(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の高温ガス流路内で用いられる環状のシールリング組立体（１１４）のためのパッキンセグメント（１１８）であって、
複数の軸方向に間隔を置いて配置されたシール歯状突起（１２２）を支持するシール面（１２０）と、
該シール面（１２０）から半径方向外側に位置する中央部分（１２４）と、
該中央部分から半径方向外側に位置し、半径方向最外側面（１３８）を有する取付け部分（１２７）と、
前記半径方向最外側面（１３８）上の入口位置から前記中央部分（１２４）の側面に沿う出口位置まで傾斜して延びる少なくとも１つの供給孔（１４２）と
を含み、使用中に、該供給孔（１４２）の少なくとも一部が、ガス流路内のガスに曝され、該ガスが前記供給孔を通して前記セグメント（１１８）の背後の空洞領域（１３０）に流れるようになっていることを特徴とするパッキンセグメント（１１８）。
【請求項２】
前記供給孔（１４２）は、前記セグメントを通る半径方向中心線に対して鋭角で延びていることを特徴とする、請求項１に記載のパッキンセグメント。
【請求項３】
前記供給孔（１４２）は、ガス量により定められる直径を有することを特徴とする、請求項１に記載のパッキンセグメント。
【請求項４】
前記取付け部分（１２７）は、ノズルダイアフラムの１対のダブテールフック（１３２）の半径方向外側に着座するようになっている１対の横方向に延びたフランジ（１２８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のパッキンセグメント。
【請求項５】
ダイアフラム（１１２）のダブテール溝内に嵌め込まれ、セグメントの背面（１３８）と前記ダイアフラムとの半径方向における間に空洞（１３０）を形成するようになっている複数の部分的に環状のパッキンセグメント（１１８）を含む、タービンノズルダイアフラム（１１２）のための環状のシールリング組立体であって、
前記セグメント（１１８）の各々は、
複数の軸方向に間隔を置いて配置されたシール歯状突起（１２２）を支持するシール面（１２０）と、
該シール面（１２０）から半径方向外側に位置する中央部分（１２４）と、該中央部分から半径方向外側に位置し、半径方向最外側面（１３８）を有する取付け部分（１２７）と、
前記半径方向最外側面（１３８）上の出口位置から前記中央部分（１２４）の側面に沿う入口位置まで傾斜して延びる少なくとも１つの供給孔（１４２）と
を含み、
使用中に、該供給孔（１４２）の少なくとも一部が、ガス流路内のガスに曝され、該ガスが前記供給孔（１４２）を通して前記パッキンセグメントの背後の空洞（１３０）に流れ、それにより前記パッキンセグメントを半径方向内向きに移動させることを特徴とする、環状のシールリング組立体。
【請求項６】
前記供給孔（１４２）は、前記セグメントを通る半径方向中心線に対して鋭角で延びていることを特徴とする、請求項５に記載の環状のシールリング組立体。
【請求項７】
前記供給孔（１４２）は、ガス量により定められる直径を有することを特徴とする、請求項５に記載の環状のシールリング組立体。
【請求項８】
前記取付け部分（１２７）は、ノズルダイアフラムの１対のダブテールフック（１３２）の半径方向外側に着座するようになっている１対の横方向に延びたフランジ（１２８）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の環状のシールリング組立体。
【請求項９】
前記ガスが蒸気であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパッキンセグメント。
【請求項１０】
前記ガスが蒸気であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の環状のシールリング組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン及びガスタービンのような回転機械のための出没式のパッキン構成部品に関する。
【０００２】
【発明の背景】
発電及び機械駆動用途に用いられる蒸気タービン及びガスタービンのような回転機械は、一般的に多数のタービン段からなる大型の機械である。かかる機械においては、タービン段を通って流れる高圧の流体は、一連の固定及び回転構成部品を通過しなければならない。固定構成部品に取り付けられた環状のセグメント化されたシールを用いて、流路に沿った固定構成部品と回転構成部品との間の流体の漏洩を制御する。タービンの効率は、例えば、ロータとステータとの間の漏洩を防止するためのセグメント化されたシール（パッキンセグメントとも呼ばれる）の能力に直接左右される。一部の設計では、例えば始動及び停止の間に、ばねにより、ロータから半径方向外向きにパッキンセグメントを保持する。ロータが速度を上げた後には、流体圧力が、パッキンセグメントと該セグメントの背後のロータハウジング内の空洞との間に供給されて、セグメントを半径方向内向きに移動させてロータとのより小さい間隙を得る。
【０００３】
この例示的な実施形態において、環状のシールリングセグメントすなわちパッキンセグメントは、ダブテール形式の構成により、タービンロータと共に回転するホイール上の隣接するバケット列の軸方向における間に設置された固定ノズルダイアフラムに固定される。ユニットの始動及び停止の間に、出没式のパッキンセグメントと固定ダイアフラムとの間に設置される１つ又はそれ以上の圧縮ばねが、パッキンセグメントとロータとの間の半径方向の間隙を増すような力をセグメントに対して与える。始動と停止との間の運転時に充分な圧力降下が起こると、圧力による力は、ばねの抵抗力を超え、それによって半径方向の間隙を減少させる。この圧力による力は、蒸気をパッキンセグメント内の蒸気供給孔を通して導入することにより可能になる。これらの孔は、一般的にセグメントの高圧側面上に開口するように該パッキンセグメント内に穿孔されて、蒸気圧力がセグメントの背後の空洞内に蓄積されるのを可能にする。従来通りのやり方では、これらの供給孔は、蒸気流れ側面に軸方向に穿孔され、また各パッキンセグメントの背面に半径方向に穿孔され、セグメントの内部で連通されるので、９０°のＬ字形貫通孔を形成する。しかしながら、この構成には、多段階の加工工程が必要であり、しかも通路内での急な屈曲部が固体粒子による侵食及び／又は堆積が起こる位置となる。この堆積は、時が経つにつれてタービン性能を妨げることになる。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、出没式の正圧パッキンセグメント内の蒸気供給孔の新しい構成に関する。この設計では、各パッキンセグメント通路内に１つ又はそれ以上（必要に応じて）の孔があり、それら孔はパッキン本体に対して傾斜した中心線を有する。単一の傾斜した蒸気供給貫通孔を穿孔することによって、Ｌ字形孔の多段階の加工工程は排除され、固体粒子の堆積だけでなく加工時間も減少する。この新しい供給孔の設計はまた、従来の蒸気供給孔の設計と比較してパッキンセグメントの強度を増す結果にもなる。
【０００５】
従って、１つの態様において、本発明は、ターボ機械の高温ガス流路内で用いられる環状のシールリング組立体のためのパッキンセグメントに関し、該セグメントは、複数の軸方向に間隔を置いて配置されたシール歯状突起を支持するシール面と、該シール面から半径方向外側に位置する中央部分と、該中央部分から半径方向外側に位置し、半径方向最外側面を有する取付け部分と、該半径方向最外側面上の入口位置から中央部分の側面に沿う出口位置まで傾斜して延びる少なくとも１つの蒸気供給孔とを含み、使用中に、供給孔の少なくとも一部が、ガス流路内のガスに曝され、該ガスが供給孔を通してセグメントの背後の空洞領域に流れるようになっている。
【０００６】
別の１つの形態において、本発明は、ダイアフラムのダブテール溝内に嵌め込まれ、セグメントの背面とダイアフラムとの半径方向における間に空洞を形成するようになっている複数の部分的に環状のパッキンセグメントを含む、タービンノズルダイアフラムのための環状のシールリング組立体に関し、該セグメントの各々は、複数の軸方向に間隔を置いて配置されたシール歯状突起を支持するシール面と、該シール面から半径方向外側に位置する中央部分と、該中央部分から半径方向外側に位置し、半径方向最外側面を有する取付け部分と、該半径方向最外側面上の出口位置から中央部分の側面に沿う入口位置まで傾斜して延びる少なくとも１つの蒸気供給孔とを含み、使用中に、供給孔の少なくとも一部が、ガス流路内のガスに曝され、該ガスが供給孔を通してセグメントの背後の空洞に流れ、それによりパッキンセグメントを半径方向内向きに移動させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
まず図１には、例えば、蒸気タービン又はガスタービンのような回転機械の一部分が示されている。機械には、タービンダイアフラム１２内に配置されたシャフト又はロータ１０が含まれており、シャフト１０は、従来の方法で軸受けによりタービンハウジングの内部に支持される。環状シールリング１４が、タービンハウジングの固定ダイアフラム構成部品内で、隣接するタービンホイール（図示せず）の軸方向における間に配置され、リングの軸方向両側における高圧領域と低圧領域とを分離する。図１に示すように、高圧領域は右側に、また低圧領域は左側にあり、高温ガス流路内の蒸気又はガスの流れが矢印１６により示されている。シールリング１４は、シール面２０と半径方向に突出し軸方向に間隔を置いて配置された、符号２２で破線により示す複数のラビリンスシール歯状突起とを有する複数の弓形のシールリングすなわちパッキンセグメント１８により形成される。一般的に、この形式のパッキンセグメントは、比較的多数の障壁、例えば歯状突起を備えることによって、高圧領域から低圧領域へ向かう流体の流れに対して、各障壁又は歯状突起が流体に強制的に曲がりくねった流路をたどらせ、圧力降下を生じさせるように機能する。シールを横切る圧力降下の合計は、明らかにシールリングの軸方向両側の高圧領域と低圧領域との間の圧力差である。
【０００８】
一般的に、パッキンセグメント１８は、半径方向内側のシール部分２６とダブテールフランジ２８を含む半径方向外側の取付け部分２７との間に縮径された中央部分２４を有する。空洞３０が、内方に面するフック３２により一部形成され、該フック３２は、縮径された部分２４内に配置され、フランジ２８との相互作用によってセグメントの内向きの動きを制限するので、セグメント１８をダイアフラム１２に固定するが、上述の半径方向内向き及び外向きの動きは許す。
【０００９】
一般的に、例えば始動及び停止の間にセグメント１８をロータから離れるように半径方向外向きに保持するために、ばね３４が用いられる。しかしながら、ロータが運転速度まで上昇すると、シールリングセグメントとロータハウジング内の空洞３０との間に供給される流体圧力が、ばね力に打ち勝ち、パッキンセグメント1８を半径方向内向きに移動させて、ロータ１０とのより小さい間隙が得られる。
【００１０】
従来の設計では、２つの供給孔が各セグメント内に穿孔されることが必要である。具体的には、半径方向の孔３６は、パッキンセグメントの半径方向外側面すなわち背面３８から、セグメントの側面に沿って開口する、すなわち右から左に向かう高圧の蒸気流れに対して開口する軸方向に穿孔された孔４０と該孔３６が交差する位置まで半径方向内向きに穿孔される。この２つの孔３６と４０は、セグメントの内部で９０°をなして連通し、従ってＬ字形貫通孔を形成する。
【００１１】
図２に移ると、本発明による新しい蒸気供給孔の設計を組み入れたパッキンセグメント１１８が示されている。便宜上、同じ参照符号を用いて対応する構成部品を表すが、接頭辞「１」が追加されている。ここでは、パッキンリングセグメント１１８は、単一の孔１４２を含み、該単一の孔１４２は、セグメントの背面１３８からセグメント１１８の高圧蒸気側の側面まで所定の角度で貫通する、１つの連続構成で穿孔される。孔１４２は、セグメントに要求される強度特性に合致する角度で、蒸気量の要求により定まる直径を備えて、穿孔される。図示するように、孔１４２は、縮径された部分１２４を横切り、孔出口が高圧の蒸気流れに曝されるようになることを保証する。中心線の角度、孔の大きさ、及び孔の数は、顧客のユニットの要求に固有のものとなるであろう。孔を加工する方法は、単一の穿孔工程を必要とするが、もし要求があれば別途にリーマ加工工程を伴ってもよい。
【００１２】
単一の傾斜した蒸気供給貫通孔１４２を穿孔することによって、従来の効率が劣るＬ字形孔の多段階の加工工程は排除される。
【００１３】
本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  公知の蒸気供給孔の構成を含む従来のパッキンリングセグメントの概略図。
【図２】  本発明による新しい蒸気供給孔の構成を備える、図１に類似の概略図。
【符号の説明】
１１０  ロータ
１１２  タービンノズルダイアフラム
１１４  シールリング組立体
１１８  パッキンセグメント
１２０  シール面
１２４  中央部分
１２７  取付け部分
１２８  フランジ
１３０  空洞
１３２  ダブテールフック
１３４  ばね
１３８  半径方向最外側面
１４２  蒸気供給孔
【図１】
0004179848.tif 000002
【図２】
0004179848.tif 000003