、バケットカバー４０と係合する剛毛２２を有するブラシシール１８を示す。隣接するバケットカバーセグメントの間の間隙に代えて、隣接するカバーセグメントの隣接する縁部は、ラップジョイント（あいがきはぎ）４１を形成する。例えば、また図３に示すように、矢印４２により示す回転方向において先行する各バケットカバー４５の後縁部分４４は、後続するバケットカバー４８の半径方向内側の前縁部分４６の半径方向外側に位置し、またその前縁部分とシール状態で係合して重なり合う。重なり合った縁部分４４及び４６は、バケットカバー４５及び４８の間にシールを形成する。ラップジョイントは、周方向に隣接するバケットカバー又はカバーバンドの隣接する縁部の各々に設けられる。
【００１１】
バケットカバーバンド又はセグメントは、ブラシシール１８の剛毛束を形成する剛毛２２の軸方向の広がりより大きい軸方向の広がりを有する。剛毛２２の先端は、カバーの上流側から区別されるような、カバーの下流側に沿う軸方向位置においてバケットカバーの外面に係合するのが望ましい。図７に、流体媒体流れが矢印５０により示され、またバケットカバーの回転方向が矢印５１により示されている。ブラシシールの剛毛２２は、バケットカバーの下流側に係合する。さらに、図７に示すように、カバー４５及び４８のような隣接するバケットカバーの間のジョイントは、ほぼＺ字形の形状になっており、従って、カバー４５及び４８の隣接し重なり合った縁部分４４及び４６は、図７の平行なＺ字形の実線と破線で示されるような、それぞれ同様なほぼＺ字形の形状を有する。この形状において、ブラシシールの剛毛は、Ｚ字形のジョイントの中間の軸方向に傾斜した端縁５２の軸方向位置に対応する軸方向位置においてカバー４０の外面に係合する。重ね合わされたジョイントは、隣接する縁部の軸方向の全範囲に延びることができるが、大切なのは、剛毛先端が重ね合わされたジョイントの軸方向位置おいてバケットカバーに係合することである。ただし傾斜した端縁５２が重ね合わされてシールを形成し、剛毛先端がこのように形成されたシール、すなわちラップジョイントの軸方向位置においてカバーの外面に係合して、高圧の流体媒体が半径方向に剛毛束中に流出するのを阻止するようになっている場合には、隣接するカバー４０のそれぞれ上流側と下流側に沿う直線状に延びる端縁５３及び５５は、重ね合わされる必要はない。
【００１２】
図４は、個々のバケットの隣接するバケットカバー６０間のラップジョイントを示す。つまり、図３に示すような２つ又はそれ以上のバケットに跨るバケットカバーバンド又はセグメントの代わりに、個別のバケットカバー６０が各バケットに対してそれぞれ設けられる。重ね合わされたジョイント６４が、各それぞれの対の隣接する縁部６６及び６８の間に示されている。
【００１３】
図５に示すように、バケット７０の各バケットには、それぞれ個別のバケットカバー７２が設けられる。バケットカバー７２の隣接する縁部には、凸凹ジョイント（さねはぎ）７４が設けられる。例えば、先行するバケットカバーは、後続するバケットカバーの前縁部に沿って形成されたタング７８を受けるようにほぼ軸方向に延びるスロット７６を有する。このようにして、凸凹ジョイントは、重ね合わされたシールを形成し、軸方向の流れ中の高圧の流体媒体が半径方向にブラシシール１８の剛毛中に流出するのを阻止する。前述の実施形態におけるように、剛毛束は、隣接するバケットカバー間のシールの半径方向上方に位置する軸方向位置に設置される。さねはぎ式に重なり合うシールはまた、個々のバケット上の個別のカバーに関して図５に示す方法で、２つ又はそれ以上のバケットを跨ぐバケットカバーセグメントにも用いることもできる。
【００１４】
図６は、周方向に複数のバケット８２を跨ぐ複数のバケットカバー又はバンド８０を示す。しかしながら、この実施形態においては、第２の又は外側のカバー８４が、内側カバーに対して周方向に千鳥配列された位置で内側カバー８０の上に位置する。従って、図示されるように、外側カバー８４は、バンド又はセグメントと同様に不連続の長さで設けられる。これらの外側カバー８４はまた、隣接する内側カバー８０間の周方向の間隙８６に跨がり、従って、隣接するカバー８０と共にそれらの間にシールされたジョイント８８を形成する。上に位置するカバー８４は、従って間隙８６をシールし、またカバー８４に沿う剛毛先端に係合する軸方向位置に対応する軸方向位置においてシールを形成する。その結果、剛毛は、該剛毛を偏向させて疲労を生じさせがちになる高圧の流体媒体の半径方向の流出が全く無い表面に沿って、外側カバー８４に係合する。
【００１５】
本発明のいくつかの好ましい特徴のみを例示し説明してきたが、当業者には多くの修正及び変更が想到されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の技術思想の範囲内に属する全てのそのような修正及び変更を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による改良されたシールを形成する、バケット、バケットカバー及び剛毛を示す、タービンの軸線に沿う半径方向の平面で見た部分断面正面図。
【図２】従来技術による、バケット、バケットカバー及びブラシシールを示す軸方向部分概略図。
【図３】本発明の１つの好ましい実施形態を示す軸方向部分概略図。
【図４】本発明の別の好ましい実施形態を示す軸方向部分概略図。
【図５】本発明の別の好ましい実施形態を示す軸方向部分概略図。
【図６】本発明の別の好ましい実施形態を示す軸方向部分概略図。
【図７】タービンバケットの回転軸線に垂直な平面で半径方向内向きに見下ろした複数のバケットカバーとブラシシールを示す図。
【図８】剛毛とバケットカバーの係合を示す断面図。
【符号の説明】
１０  バケット
１１  タービンホイール
１２  バケットカバー
１３  軸線
１４  密閉シュラウド
１６  固定構成部品
１７  ラビリンス歯
１８  ブラシシール
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
2004515698.tif 000011
2004515698.tif 000012
2004515698.tif 000013
2004515698.tif 000014
2004515698.tif 000015
2004515698.tif 000016
2004515698.tif 000017
2004515698.tif 000018
2004515698.tif 000019
2004515698.tif 000020
2004515698.tif 000021
2004515698.tif 000022
2004515698.tif 000023
2004515698.tif 000024
2004515698.tif 000025
2004515698.tif 000026
2004515698.tif 000027
2004515698.tif 000028
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515698.tif 000029
【国際調査報告】
2004515698.tif 000030
2004515698.tif 000031
2004515698.tif 000032