(57)【要約】【課題】タービンシステム用シールを提供すること。【解決手段】タービンシステム用のシールは、ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置される先端ストリップを有するステータ組立体を含む。また、先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドをさらに含む。先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方に固定された第１の端部と、先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方と滑動可能に係合した第２の端部とを有する屈曲シールをさらに含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステム用のシールであって、
ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置される先端ストリップを有するステータ組立体と、
先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドと、
先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方に固定された第１の端部と、先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方と滑動可能に係合した第２の端部とを有する屈曲シールと
を備える、シール。
【請求項２】
屈曲シールが、タービンシステムの中圧セクションに配置される、請求項１に記載のシール。
【請求項３】
第１の端部が、先端ストリップにボルト締めされる、請求項１に記載のシール。
【請求項４】
第１の端部が、先端ストリップにリベット留めされる、請求項１に記載のシール。
【請求項５】
第１の端部が、パッキンヘッドに溶接される、請求項１に記載のシール。
【請求項６】
ステータ組立体が、中圧セクションの外側ケーシングに動作可能に結合される、請求項２に記載のシール。
【請求項７】
軸方向部分及び半径方向部分をさらに含み、軸方向部分が、ロータの長手方向に相対的に相当し、半径方向部分が、ロータから外側ケーシングに相対的に延びる、請求項６に記載のシール。
【請求項８】
屈曲シールの第２の端部が、軸方向及び半径方向に変位するように構成される、請求項７に記載のシール。
【請求項９】
屈曲シールが、相対的にＹ字形のものである、請求項１に記載のシール。
【請求項１０】
蒸気タービンシステム用のシールであって、
ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置されるステータ先端ストリップを有するステータ組立体と、
ボウル領域に第１の温度で注入される第１の蒸気供給源と、
ステータ先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドと、
ロータ近傍の経路に沿って、第１の温度よりも低い第２の温度で注入されるロータ冷却蒸気供給源と、
固定部分と自由部分とを有する屈曲シールと
を備え、屈曲シールが、ステータ組立体、パッキンヘッド及びステータ先端ストリップの少なくとも１つに固定部分で固定連結され、屈曲シールが、第１の蒸気供給源がロータ近傍の経路に流入するのを阻止する、シール。
【請求項１１】
屈曲シールが、蒸気タービンシステムの中圧セクションに配置される、請求項１０に記載のシール。
【請求項１２】
固定部分が、先端ストリップにボルト締めされる、請求項１０に記載のシール。
【請求項１３】
固定部分が、先端ストリップにリベット留めされる、請求項１０に記載のシール。
【請求項１４】
固定部分が、パッキンヘッドに溶接される、請求項１０に記載のシール。
【請求項１５】
軸方向部分及び半径方向部分をさらに含み、軸方向部分が、ロータの長手方向に相対的に相当し、半径方向部分が、ロータから外側ケーシングに相対的に延びる、請求項１０に記載のシール。
【請求項１６】
屈曲シールの自由部分が、軸方向及び半径方向に変位するように構成される、請求項１５に記載のシール。
【請求項１７】
屈曲シールが、相対的にＹ字形のものである、請求項１０に記載のシール。
【請求項１８】
蒸気タービンシステム用のシールであって、
ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置される先端ストリップを有するステータ組立体とを含む中圧セクションを備え、
中圧セクションが、ロータの長手方向に相当する軸方向部分と、ロータから外側ケーシングに相対的に延びる半径方向部分とを含み、
シールがさらに、
先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドと、
先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方に固定された第１の端部と、先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方と滑動可能に係合され且つ軸方向及び半径方向に変位するように構成された第２の端部とを有する屈曲シールと
を備える、シール。
【請求項１９】
ボウル領域に第１の温度で注入される第１の蒸気供給源と、
ロータ近傍の経路に沿って、第２の温度で注入されるロータ冷却蒸気供給源と
をさらに備え、
第２の温度が第１の温度よりも低く、屈曲シールが、第１の蒸気供給源がロータ近傍の経路に流入するのを阻止する、請求項１８に記載のシール。
【請求項２０】
屈曲シールが、比較的にＹ字形幾何形状構成のものである、請求項１０に記載のシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、タービンシステムに関し、より詳細には、このようなタービンシステム用のシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、蒸気タービンシステムのようなタービンシステムは、各々がロータの一部を収容する、高圧（ＨＰ）セクション及び中圧（ＩＰ）セクションを含む、種々の圧力で作動する異なるセクションを含むことが多い。作動中、冷却供給源をロータに近接したＩＰセクションの区域に導入し、ロータの温度を一般的なＩＰセクションの温度未満に維持するようにするのが一般的である。ロータ表面を低温に維持することを達成できなければ、ロータ直径の設計値を小さくすることが必要となるが、小さな直径は、蒸気タービンシステムの全体性能に悪影響を及ぼす。
【０００３】
ＨＰセクションからの蒸気は、多くの場合、Ｎ２パッキンのようなパッキンを越えてＩＰセクションの低圧環境に向かって漏洩し、ロータ用に冷却源を設ける場合がある。別個の蒸気供給源、すなわち比較的高温のＩＰセクション蒸気がロータ表面に到達するのを防ぐには、ロータ表面に近接したステータ間にシールが必要となる。このような場所を高温のＩＰセクション蒸気からシールする従来の取り組みは、蒸気タービンシステムの作動中にステータが半径方向及び軸方向に変位し、多くの場合、シールと接触するという問題を起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６０６５７５６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様では、タービンシステム用のシールは、ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置される先端ストリップを有するステータ組立体とを含む。また、先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドをさらに含む。先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方に固定された第１の端部と、先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方と滑動可能に係合した第２の端部とを有する屈曲シールをさらに含む。
【０００６】
本発明の別の態様では、蒸気タービンシステム用のシールは、ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置されるステータ先端ストリップを有するステータ組立体とを含む。また、ボウル領域に第１の温度で注入される第１の蒸気供給源をさらに含む。さらに、ステータ先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドを含む。さらにまた、ロータ近傍の経路に沿って、第１の温度よりも低い第２の温度で注入されるロータ冷却蒸気供給源を含む。また、固定部分と自由部分とを有する屈曲シールを含み、屈曲シールが、ステータ組立体、パッキンヘッド及びステータ先端ストリップの少なくとも１つに固定部分で固定連結され、屈曲シールが、第１の蒸気供給源がロータ近傍の経路に流入するのを阻止する。
【０００７】
本発明のさらに別の態様では、蒸気タービンシステム用のシールは、ロータと、ボウル領域と、ロータに近接して配置される先端ストリップを有するステータ組立体とを含む中圧セクションを備え、中圧セクションが、ロータの長手方向に相当する軸方向部分と、ロータから外側ケーシングに相対的に延びる半径方向部分とを含む。また、先端ストリップに近接して配置されるパッキンヘッドを含む。さらに、先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方に固定された第１の端部と、先端ストリップ及びパッキンヘッドの少なくとも一方と滑動可能に係合され且つ軸方向及び半径方向に変位するように構成された第２の端部とを有する屈曲シールを含む。
【０００８】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【０００９】
本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】蒸気タービンシステムの概略図。
【図２】１つの実施形態による、屈曲シールを示す蒸気タービンシステムの中圧セクションの入口領域の断面図。
【図３】図２に示す屈曲シールの断面図。
【図４】第２の実施形態による屈曲シールの断面図。
【図５】第３の実施形態による屈曲シールの断面図。
【図６】第４の実施形態による屈曲シールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１２】
図１を参照すると、タービンシステム及びより具体的には対向流蒸気タービンシステムの全体を符号１０で示す。蒸気タービンシステム１０は、高圧（ＨＰ）セクション１２及び中圧（ＩＰ）セクション１４を含み、該ＨＰセクション１２がＨＰケーシング１６によって定められ、同様に、ＩＰセクション１４がＩＰケーシング１８によって定められる。ＨＰセクション１２とＩＰセクション１４との間に配置される中央セクション２０は、高圧蒸気入口２２及び中圧蒸気入口２４を含む。環状セクションディバイダ２６が、ＨＰセクション１２とＩＰセクション１４との間に延びたロータ２８に向かって中央セクション２０から半径方向内向きに延びる。より具体的には、環状セクションディバイダ２６は、ＨＰセクション入口ノズル３０とＩＰセクション入口ノズル３２との間でロータ２８の一部の回りに円周方向に延びる。環状セクションディバイダ２６は、ロータ２８に近接して環状に取り付けられたパッキン構造５０を有する。
【００１３】
作動時には、高圧蒸気入口２２は、例えば、ボイラー（図示せず）などの蒸気供給源から高圧高温の蒸気を受け取る。蒸気は、第１のＨＰセクションの入口ノズル３０からＨＰセクション１２を通って送られ、ここで蒸気から仕事が抽出されて、ロータ２８に回転可能に結合された複数のタービンブレード２７又はバケット（図２に示す）を介してロータ２８を機械的に回転させる。バケットの各セットは、関連するバケットへの蒸気の配送を可能にする対応するステータ２９（図２に示す）を含む。蒸気は、ＨＰセクション１２から流出してボイラーに戻され、ここで蒸気が再熱される。次いで、再熱された蒸気は、中圧蒸気入口２４に送られ、ＩＰセクション入口ノズル３２を介して、ＨＰセクション１２に流入する蒸気よりも低圧で且つＨＰセクション１２に流入する蒸気の温度とほぼ等しい温度でＩＰセクション１４に戻される。仕事は、回転及び固定構成要素のシステムを介してＨＰセクション１２で利用されるのと同様の方式でＩＰセクション１４の蒸気から抽出される。従って、ＨＰセクション１２内の作動圧力は、ＩＰセクション１４内の作動圧力よりも高く、その結果、ＨＰセクション１２内の蒸気は、ＨＰセクション１２とＩＰセクション１４との間に構築できる漏洩経路を通じてＩＰセクション１４に向けて流れる傾向がある。
【００１４】
蒸気タービンシステム１０は、対向流の高圧及び中圧蒸気タービンの組み合わせとして説明してきたが、蒸気タービンシステム１０は、限定ではないが、低圧タービンを含むあらゆる個別のタービンを用いて利用できる点を理解されたい。加えて、蒸気タービンシステム１０は、対向流蒸気タービンとして構成されることに限定されず、例えば、単一流又は複流蒸気タービンシステムとして構成してもよい。その上、本明細書で開示される実施形態は、ガスタービンシステムと共に使用することもできることは企図される。
【００１５】
図２を参照すると、ＩＰセクション１４の断面部分がより詳細に示されている。ＩＰセクション１４は、ＩＰセクション入口ノズル３２に近接したＩＰボウル４０を含み、高温中圧の蒸気ストリーム４２がＩＰボウル４０に注入され、上述のようにＩＰセクション１４を通って送られる。ＩＰセクション１４内のステータ２９は、ＩＰケーシング１８に半径方向外向きの位置で動作可能に接続され、ロータ２８に近接して配置される先端ストリップ４６を含む。ステータ２９の先端ストリップに隣接し且つ密接に近接しているのは、ＨＰセクション１２とＩＰセクション１４との間に配置されたパッキン構造５０のパッキンヘッド４８である。ロータ２８を好適な適用温度に維持するために、冷却供給源をロータ２８に近接して導入することができる。このような冷却供給源は、Ｎ２パッキン構造５０をわたって漏洩したＨＰセクション１２からの漏洩流５２を含むことができる。ＨＰセクション１２からの高圧蒸気を含む漏洩流５２は、必然的に、低圧のＩＰセクション１４の方向に流れる傾向がある。漏洩流５２がＨＰセクション１２からＩＰセクション１４に移動すると、ＩＰセクション１４を通って全体的に流れるストリーム４２から起こる熱伝達の結果として、漏洩流５２の温度が低下し、これにより他の場合にロータ２８が受けるよりも低い温度の流れをロータ２４に提供する。冷却供給源は、Ｎ２パッキン構造５０をわたったＨＰセクション１２からの漏洩流５２として説明してきたが、様々な代替の冷却供給源を利用して、ロータ２８の温度をＩＰセクション１４の全体の温度よりも低く維持することができる点は理解されたい。
【００１６】
図示のように、パッキンヘッド４８とステータ２９の先端ストリップ４６との間にはギャップが存在する。シールされていなければ、ギャップ５４は、約１，１００°Ｆの変動温度を有するストリームのロータ２８に向かう直接的経路をもたらすことができる。加えて、漏洩流５２などの冷却供給源とのストリーム４２の混合は、ロータの効率的な冷却作用を妨げる。ストリーム４２のギャップ５４の通過を阻止するため、屈曲シール６０がギャップ５４内に配置される。屈曲シール６０は、第１の端部６２及び第２の端部６４を含み、この第１の端部６２又は第２の端部６４の一方が、先端ストリップ４６に、又はより一般的にはステータ２９又はパッキンヘッド４８に動作可能に結合される。対象物に動作可能に結合されていない末端部、すなわち、第１の端部６２又は第２の端部６４の何れかは、先端ストリップ４６又はパッキンヘッド４８の何れかと緊密に係合し、比較的自由に変位することができる。換言すると、第１の端部６２又は第２の端部６４が先端ストリップ４６又はパッキンヘッド４８に動作可能に結合されているかどうかに関係なく、他方の端部は、他方の対象物、具体的には先端ストリップ４６又はパッキンヘッド４８と緊密に係合される。
【００１７】
第１の端部６２又は第２の端部６４の変位能力は、先端ストリップ４６又はパッキンヘッド４８などのステータ構成要素が蒸気タービンシステム１０の作動中に軸方向及び／又は半径方向に変位する傾向に基づいている。従って、第１の端部６２及び第２の端部６４両方での圧入又は第１の端部６２及び第２の端部６４の動作可能な接続を有する緊密シールは、ギャップ５４内では十分に保持されない。先端ストリップ４６又はパッキンヘッド４８のような関連する構造と対応して少なくとも１つの端部の近傍で屈曲シール６０の変位を許容することにより、ギャップ５４の堅牢なシールが維持されると共に、先端ストリップ４６又はパッキンヘッド４８の軸方向及び／又は半径方向の変位に対処する。
【００１８】
図３〜６を参照すると、屈曲シール６０の種々の実施形態の拡大図が示されている。図示の屈曲シール６０の幾何形状は、限定ではなく単に例証に過ぎず、多くの屈曲シール６０の幾何形状が企図される点は理解されたい。屈曲シール６０に利用される特定の幾何形状に関係なく、各々が先端ストリップ４６及びパッキンヘッド４８それぞれと接触した状態の第１の端部６２及び第２の端部６４が含まれている。上述のように、屈曲シール６０の一方の端部だけが、先端ストリップ４６及びパッキンヘッド４８の一方に動作可能に結合される。例証として、第１の端部６２は、ボルト締め、リベット留め、又は溶接などの機械的締結手段を介して先端ストリップ４６に動作可能に結合することができる。第１の端部６２を先端ストリップ４６に機械的に締結するこれらの方法は、単に実施例に過ぎず、あらゆる好適なファスナーを利用して、先端ストリップ４６への第１の端部６２の保持を確実にすることができる。この実施例を引き続き説明すると、第２の端部６４は、パッキンヘッド４８と緊密に係合するが、固定的に動作可能に結合されておらず、その結果、先端ストリップ４６及び／又はパッキンヘッド４８の軸方向及び／又は半径方向変位中に変位を行うことができる。パッキンヘッド４８と第２の端部６４との十分なシール及び係合は、比較的大きな変位の間でもシールを維持するよう予め屈曲シール６０を加圧することにより達成される。
【００１９】
屈曲シール６０の種々の実施形態は例証であり、「Ｙ字形」（図３）、「Ｓ字形」（図４）、又はこれらの変形形態（図５及び６）として特徴付けることができる。関連する構造構成要素に動作可能に結合されるか又は緊密に係合した第１の端部６２及び第２の端部６４を有するように説明したが、端部は、必ずしもこのような接続を必要とする部分であるとは限らない点を理解されたい。例えば、図６に示すように、第２の端部６４は、パッキンヘッド４８に接触して配置されておらず、従って、動作可能な接続又は緊密係合をもたらす屈曲シール６０の別の部分とすることができる。上述のように、屈曲シール６０の図示の実施形態は、ストリーム４２の形態で高温ストリームがギャップ５４を通ってロータ区域に侵入するのを防ぐために利用できる多くの企図される構成の実施例に過ぎない。
【００２０】
有利には、屈曲シール６０は、ＩＰセクション１４を通って流れる高温蒸気がロータ２８の表面上に提供されるのを防ぐと共に、シール接触点にて十分な構造的一体性を維持する。
【００２１】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２２】
１０  蒸気タービンシステム
１２  高圧セクション
１４  中圧セクション
１６  ＨＰケーシング
１８  ＩＰケーシング
２０  中央セクション
２２  高圧蒸気入口
２４  中圧蒸気入口
２６  環状セクションディバイダ
２７  タービンブレード
２８  ロータ
２９  ステータ
３０  ＨＰセクション入口ノズル
３２  ＩＰセクション入口ノズル
４０  ＩＰボウル
４２  ストリーム
４６  先端ストリップ
４８  パッキンヘッド
５０  Ｎ２パッキン構造
５２  漏洩流
５４  ギャップ
６０  屈曲シール
６２  第１の端部
６４  第２の端部
【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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