(57)【要約】      （修正有）【課題】回転機のためのシール組立体を提供する。【解決手段】シール組立体１６は、複数のシールプレートを含むシムシール１４を含んでおり、これらのシールプレートはＣ字型シムシールまたは箱型シムシールを形成する。Ｃ字型シムシールは、対向する第２側部より幅が狭い第１側部を含んでおり、Ｃ字型シムシールの第２側部が、ステータ部品の間にあるスロット内に位置決めするための内向きの角度を有する少なくとも２つの真っ直ぐな面の間に隙間を含む。箱型シールは、２つの対向する側部または角に複数の切欠きを含むことで、高圧流体が箱型シムシールの空洞を占めることが可能になる。シールは、回転機の隣接するステータ部品１０の間にある１つまたは複数のスロット１８に挿入することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機のステータ部品の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められ、Ｃ字型のシムシールを形成する複数のシールプレートを有するシムシールを備える、回転機のためのシール組立体であって、
該シムシールが、第１側部と第２側部によって結合された２つの真っ直ぐな面を備えており、前記第１側部が該第２側部より幅が狭く、前記２側部が、前記ステータ部品の間にある前記スロット内に前記シムシールを挿入することを可能にするための隙間と内向きの角度を有する、
シール組立体。
【請求項２】
前記スロットの中に挿入する前は、前記第２側部の幅は、前記スロットの幅より大きい、請求項１記載のシール組立体。
【請求項３】
前記第１側部と前記第２側部がそれぞれ、曲率を有する少なくとも２つの角を含む、請求項１記載のシール組立体。
【請求項４】
前記シムシールが、前記複数のシールプレート内に、金属が織り込まれたクロスの層、またはガラスプレートもしくはセラミック構造体を備える、請求項１記載のシール組立体。
【請求項５】
前記シールプレートがニッケルモリブデンクロム合金を含む、請求項１記載のシール組立体。
【請求項６】
前記Ｃ字型シムシールの前記第１側部が、複数の切欠きを含む、請求項１記載のシール組立体。
【請求項７】
前記シムシールが、折り曲げられて前記複数のシールプレートを形成する１枚の一体式のプレートを備える、請求項１記載のシール組立体。
【請求項８】
タービン部品の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められた箱型シムシールを形成する複数のシールプレートを備えたタービン部品用のシムシールであって、該箱型シムシールが、曲率を有する角を含む矩形の断面形状を有する
シムシール。
【請求項９】
前記箱型シムシールが、２つの真っ直ぐな面を結合する２つの対向する側部に複数の切欠きを備えることにより、高圧流体が前記箱型シムシールの空洞を占めることを可能にする、請求項８記載のシムシール。
【請求項１０】
前記切欠きが、前記対向する側部の中央に対称的に配置される、請求項９記載のシムシール。
【請求項１１】
前記箱型シムシールが、前記２つの真っ直ぐな面を結合する２つの対向する側部によって形成される角に配置された複数の切欠きを含む、請求項８記載のシムシール。
【請求項１２】
前記複数の切欠きが、前記角に水平方向に成形される、あるいは前記対向する側部に垂直方向に成形される、請求項１１記載のシムシール。
【請求項１３】
前記箱型シムシールが、前記複数のシールプレートの間に金属が織り込まれたクロス層またはガラスプレート層もしくはセラミック材料層を備える、請求項８記載のシムシール。
【請求項１４】
前記シールプレートがニッケルモリブデンクロム合金を含む、請求項８記載のシムシール。
【請求項１５】
回転機における漏洩を抑える方法であって、
シムシールの第１側部を、前記回転機の第１ステータ部品の第１スロットに挿入するステップと、
前記第１ステータ部品に隣接するように第２ステータ部品を位置決めしながら、前記シムシールの第２側部を、前記回転機の前記第２ステータ部品の第２スロットに挿入するステップとを含み、
前記シムシールが、箱型シムシールまたはＣ字型シムシールを形成するように接合された複数のシールプレートを備える、
方法。
【請求項１６】
前記Ｃ字型シムシールが、第１および第２側部によって結合された２つの真っ直ぐな面を含み、該第１側部が、第１の幅の閉鎖した側部であり、該第２側部は開放した側部であり、該第１の幅より広く、前記スロットに挿入する前は、前記スロットの幅より大きい第２の幅を有しており、前記シムシールを挿入するステップが、前記第２の側部を圧迫するステップと、前記シムシールを前記スロット内で位置決めするステップと、この圧迫作用を緩めるステップとを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第１側部が、複数の切欠きを含むことにより、高圧流体が、前記Ｃ字型シムシールの空洞を占めることを可能にする、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記シムシールが、２つの対向する側部または角に複数の切欠きを含む箱型シムシールを含むことにより、高圧流体が、前記箱型シムシールの空洞を占めることを可能にする、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記シムシールが、前記シールプレート内にガラスもしくはセラミックの層または金属が編み込まれたクロスを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記シムシールが、折り曲げられて前記複数のシールプレートを形成する１枚の一体式のプレートを備える、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、漏洩を抑えるためのシールに関し、より詳細には回転機の静止部品の間にある隙間からの漏洩を抑えるためのシムシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えばガスタービンなどの工業用の回転機において、シュラウド、ノズルおよびダイヤフラムなどのステータの隣接する静止部品における漏洩を制御するのに多様なシールが使用されている。高圧領域から低圧領域へのガスの経路から外へ、あるいはガス経路内へのガス漏れは一般に望ましいことではない。例えばガスタービンのタービン領域におけるガス経路の漏洩は、ガスタービンの効率を下げ、これにより燃料コストが上がることになる。したがって圧縮機からタービンの周りに、あるいはタービンを囲むように形成される抽出された空気の漏洩を制御するために複数のシールが設けられる。またガスタービンの燃焼室領域におけるガス経路の漏洩により、所望されるパワーレベルを維持するために燃焼温度を上げる必要が出てくる。燃焼温度を上げることで、ＮＯxやＣＯ生成が増大することなる。静止部品は、それぞれ異なる形状の面を有する場合が多く、高温条件下でそれぞれ異なって膨張するため調整不良を引き起こす可能性がある。
【０００３】
クロスシールが、ガスタービンのステータ領域におけるガス経路が漏洩する隙間に使用されてきた。一般にクロスシールは、各側に布の層を有する中央のシムを備える。クロスシールは、シールに有意な剛性を与えずに耐摩耗性を与える。しかしながらクロスシールは、両側面を通り抜ける望ましくない漏洩を防ぐことができない。クロスシールはまた、２つの静止部品の間にある隙間の中に圧着させる、あるいは非弾性式に湾曲させる場合があり、これにより望まれるほど効果的にはこの隙間を密閉することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２４７３００号明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって回転機の静止部品の隙間の間の漏洩を抑えることが望ましい。
【０００６】
本発明の一実施形態によって、回転機のためのシール組立体が提供される。このシール組立体は、回転機のステータ部品の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められたシムシールと、Ｃ字型のシムシールを形成する複数のシールプレートを含んでいる。シムシールは、第１側部と第２側部によって結合された２つの真っ直ぐな面を備える。第１側部は、第２側部より幅が小さく、第２側部は、ステータの間にあるスロット内にシムシールを挿入することを可能にするための隙間と内向きの角度を有する。
【０００７】
本発明の一実施形態によって、タービン要素のためのシムシールが提供される。このシムシールは、１つまたは複数のシールプレートを含み、このプレートは、タービン構成要素の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められた箱型のシムシールを形成している。箱型のシムシールは、曲率を有する角を含む矩形の断面形状を有する。
【０００８】
本発明の一実施形態によって、回転機における漏洩を抑える方法が提供される。この方法は、シムシールの第１側部を回転機の第１ステータ部品の第１スロット内に挿入するステップを含む。この方法はまた、シムシールの第２側部を回転機の第２ステータ部品の第２スロット内に挿入するステップを含んでおり、この場合シムシールは、箱型シムシールまたはＣ字型シムシールを形成するように接合された１つまたは複数のシールプレートを備えている。
【０００９】
本発明の上記のならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な記載を読むことでよりよく理解されることになるが、この図面では、同様の文字は図面全体を通して同様の部品を指している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による、漏洩を抑えるためのシール組立体を備えた回転機の静止部品の一部の断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態による、回転機のシムシールの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による回転機のシムシールの斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、回転機のシムシールの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による回転機における漏洩を抑える方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の多様な実施形態の要素を紹介する際、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」および「該（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素があることを意味することが意図されている。用語「備える」、「含む」および「有する」は、包括的であり、列記された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味することが意図されている。任意の例の作動パラメータは、開示される実施形態の他のパラメータを除外するものではない。
【００１２】
図１は、回転機のステータ部分の代表例を示しており、これは全体が参照番号１０として記載されており、本発明の一実施形態によるシール組立体１６を形成するシムシール１４と共に静止部品１２を有する。回転機は、複数の静止部品の間の各々のスロット内に配置される複数のシムシール１４を含むことができることに留意されたい。一実施形態において、各々のシムシール１４は、Ｃ字型の構造を含むことができる。別の実施形態において、各々のシムシール１４は、箱型の構造を含むことができる。所望であれば、Ｃ字型構造と箱型構造を組み合わせたものを使用することもできる。ステータ部分１０は、流体の流路の周りの回転機の任意のステータ領域であってもよいことに留意されたい。静止部品１２は回転機の他の静止部品と共に、複数のスロット１８が、静止部品１２の間に含まれるように配置されてよい。一実施形態において、シムシール１４の第１の半分は、第１の静止したシュラウド要素のスロット１８の中に配置され、シムシール１４の第２の半分は、回転機の第２の隣接する静止したシュラウド要素のスロット（図２の要素１９によって示される）の中に配置される。シール組立体１６は、複数のシムシール１４を有しており、スロット１８を通る流体の流れが最小限になるのを保証し、これにより回転機が作動中漏洩が抑えられて高い効率を維持することが可能になる。一実施形態においてシムシール１４は、Ｃ字型または箱型構造の中に位置する１つの層を含むことで、さらに漏洩を最小限にする。シムシール１４の詳細は、以下にさらに記載する。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態による回転機のシムシール１４の断面図である。この実施形態に示されるように、シムシール１４は複数のシールプレート面２２、２４、２６、２８、３０、３２を含んでおり、これらの面が、静止部品１２、１３の間にあるスロット１８、１９の中に配置されるＣ字型のシムシール１４を形成する。本明細書で使用される場合、「スロット」は、静止部品の一方にある単独のスロット、あるいは２つの隣接するスロットによって形成される集合的な領域のいずれかを指すことができる。シールプレート２４および３０は、Ｃ字型のシムシール１４の２つの真っ直ぐな面を形成する。複数のシールプレート面２２、２６、２８、３２を利用して、静止部品１２と１３の間にあるスロット１８、１９の中に組み立てる際シムシール位置を決めるのを補助することができる。Ｃ字型シムシール１４は、第１側部３４を含んでおり、これは一実施形態によると第２側部３６の幅ｄ2より小さい幅ｄ1を有する。第１側部３４は、シールプレート２６と２８を含んでおり、これらは合わせて接合されて角４０を形成しており、その一方で第２側部３６は、シールプレート２２と３２を有しており、これらはある角度でそれぞれシールプレート２４と３０に接続されるが、互いに直接接続されるわけではない。シムシール１４を回転機に挿入する際、シールプレート２２および３２の角度の付いた面が、静止部品の間のスロット１８にシムシール１４を挿入するのを補助するのに対し、シールプレート２６、２８の角度の付いた面は、回転機の隣接する要素を、そのスロットが第１側部３４を収容することができるように位置決めするために空間を残すように補助する。第２側部３６において、シムシール１４のＣ字型構造はまた可変の隙間３７を含む。隙間３７は、Ｃ字型シムシール１４が、接着剤や任意の他の装着手段を使用せずに静止部品１２のスロット１８内に配置することができるように設計されており、この隙間は、静止部品１３が、静止部品１２のすぐ隣に組み立てられるまでスロット１８でしっかりと保持される。シールプレート２２、３２および２６、２８は、調整不良にならないように組み立てる際に役に立っている。一実施形態においてシムシール１４が、折り曲げ工程によって１枚の一体式のプレートから作製され得ることで、可変の隙間３７を備えた第２側部３６を容易に形成することができる。さらにシールの作動中、第２側部３６にある隙間３７によって、高圧流体がＣ字型構造の空洞を占めることが可能になり、この隙間は、シムシール１４の高圧部分を横切る圧力を均一にすることで、高い圧力がシムシール１４のシールプレート３０の内側の面に主に作用するように役立っている。第１側部３４と第２側部３６は共に、長さｘだけ隔てられており、この場合、Ｃ字型シムシールの長さ「ｘ」は、幅「ｄ1」または「ｄ2」より大きいため、細長いＣ字型シムシールを形成する。スロット１８に挿入する前は、第２側部３６の幅「ｄ2」は、静止部品１２のスロット１８の幅より大きい。Ｃ字型構造の第１側部３４および第２側部３６の幅が可変であることにより、シムシール１４を押し込み式に保持することが可能になる。このように押し込み式に保持することにより、シールプレー���２４および３０は、静止部品１２の間にあるスロット１８、１９の壁に近接した状態を維持し、これにより回転機の作動中の密閉状態を維持し、シムシール１４をスロット１８、１９内に保持することができる。さらに一実施形態において、シールプレート２２、２４、２６、２８、３０、３２によって形成された各々の角３８、４０、４２、４４および４６は、小さな曲率半径を有する。さらに一実施形態において、シールプレート２６および２８は、複数の切欠き（図２には示されないが、例えば図３では切欠き６０によって、図４では切欠き８０および８１によって表されている）を含むことで、高圧流体がＣ字型シムシール１４によって形成される空洞をより簡単に占めることが可能になる。
【００１４】
一実施形態において、シムシール１４のシールプレートの厚さは、１インチ（２．５４センチメートル）のおよそ１５０００分の１であってよい。任意の構造上および熱的に好適な材料をシールプレートに使用することができ、高温弾性材料が推奨される。シムシール１４の材料の非制限的な例には、例えばＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌより入手可能ニッケルモリブデンクロム合金が含まれてよい。これに加えて本明細書で使用される場合、「接合された」または「接続された」は、別個のプレートが物理的に装着される実施形態、ならびに一体式のプレートを折り曲げることで複数のプレートを形成する実施形態を包含することが意図されている。
【００１５】
さらに一実施形態において図２のシムシール１４は、１つの層（図２には示されないが、例えば図３には層５３によって表されている）を含むことで、シールプレート２４または３０が機能しない場合でも漏洩を抑えることができる。このような層はまた、シムシール１４に補助的な構造上の支持を提供することもできる。層の非制限的な例には、ガラスプレート、セラミック構造体または金属が編み込まれたクロスが含まれる。長さの点におけるシムシール１４およびいずれの補助層のサイズは、スロット１８、１９の長さに応じたものであってもよく、これらのスロットの長さは、回転機の様々な場所のステータにおいて異なる場合があることに留意されたい。
【００１６】
図３は、本発明の別の実施形態による回転機のシムシール５０の斜視図である。図３の実施形態では、シムシール５０は、シールプレート５２、５４、５６および５８によって形成された箱型シムシールである。回転機の静止部品を組み立てる際、本発明の一実施形態によってシールプレート５２または５６の一方を特定の静止部品のスロットに接着することができる。この箱型シムシール５０は、好ましくは湾曲した角を有する矩形の断面を含んでいる。シムシール５０は、回転機の静止部品の間の隙間に締まり嵌めすることで漏洩を抑えることができる。例えばシムシール５０のサイズは、回転機の様々な場所における静止部品の間の隙間のサイズに応じて選択することができ、この場合シムシール５０の側部の長さと横幅は、静止部品の間の隙間の長さと横幅にほぼ等しい。この実施形態では、シールプレート５２と５６は細長く、互いに平行になるように位置合わせされており、その一方でシールプレート５４と５８は、その側部に複数の切欠き６０を含む。一実施形態において複数の切欠き６０が、対向する側部５４、５８の中央に対称的に配置される。この複数の切欠き６０よって、高圧流体が箱型シムシール５０の空洞を占めることが可能になる。これによりシムシール５０の箱型構造が変形するのを阻止し、漏洩が制御される。一実施形態において、シムシール５０のシールプレート５２、５４、５６、５８の厚さはおよそ１５ミル（０．３７５ミリメートル）であってよい。シムシール５０の材料の非制限的な例には、例えばＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌより入手可能ニッケルモリブデンクロム合金が含まれてよい。さらに一実施形態において、シムシール５０は、補助層５３を含むことで、シールプレート５２または５６が機能しない場合でも漏洩を抑えることができる。このような層はまた、シムシール５０に対する補助的な構造上の支持を与えることもできる。層５３の非制限的な例には、ガラスプレート、セラミック構造体または金属が編み込まれたクロスが含まれる。Ｃ字型の実施形態のように、箱型の実施形態では、別個のプレートが一緒に装着される、あるいは一体式のシートが湾曲部を含むことができる。
【００１７】
図４は、本発明の別の実施形態による回転機のシムシール７０の斜視図である。この実施形態においてシムシール７０は、平坦なシールプレート７２、７４、７６、７８で形成された箱型シムシールであり、湾曲した角に複数の切欠き８０を備える。この複数の切欠き８０によって、高圧流体が箱型シムシール７０の空洞を占めることが可能になる。これによりシムシール７０の箱型構造が変形するのを阻止し、回転機の静止部品の間にある隙間からの漏洩が制御される。一実施形態において複数の切欠き８０は、平坦なシールプレート７４および７８にあるシムシール７０の対向する側部における垂直切欠き８１として示されるように垂直方向設けられる場合がある。別の実施形態において、シムシール７０は切欠きを全く含まない場合もある。
【００１８】
図５は、本発明の一実施形態による回転機の漏洩を抑える方法１００のフローチャートである。ステップ１０２において、方法は、箱型シムシールまたはＣ字型シムシールであるシムシールの第１部分を静止部品の第１スロットに挿入するステップを含む。一実施形態において、方法は、シムシールのＣ字型断面を形成するステップを含む。別の実施形態において、方法は、箱型シムシールを形成するステップを含む。ステップ１０４において、方法は、第１静止部品のすぐ隣に第２の静止部品を配置するステップを含む。この第２静止部品は、第２スロットを有しており、この第２の部品を位置決めする際、シムシールの第２部分がこの第２スロットに挿入される。回転機のステータ部品の間にある複数のスロットの中の複数のシムシールを利用して、複数のスロットからの漏洩を抑える。一実施形態において方法はまた、漏洩を抑えることに対してシールプレートが機能しない場合に備えて、ガラスもしくはセラミックの層または金属が編み込まれたクロスをシムシール内に設けるステップ、さらにシムシールに追加的な構造上の支持を与えるステップも含む。
【００１９】
有利には本シール組立体および方法によって、回転機の静止部品の隙間の間の漏洩が確実に抑えられる。Ｃ字型または箱型構造のシムシールが効果的に密閉することにより、ガスまたは蒸気タービンあるいは他の回転機における静止部品の隙間における付随的に発生する漏洩を減少させることにつながる。これはさらに、回転機の複合的なサイクル効率を高め、作動コストを下げることになる。本シール組立体と方法によって漏洩が抑えられるため、これにより回転機の作動中のパワーレベルを維持するための燃焼温度を下げることができる。
【００２０】
さらに、当業者であれば、種々の実施形態からの様々な特徴の互換性を認識するであろう。同様に、記載される様々な方法ステップおよび特徴、ならびにこのような方法および特徴のための他の既知の等価物を当業者によって組み合わせ適合させることで、本開示の原理に従う付加的な組立体や技術を構築することができる。当然のことながら、上記に記載したこのような全ての目的または利点は必ずしも、任意の特定の実施形態によって実現されるわけではないことを理解されたい。したがって、例えば当業者は、本明細書に記載される組立体や技術が、必ずしも本明細書に教示または提案され得る他の目的や利点を達成せずに、本明細書で教示される１つの利点または複数の利点を達成する、あるいは最適化するように具現化あるいは実施され得ることを認識するであろう。
【００２１】
本発明の特定の特徴のみを本明細書に示し記載してきたが、当業者は多くの修正形態や変更形態を思い付くであろう。したがって添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨の範囲内にあるこのような全ての修正形態や変更形態を包含することが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ステータ部分
１２、１３  静止部品
１４  シムシール
１６  シール組立体
１８、１９  スロット
２２、２４、２６、２８、３０、３２  シールプレート
３４  第１側部
３６  第２側部
３７  可変の隙間
３８、４０、４２、４４、４６  角
ｄ1  第１側部の幅
ｄ2  第２側部の幅
ｘ  長さ
５０  シムシール
５２、５４、５６、５８  シールプレート
５３  層
６０  切欠き
７０  シムシール
７２、７４、７６、７８  シールプレート
８０、８１  切欠き
１０２：シムシールの第１側部を、回転機の第１ステータ部品の第１スロットに挿入する。
１０４：第１ステータ部品に隣接するように第２ステータ部品を位置決めしながら、シムシールの第２側部を、回転機の第２ステータ部品の第２スロットに挿入し、シムシールは、箱型シムシールまたはＣ字型シムシールを形成するように接合された複数のシールプレートを備える。
【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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