(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンエンジン用のシールリング組立体を提供する。【解決手段】シールリング組立体２００、３００は、シールリング組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置されるとともに、各々が本体２０８、３０８と、本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部２１０、３１０から成る複数の単体弓形リング片と；複数の弓形リング片の各々が本体を貫通し延在しており、複数のリング片の各々をタービンエンジン内の静止要素の外面に取外し可能に結合させるために用いる少なくとも１個の締結具２１２、３１２とを含む。【選択図】図３
2009191850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１００）用のシールリング組立体（２００、３００）であって、
各々が該組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置されており、各々が本体（２０８、３０８）と該本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部（２１０、３１０）から成る複数の単体弓形リング片と、
前記複数の弓形リング片各々の前記本体を貫通して延在し、前記複数のリング片各々を前記タービンエンジン内の静止要素の外面に取外し可能に結合させるために用いる少なくとも１個の締結具（２１２、３１２）と
を含むシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項２】
第１の弓形リング片と周方向に隣接する第２の弓形リング片とは、間隙（２１４、３１４）が前記リング片間に形成されるよう、前記静止要素の前記外面に取外し可能に結合される、請求項１に記載のシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項３】
前記間隙は、前記第２のリング片に対する前記第１のリング片の熱膨張を容易にする、請求項２に記載のシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項４】
前記少なくとも１個の締結具（２１２、３１２）は、前記リング片を貫通し斜めに延在する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項５】
前記少なくとも１個の締結具（２１２、３１２）は、前記締結具と前記リング片の中心軸とが実質的に平行になるよう、前記リング片を貫通し延在する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項６】
前記少なくとも１個の締結具（２１２、３１２）は、前記リング片各々の中央部分を貫通し延在する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項７】
前記複数個のリング片の各々は耐摩擦性材料から成る、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシールリング組立体（２００、３００）。
【請求項８】
静止要素と、
該静止要素と結合されるシールリング組立体（２００、３００）であって、
各々が該組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置されており、各々が本体と該本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部（２１０、３１０）とから成る複数の単体弓形リング片と、
前記複数の弓形リング片各々の前記本体を貫通して延在しており、前記複数の各リング片を前記タービンエンジン内の静止要素の外面に取外し可能に結合させるために用いる少なくとも１個の締結具（２１２、３１２）とから成るシールリング組立体（２００、３００）とから成るタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
第１の弓形リング片と周方向に隣接する第２の弓形リング片とは、間隙（２１４、３１４）が前記リング片間に形成されるよう、前記静止要素の前記外面に取外し可能に結合される、請求項８に記載のタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記間隙（２１４、３１４）は、前記第２のリング片に対する前記第１のリング片の熱膨張を容易にする、請求項９に記載のタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、一般に蒸気タービンエンジンに関し、特に蒸気タービンエンジンと組み合わせて用いられる密封システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの周知の蒸気タービンは、蒸気入口とタービンと蒸気出口とを含む所定の蒸気流路を有する。さらに、少なくともいくつかの周知の蒸気タービンは、蒸気流を、ロータから延在するタービン翼の方へと下流方向に導く静止ノズルセグメントを含む。少なくともいくつかの周知の静止ノズルセグメントは、蒸気流の誘導を容易にする翼形部を含む。各ノズルセグメントは、関連ある列の動翼と併せて、一般にタービン段と呼ばれる。ほとんどの周知の蒸気タービンは、複数の段を含む。
【０００３】
一般に、動翼端とエンジンケーシング等の静止要素との間には、間隙が形成される。このような間隙は運転に必要である一方、間隙によって、蒸気が動翼を通過して流動するのではなく動翼の周りで流動するので、タービン効率が低下するとともに蒸気流量の損失が生じるという点において望ましくない。少なくともいくつかの周知の蒸気タービンにおいて、動翼端とエンジンケーシングとの間において形成される間隙を、各段の静止ノズルセグメントを交換することによって縮小することができる。具体的には、蒸気タービンを分解し、各段の静止ノズルセグメントを、密封用延長部を結合されて含むノズルセグメントに交換する。この密封用延長部は、動翼端とエンジンケーシングとの間隙が実質的に密封されるよう配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，２８７，９５６Ｂ２号
【特許文献２】米国特許第６，１４５，８４０号
【特許文献３】米国特許第５，６０３，５１０号
【特許文献４】米国特許第５，５５８，３４１号
【特許文献５】米国特許第５，５０１，５７３号
【特許文献６】米国特許第４，９７３，０６５号
【特許文献７】米国特許第４，７４６，２６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、各段の静止ノズルセグメントの交換に時間がかかり、蒸気タービンの運転停止時間が長引くことがある。その結果として、タービンの修理に付随する費用が増大することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は一態様において、タービンエンジンの組立方法を提供する。この方法は、シールリング組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置された複数の単体弓形リング片を含む後付けシールリング組立体を用意する段階を含む。複数のリング片は各々に、本体と、本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部とを含む。この方法はさらに、少なくとも１個の締結具を、複数のリング片各々の本体を貫通して延在させる段階と、複数のリング片各々をタービンエンジン内の静止要素の外面に少なくとも１個の締結具を用いて取外し可能に結合させる段階とを含む。
【０００７】
本発明はさらなる態様において、タービンエンジン用のシールリング組立体を提供する。この組立体は、シールリング組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置された複数の単体弓形リング片を有する。各々のリング片は、本体と、本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部から成る。複数の弓形リング片各々の本体を、少なくとも１個の締結具が貫通し延在している。この締結具を用いることによって、複数のリング片各々をタービンエンジン内の静止要素の外面に取外し可能に結合することができる。
【０００８】
本発明はまたさらなる態様において、タービンエンジンを提供する。このタービンエンジンは、静止要素と、この静止要素と結合されるシールリング組立体を有する。シールリング組立体は、シールリング組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置された複数の単体弓形リング片を有する。各々のリング片は、本体と、本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部とから成る。各々の弓形リング片の本体を、少なくとも１個の締結具が貫通し延在している。この締結具を用いることによって、複数のリング片各々をタービンエンジン内の静止要素の外面に取外し可能に結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な蒸気タービンの断面略図である。
【図２】図１に示す蒸気タービンと組み合わせて用いられるシールリング組立体を含む高圧タービンセクションの部分断面略図である。
【図３】図２に示すシールリング組立体の部分拡大図である。
【図４】図１に示す蒸気タービンと組み合わせて用いられるまた他のシールリング組立体を含む高圧タービンセクションの部分断面略図である。
【図５】図４に示すシールリング組立体の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、高圧（ＨＰ）セクション１０２と中圧（ＩＰ）セクション１０４とを含む例示的な対向流型蒸気タービンエンジン１００の断面略図である。ＨＰシェルまたはケーシング１０６は、軸方向に上半セクション１０８と下半セクション１１０とに分割される。同様に、ＩＰシェル１１２は、軸方向に上半セクション１１４と下半セクション１１６とに分割される。この例示的な実施例において、シェル１０６および１１２は、内側ケーシングである。これに代わる態様として、シェル１０６および１１２は、外側ケーシングであってもよい。ＨＰセクション１０２とＩＰセクション１０４との間に配置される中央セクション１１８は、ＨＰ蒸気入口１２０とＩＰ蒸気入口１２２とを含む。この例示的な実施例において、ＨＰセクション１０２とＩＰセクション１０４とは、ジャーナル軸受１２６および１２８により支持される単一の軸受スパンとして構成される。蒸気シール装置１３０および１３２は、それぞれ各ジャーナル軸受１２６および１２８の内側寄りに配置される。
【００１１】
環状セクション仕切壁１３４は、中央セクション１１８から半径方向内方に、ＨＰセクション１０２とＩＰセクション１０４との間において延在するロータ軸１４０の方へと延在する。より具体的には、仕切壁１３４は、第１のＨＰセクション入口ノズル１３６と第１のＩＰセクション入口ノズル１３８との間においてロータ軸１４０の一部分のまわりに周方向に延在する。パッキンケーシング１４４内に形成される溝によって、仕切壁１３４を受ける。より具体的には、上述の例示的な実施例において、溝１４２は、溝１４２の中央開口部が半径方向外方に向くよう、Ｃ字形状をとり、パッキンケーシング１４４の半径方向内側かつ外周のまわりに延在する。
【００１２】
上述の例示的な実施例において、蒸気タービン１００はさらに、ロータ軸１４０に結合される複数のタービン動翼またはバケット１４６（図１には示さず）を含む。各動翼１４６は、翼端１４１を有する。ステータ組立体が各組のタービン動翼１４６に隣接して配置され、段１４７が形成される。各々の段によって、蒸気流路１４８（図１には図示せず）が形成される。
【００１３】
上述の例示的な実施例において、蒸気タービン１００は、対向流型高圧および中圧蒸気タービン複合体である。また他の実施例において、蒸気タービン１００を、低圧タービンを含むがこれに制限されない任意の個別のタービンと組み合わせて用いてもよい。さらに他の実施例において、蒸気タービン１００を、単流および複流式蒸気タービンを含むがこれらに制限されない蒸気タービン構成と組み合わせて用いてよい。さらにまた他の実施例において、蒸気タービン１００を、ガスタービンエンジンとともに用いてよい。
【００１４】
ＨＰ蒸気入口１２０は動作時、蒸気源、例えば発電ボイラー（図示せず）から高圧／高温蒸気を受ける。この蒸気は、入口ノズル１３６からＨＰセクション１０２を介して導かれる。前記セクションにおいて、動翼１４６により前記蒸気から仕事が抽出され、ロータ軸１４０が回転する。
【００１５】
図２は、シールリング組立体２００を含む蒸気タービンエンジン１００のＨＰセクション１０２の部分断面略図である。図３は、シールリング組立体２００の部分拡大図である。この例示的な実施例において、ＨＰセクション１０２は、上半セクション１０８を下半ケーシング１１０（図１に図示）に取外し可能に結合させて組み立てられる。ノズルキャリヤ上半分１５０は、キャリヤ上半分１５０がケーシング１０６から半径方向内方に延在するよう、上半セクション１０８の半径方向内側面に結合される。その結果として、ノズルキャリヤ上半分１５０は、タービンロータ１４０に対して実質的に固定位置に維持される。ＨＰセクション１０２はさらに、複数の静翼リングまたはブリング組立体１５２を含み、これらはＨＰセクション１０２に結合されている。ノズルキャリヤ下半分（図示せず）は、下半セクション１１０に結合されており、ノズルおよびブリング組立体１５２をノズルキャリヤ上半分１５０と同様の態様で受ける。上述の例示的な実施例において、各々のブリング組立体１５２は、半径方向外側部分１５６とノズル部分１５８と半径方向内側部分１６０とを含む。１組の動翼１４６が、各ブリング組立体１５２に隣接して配置され、蒸気流路１４８の一部分を形成する段１４７が形成される。間隙１４９は、各動翼端１４１とキャリヤ上半分１５０との間に形成される。
【００１６】
シールリング組立体２００は、各タービン段１４７において各ブリング組立体１５２の半径方向外側部分１５６に取外し可能に結合される。上述の例示的な実施例では、シールリング組立体２００は、実質的に円形であるとともに、周方向に隣接する複数のシール片２０２によって形成される。各シール片２０２は、第１の端部２０４と第２の端部２０６と前記端部間に延在する本体２０８とを含む。さらに、少なくとも１個の歯状部２１０が、シール片２０２から半径方向内方に延在する。具体的には、上述の例示的な実施例において、各シール片２０２は、前記少なくとも１個の歯状部２１０と一体的に形成されており、各シール片２０２が単体部品となっている。上述の例示的な実施例では、各シール片２０２は、耐摩擦性材料により形成される。その結果、動翼端１４１がシール片２０２に接触するとシール片２０２が変形することによって、動翼１４６に対するあらゆる損傷の低減および／または防止が容易になる。
【００１７】
上述の例示的な実施例において、各シール片２０２は、動翼端１４１とキャリヤ上半分１５０との間に延在するよう、外側部分１５６に取外し可能に結合される。従って、上述の例示的な実施例では、少なくとも１個の歯状部２１０が動翼端１４１に隣接して配置されているので、間隙１４９を密封し易くなる。より具体的には、上述の例示的な実施例では、シールリング組立体２００は、動翼端シール組立体を含まない蒸気タービン１００用の後付け改良部品となる。これに代わる方法として、シールリング組立体２００を、新品の蒸気タービン１００に取り付けてもよい。各シール片２０２を外側部分１５６に取外し可能に結合させることにより、実質的にブリング組立体１５２全体を交換する必要がなくなるので、間隙１４９をより費用効果的な態様で密封できる。従って、蒸気タービン１００が運転停止状態となる時間の減少が容易になる。さらに、シールリング組立体２００を各段のブリング組立体１５２に取外し可能に結合させることにより、一体的な密封用延長部を自身から延在させて有するブリング組立体１５２全体を交換しなければならないその他の蒸気タービンと比べて、間隙１４９の密封に付随する費用を削減し易くなる。
【００１８】
各シール片２０２は、上述の例示的な実施例では、既存の外側部分１５６に少なくとも１個の締結具２１２を用いて結合される。これに代わる方法として、シール片２０２を本明細書に記載されているように機能させる任意の手段を用いて、各シール片２０２を外側部分１５６に取外し可能に結合してもよい。上述の例示的な実施例において、少なくとも１個の締結具２１２は、各シール片２０２から離反する方向に延在し、外側部分１５６と結合する。より具体的には、各締結具２１２は、実質的に各シール片２０２内の中央に配置される。各シール片２０２は、各々の隣接するシール片２０２からある距離だけ周方向に離間しており、周方向の間隙２１４が周方向に隣接する各対のシール片２０２間において形成される。各々の周方向の間隙２１４によって、各シール片２０２が、少なくとも１個の隣接するシール片２０２、外側部分１５６および／または本体２０８の中央部分に対して、詳細を以下に説明するように、熱膨張および収縮することが可能になる。
【００１９】
動作時、蒸気はセクション１０２を介して、より具体的には蒸気流路１４８に沿って導かれる。蒸気はさらに、動翼１４６の方へと入口ノズル１３６およびノズル１５８を介して導かれる。シールリング組立体２００、より具体的には歯状部２１０によって、動翼１４６を通過し、間隙１４９を介して流れる蒸気の量を抑制できる。より具体的には、シールリング組立体２００によって、間隙１４９が実質的に密封されることにより、蒸気流出による損失が抑制される。その結果として、動翼１４６を超えて流れる蒸気量が実質的に減少するので、蒸気タービン１００の効率向上に繋がる。
【００２０】
図４は、また他のシールリング組立体３００を含む蒸気タービン１００のＨＰセクション１０２の断面図である。図５は、シールリング組立体３００の部分拡大図である。シールリング組立体２００と実質的に同様であるシールリング組立体３００の構成要素および同様の構成要素は、同様の参照符号により識別されている。この例示的な実施例において、シールリング組立体３００は、各タービン段１４７において各ブリング組立体１５２の半径方向外側部分１５６に取外し可能に結合される。この例示的な実施例では、シールリング組立体３００は、実質的に円形であるとともに、周方向に隣接する複数のシール片３０２によって形成される。各シール片３０２は、第１の端部３０４と第２の端部３０６と前記端部間に延在する本体３０８とを含む。さらに、少なくとも１個の歯状部３１０が、シール片３０２から半径方向内方に延在する。具体的には、この例示的な実施例において、各シール片３０２が少なくとも１個の歯状部３１０と一体的に形成され、各シール片３０２が単体部品となっている。さらにこの例示的な実施例において、各シール片３０２は、実質的に耐摩擦性材料により形成される。その結果として、動翼端１４１がシール片３０２に接触するとシール片３０２が変形することによって、動翼１４６の損傷を低減できる。
【００２１】
上述の例示的な実施例において、各シール片３０２は、上半分１５０に取外し可能に結合され、各シール片３０２が動翼端１４１とキャリヤ上半分１５０との間に延在するとともに、間隙１４９の密封が容易になるよう歯状部３１０が動翼端１４１に隣接して配置されている。具体的には、上述の例示的な実施例では、シールリング組立体３００は、動翼端シール組立体を含まない蒸気タービン１００用の後付け改良部品となる。これに代わる方法として、シールリング組立体３００は、新品の蒸気タービン１００に取り付けられてもよい。各シール片３０２を上半分１５０に取外し可能に結合させることにより、実質的にブリング組立体１５２全体を交換する必要がなくなり、その結果、間隙１４９をより効果的に密封することできる。加えて、ブリング組立体全体を交換することがないので、蒸気タービン１００が運転停止状態となる時間量を実質的に減少させることができる。さらに、シールリング組立体３００を各段のブリング組立体１５２に取外し可能に結合させることにより、一体型の密封用延長部を自身から延在させて有するブリング組立体１５２全体を交換しなければならないその他の蒸気タービンと比べて、間隙１４９の密封に付随する費用を削減し易くなる。
【００２２】
各シール片３０２は、上述の例示的な実施例では、上半分１５０に少なくとも１個のボルト３１２を用いて結合される。これに代わる方法として、シール片３０２を本明細書に記載されているように機能させる任意の手段を用いて、各シール片３０２を上半分１５０に取外し可能に結合してもよい。上述の例示的な実施例において、少なくとも１個のボルト３１２は、各シール片３０２から離反する方向に延在しており、シール片３０２の結合が容易になる。より具体的には、各ボルト３１２は、実質的に各シール片３０２内の中央に配置され、各シール片３０２は、周方向の間隙３１４が周方向に隣接する各対のシール片３０２間において形成されるよう、各々の隣接するシール片３０２からある距離だけ周方向に離間している。周方向の間隙３１４によって、各シール片３０２が、少なくとも１個の隣接するシール片３０２、上半分１５０および／または本体２０８の中央部分に対して、以下により詳細に説明するように、熱膨張と収縮とを行なうことが可能になる。
【００２３】
上述の例示的な実施例では、シールリング組立体３００は、蒸気タービン１００に後付け改良部品として取り付けられる。これに代わる方法として、シールリング組立体３００を、新品の蒸気タービン１００に取り付けてもよい。蒸気タービンと後付けシール組立体との組立方法は、後付けシールリング組立体３００を用意する段階を含む。この方法は、さらにまた、各シール片３０２の本体３０８を貫通して少なくとも１個の締結具３１２を延在させる段階を含む。この方法は、さらに、各シール片３０２を静止要素の外面に少なくとも１個の締結具３１２を用いて結合させる段階を含む。
【００２４】
動作時、蒸気はセクション１０２を介して、より具体的には蒸気流路１４８に沿って導かれる。さらに蒸気は、動翼１４６の方へと入口ノズル１３６およびノズル１５８を介して導かれる。シールリング組立体３００、より具体的には歯状部３１０によって、動翼１４６を通過し間隙１４９を介して流れる蒸気の量が抑制される。より具体的には、シールリング組立体３００によって間隙１４９が実質的に密封されることにより、蒸気流出による損失が抑制される。その結果として、動翼１４６を超えて流れる蒸気量が実質的に減少するので、蒸気タービン１００の効率向上に繋がる。
【００２５】
本発明は一実施例において、タービンエンジンの組立方法を提供する。この方法は、シールリング組立体の中心軸のまわりに周方向に離間配置された複数の単体弓形リング片を含む後付けシールリング組立体を用意する段階を含む。複数のリング片は各々に、本体と、本体から半径方向内方に延在する少なくとも１個の一体成形歯状部とを含む。この方法はさらに、少なくとも１個の締結具を、複数のリング片各々の本体を貫通して延在させる段階と、複数のリング片各々をタービンエンジン内の静止要素の外面に少なくとも１個の締結具を用いて取外し可能に結合させる段階とを含む。
【００２６】
本発明は一実施例において、第１のリング片と周方向に隣接する第２のリング片とが静止要素の外面に結合されるとともに、第２のリング片に対する第１のリング片の熱膨張が容易になるよう、リング片間に間隙が形成されている。一実施例においてさらに、この少なくとも１個の締結具は、リング片の中心軸に対して傾斜角をなし、かつ／または平行に延在する。上述の例示的な実施例において、この締結具は、各リング片の中央部分を貫通し延在している。一実施例においてさらに、この複数の各リング片は、耐摩擦性材料を含む。
【００２７】
以上、シールリング組立体の例示的な実施例を詳細に説明した。このシールリング組立体は、本明細書に記載の蒸気タービンと組み合わせての使用のみにとどまらず、本明細書に記載のその他の蒸気タービン構成要素とは無関係かつ別個に用いられてよい。さらに本発明の実施例は、以上に詳述したようなシールリング組立体のみにとどまらず、添付の特許請求の範囲の範疇においてシールリング組立体のその他の変形態様を適用できる。
【００２８】
上述のシステムおよび方法によって、動翼を通過し蒸気タービンの間隙を介して流れる蒸気の量を抑制し易くなる。より具体的には、上述のシステムおよび方法によって、実質的に間隙を密封し、蒸気流出による損失を抑制することができる。その結果として、動翼を超えて流れる蒸気量が実質的に減少し、蒸気タービン効率の向上に繋がる。従って、蒸気タービンの保全および／または修理に付随する費用を削減し易くなる。
【００２９】
本発明を、特定の実施形態に関連して説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範疇において本発明に改変を加えることが可能であることは当業者には明らかであろう。
【符号の説明】
【００３０】
１００  蒸気タービン
１０２  高圧（ＨＰ）セクション
１０４  中圧（ＩＰ）  セクション
１０６  ケーシング
１０８  上半セクション
１１０  下半セクション
１１２  シェル
１１４  上半セクション
１１６  下半セクション
１１８  中央セクション
１２０  ＨＰ蒸気入口
１２２  ＩＰ蒸気入口
１２６  ジャーナル軸受
１２８  ジャーナル軸受
１３０  蒸気シール装置
１３２  蒸気シール装置
１３４  セクション仕切壁
１３６  ＨＰセクション入口ノズル
１３８  ＩＰセクション入口ノズル
１４０  ロータ軸
１４１  翼端
１４２  溝
１４４  パッキンケーシング
１４６  ロータ動翼
１４７  タービン段
１４８  蒸気流路
１４９  密封間隙
１５０  上半分
１５２  ブリング組立体
１５６  外側部分
１５８  ノズル
１６０  半径方向内側部分
２００  シールリング組立体
２０２  シール片
２０４  第１の端部
２０６  第２の端部
２０８  本体
２１０  歯状部
２１２  締結具
２１４  周方向の間隙
３００  シールリング組立体
３０２  シール片
３０４  第１の端部
３０６  第２の端部
３０８  本体
３１０  歯状部
３１２  締結具
３１４  周方向の間隙
【図１】
2009191850.tif 000003
【図２】
2009191850.tif 000004
【図３】
2009191850.tif 000005
【図４】
2009191850.tif 000006
【図５】
2009191850.tif 000007