(57)【要約】  本出願は、タービン（１０）を提供する。タービン（１０）は、ロータ（５５）と、ケーシング（２００）と、ロータ（５５）とケーシング（２５）との間に配置されたグランドシールシステム（１００）とを含むことができる。グランドシールシステム（１００）は、ケーシング（２５）の周りに配置された裏側シール（２００）を含むことができる。【選択図】図３
2020513502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（５５）と、
ケーシング（２５）と、
前記ロータ（５５）と前記ケーシング（２５）との間に配置されたグランドシールシステム（１００）と
を備え、
前記グランドシールシステム（１００）は、前記ケーシング（２５）の付近に配置された裏側シール（２００）を備える、タービン（１０）。
【請求項２】
前記グランドシールシステム（１００）は、ラビリンスシール（１１０）を備える、請求項１に記載のタービン（１０）。
【請求項３】
前記ラビリンスシール（１１０）は、前記ロータ（５５）に面する複数のシール歯（１３０）を備える、請求項１または２に記載のタービン（１０）。
【請求項４】
前記ラビリンスシール（１１０）は、シールリング（１２０）と、ネックリング（１４０）と、ヘッドリング（１５０）とを備える、請求項２または３に記載のタービン（１０）。
【請求項５】
前記ケーシング（２５）は、ケーシングキャビティ（１６０）を備え、前記ヘッドリング（１５０）は、前記ケーシングキャビティ（１６０）に配置される、請求項４に記載のタービン（１０）。
【請求項６】
前記ケーシングキャビティ（１６０）は、ショルダ（１７０）を備え、前記ヘッドリング（１５０）は、前記ショルダ（１７０）上に配置される、請求項５に記載のタービン（１０）。
【請求項７】
前記裏側シール（２００）は、前記ショルダ（１７０）上に配置される、請求項６に記載のタービン（１０）。
【請求項８】
前記ケーシングキャビティ（１６０）は、後面（２１０）を備え、前記裏側シール（２００）は、前記後面（２１０）と前記ヘッドリング（１５０）との間に配置される、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のタービン（１０）。
【請求項９】
前記ケーシング（２５）は、キャビティ溝（１８０）を備え、前記ネックリング（１４０）は、前記キャビティ溝（１８０）に配置される、請求項４に記載のタービン（１０）。
【請求項１０】
前記裏側シール（２００）は、実質的に「Ｗ字」の形状を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のタービン（１０）。
【請求項１１】
前記裏側シール（２００）は、中央の頂部（２２０）と、第１の脚部（２３０）と、第２の脚部（２４０）とを備える、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のタービン（１０）。
【請求項１２】
前記中央の頂部（２２０）は、可撓な中央の頂部を備え、前記第１の脚部（２３０）は、堅固な第１の脚部を備え、前記第２の脚部（２４０）は、堅固な第２の脚部を備える、請求項１１に記載のタービン（１０）。
【請求項１３】
前記裏側シール（２００）は、超合金を備える、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のタービン（１０）。
【請求項１４】
ロータ（５５）と、
キャビティ（１６０）を備えるケーシング（２５）と、
前記ロータ（５５）と前記ケーシング（２５）の前記キャビティ（１６０）との間に配置されたラビリンスシール（１１０）と、
前記ラビリンスシール（１１０）と前記ケーシング（２５）の前記キャビティ（１６０）との間に配置された裏側シール（２００）と
を備える、蒸気タービン（１０）。
【請求項１５】
タービン（１０）を動作させる方法であって、
ケーシング（２５）とロータ（５５）との間にラビリンスシール（１１０）を配置するステップと、
前記ラビリンスシール（１１０）と前記ケーシング（２５）のキャビティ（１６０）との間に裏側シール（２００）を配置するステップと、
前記ロータ（５５）を回転させるステップと、
前記キャビティ（１６０）を通る蒸気漏洩経路を前記裏側シール（２００）で遮るステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願および結果として得られる特許は、広くには、回転機械に用いられるシールに関し、より詳細には、蒸気タービンなどのグランドシステムのための裏側シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に説明すると、蒸気タービンなどは、蒸気入口、タービンセクション、および蒸気出口を含む所定の蒸気経路を有することができる。より高い圧力の領域からより低い圧力の領域へと蒸気経路から流れ出し、あるいは蒸気経路へと流れ込む蒸気の漏洩が、蒸気タービンの運転効率に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、回転シャフトと周囲を囲むタービンケーシングとの間の蒸気タービン内の蒸気経路の漏洩が、蒸気タービンの全体としての効率を低下させる可能性がある。
【０００３】
蒸気タービン内のシャフトシールおよびピストンシールは、典型的には、ラビリンス式であってよい。ケーシング側のシール歯またはシール片を、例えば始動時または停止時のロータとの接触に損傷を生じることなく適応するように、可撓セグメント上に配置することができる。この漏洩を、典型的には、グランドシーリングシステムによって防止し、あるいは遅らせることができる。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、本出願および結果として得られる特許は、タービンを提供する。タービンは、ロータと、ケーシングと、ロータとケーシングとの間に配置されたグランドシールシステムとを含むことができる。グランドシールシステムは、ケーシングの周りに配置された裏側シールを含むことができる。
【０００５】
さらに、本出願および結果として得られる特許は、タービンを動作させる方法を提供する。この方法は、ケーシングとロータとの間にラビリンスシールを配置するステップと、ラビリンスシールとケーシングのキャビティとの間に裏側シールを配置するステップと、ロータを回転させるステップと、キャビティを通る蒸気漏洩経路を裏側シールで遮るステップとを含むことができる。
【０００６】
さらに、本出願および結果として得られる特許は、蒸気タービンを提供する。この蒸気タービンは、ロータと、キャビティを有するケーシングと、ロータとケーシングのキャビティとの間に配置されたラビリンスシールと、ラビリンスシールとケーシングのキャビティとの間に配置された裏側シールとを含むことができる。
【０００７】
本出願および結果として得られる特許のこれらの特徴および改良ならびに他の特徴および改良は、以下の詳細な説明を、いくつかの図および添付の特許請求の範囲と併せて検討することにより、当業者にとって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】典型的な蒸気タービンの概略図である。
【図２】図１の蒸気タービンのグランドシールシステムの断面図である。
【図３】グランドシールシステムにおける本明細書において説明され得る裏側シールの概略図である。
【図４】本明細書において説明され得る裏側シールの別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで図面を参照すると、いくつかの図を通して類似の数字は類似の要素を指しており、図１が、蒸気タービン１０の一例の概略図を示している。一般的に説明すると、蒸気タービン１０は、高圧セクション１５および中圧セクション２０を含むことができる。他のセクションにおける他の圧力も、本明細書において使用可能である。外殻またはケーシング２５を、上半分３０および下半分３５へと軸方向に分割することができる。ケーシング２５の中央部４０が、高圧蒸気入口４５および中圧蒸気入口５０を含むことができる。ケーシング２５内で、高圧セクション１５および中圧セクション２０を、ロータ５５を中心にして配置することができる。ロータ５５を、いくつかのベアリング６０によって支持することができる。蒸気シールユニット６５を、各々のベアリング６０の内側に配置することができる。環状のセクション仕切り７０を、中央部４０からロータに向かって半径方向内側に延ばすことができる。仕切り７０は、いくつかのパッキンケーシング７５を含むことができる。他の構成要素および他の構成も、使用することが可能である。
【００１０】
動作時に、高圧蒸気入口４５は、蒸気源から高い圧力および高い温度の蒸気を受け取る。蒸気は、ロータ５５の回転によって蒸気から仕事が抽出されるように、高圧セクション１５を通って導かれる。蒸気を、高圧セクション１５を出た後に、再加熱のために蒸気源へと戻すことができる。次いで、再加熱後の蒸気を、中圧セクションの入口５０へと再び導くことができる。蒸気を、高圧セクション１５に進入する蒸気と比べて低い圧力および高圧セクション１５に進入する蒸気の温度にほぼ等しい温度で、中圧セクション２０へと戻すことができる。したがって、高圧セクション１５における動作圧力が中圧セクション２０における動作圧力よりも高くなる可能性があるため、高圧セクション１５内の蒸気が、高圧セクション１５と中圧セクション２０との間に生じ得る漏洩経路を通って、中圧セクション２０に向かって流れる傾向にある。そのような漏洩経路の１つは、ロータシャフト５５の周囲でパッキンケーシング７５を通って延びる可能性がある。他の漏洩が、蒸気シールユニット６５および他の場所において生じる可能性がある。
【００１１】
図２は、本明細書において使用することができるグランドシールシステム１００の概略図である。グランドシールシステム１００を、グランドシールシステム１００を通る漏洩流を制限するために使用することができる。グランドシールシステム１００を、パッキンケーシング７５、シールユニット６５、または他の場所に使用することができる。具体的には、グランドシールシステム１００を、ロータ５５とケーシング２５との間に配置することができる。グランドシールシステム１００は、軸方向に並べられた一連の周状ラビリンスシール１１０を含むことができる。各々のラビリンスシール１１０は、シールリング１２０を含むことができる。シールリング１２０は、任意の数のセグメントにて延びてよい。いくつかのラビリンス歯１３０が、シールリング１２０からロータ５５に向かって延びてよい。シールリング１２０を、ネックリング１４０およびヘッドリング１５０に接続することができる。ヘッドリング１５０を、ケーシングキャビティ１６０内に位置させることができる。ヘッドリング１５０を、ケーシングキャビティ１６０において、１対のキャビティショルダ１７０上に支持することができる。ネックリング１４０は、キャビティ溝１８０を通って延びることができる。キャビティ溝１８０は、ケーシングキャビティ１６０に通じている。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。
【００１２】
上述したように、全体としての漏洩のかなりの部分が、ラビリンスシール１１０およびケーシングキャビティ１６０の周りで発生する可能性がある。図３は、グランドシールシステム１００における本明細書において説明され得るとおりの裏側シール２００の使用を示している。裏側シール２００を、ヘッドリング１５０とケーシングキャビティ１６０の後面２１０（蒸気の流れの方向に対して）との間に配置することができる。裏側シール２００を、キャビティショルダ１７０上に配置することができる。各々の裏側シール２００は、中央の頂部２２０と、１対の対向する脚部２３０、２４０とを、実質的に「Ｅ字」または「Ｗ字」のような形状にて含むことができる。第１の脚部２３０を、ケーシングキャビティ１６０の後面２１０に当接させて配置でき、第２の脚部２４０を、ヘッドリング１５０に対して配置することができる。この実施形態において、裏側シール２００は、実質的に垂直な構成２５０を有することができる。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。
【００１３】
裏側シール２００を、中央の頂部２２０において可撓性を提供するが、脚部２３０、２４０の付近においては圧力差に耐える大きな剛性を有する材料から製造することができる。裏側シール２００は、高サイクル撓みに合わせて設計することができる。裏側シール２００は、おおむね華氏１３００度（摂氏７０４度）までの温度およびおおむね約１０，０００ＰＳＩまでの圧力に耐えることができ、高いスプリングバック能力を有する。裏側シール２００を、メッキおよび／またはコーティングを有しても、有さなくてもよいが、さまざまな種類の超合金で製作することができる。裏側シール２００は、おおむねＲａ０．８または他の表面粗さを有することができる。適切な裏側シール２００の例は、ワシントン州ＳｐｏｋａｎｅのＪｅｔｓｅａｌ，Ｉｎｃ．が提供する「Ｅ−ＳＥＡＬ」であってよい。本明細書において、他の種類の裏側シール２００を使用してもよい。このように、裏側シール２００は、ラビリンスシール１１０のヘッドリング１５０を適所に維持し、良好なシールを提供する。
【００１４】
このように、裏側シール２００を有するグランドシールシステム１００は、ケーシングキャビティ１６０において良好なシールを提供する。裏側シール２００は、ケーシングキャビティ１６０におけるギャップをおおむね封じ、温度および圧力に耐え、全体的な可撓性を維持する。グランドシールシステム１００における漏洩を減らすことで、全体としてのプラントのサイクル効率が改善されるはずである。グランドシールシステム１００は、当初から用いられても、事後改良の一部であってもよい。
【００１５】
図４が、裏側シール２００の別の実施形態を示している。この例において、裏側シール２００は、実質的に水平な構成２６０を有することができる。裏側シール２００を、上述のようにケーシングキャビティ１６０の後面２１０の付近に配置することができ、あるいは裏側シール２００を、ヘッドリング１５０または他の場所のシールスロット２７０内に配置することができる。水平な構成２６０も、ケーシングキャビティ１６０における良好なシールを提供する。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。
【００１６】
以上が、あくまでも本出願および結果として得られる特許のうちの特定の実施形態に関するにすぎないことは、明らかである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定められる本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において数多くの変更および修正を行うことが可能である。ここで、本発明の種々の態様および実施形態を、以下の条項によって定義する。
【００１７】
条項１。
ロータと、
ケーシングと、
ロータとケーシングとの間に配置されたグランドシールシステムと
を備え、
グランドシールシステムは、ケーシングの付近に配置された裏側シールを備える、タービン。
【００１８】
条項２。
グランドシールシステムは、ラビリンスシールを備える、条項１に記載のタービン。
【００１９】
条項３。
ラビリンスシールは、ロータに面する複数のシール歯を備える、条項２に記載のタービン。
【００２０】
条項４。
ラビリンスシールは、シールリング、ネックリング、およびヘッドリングを備える、条項２に記載のタービン。
【００２１】
条項５。
ケーシングは、ケーシングキャビティを備え、ヘッドリングは、ケーシングキャビティに配置される、条項４に記載のタービン。
【００２２】
条項６。
ケーシングキャビティは、ショルダを備え、ヘッドリングは、ショルダ上に配置される、条項５に記載のタービン。
【００２３】
条項７。
裏側シールは、ショルダ上に配置される、条項６に記載のタービン。
【００２４】
条項８。
ケーシングキャビティは、後面を備え、裏側シールは、後面とヘッドリングとの間に配置される、条項５に記載のタービン。
【００２５】
条項９。
ケーシングは、キャビティ溝を備え、ネックリングは、キャビティ溝に配置される、条項４に記載のタービン。
【００２６】
条項１０。
裏側シールは、実質的に「Ｗ字」の形状を有する、条項１に記載のタービン。
【００２７】
条項１１。
裏側シールは、中央の頂部と、第１の脚部と、第２の脚部とを備える、条項１に記載のタービン。
【００２８】
条項１２。
中央の頂部は、可撓な中央の頂部を備え、第１の脚部は、堅固な第１の脚部を備え、第２の脚部は、堅固な第２の脚部を備える、条項１１に記載のタービン。
【００２９】
条項１３。
裏側シールは、超合金を含む、条項１に記載のタービン。
【００３０】
条項１４。
タービンは、蒸気タービンを含む、条項１に記載のタービン。
【００３１】
条項１５。
タービンを動作させる方法であって、
ケーシングとロータとの間にラビリンスシールを配置するステップと、
ラビリンスシールとケーシングのキャビティとの間に裏側シールを配置するステップと、
ロータを回転させるステップと、
キャビティを通る蒸気漏洩経路を裏側シールで遮るステップと
を含む方法。
【００３２】
条項１６。
ロータと、
キャビティを備えるケーシングと、
ロータとケーシングのキャビティとの間に配置されたラビリンスシールと、
ラビリンスシールとケーシングのキャビティとの間に配置された裏側シールと
を備える、蒸気タービン。
【００３３】
条項１７。
ラビリンスシールは、シールリング、ネックリング、およびヘッドリングを備える、条項１６に記載の蒸気タービン。
【００３４】
条項１８。
ヘッドリングは、ケーシングのキャビティ内に配置される、条項１７に記載の蒸気タービン。
【００３５】
条項１９。
キャビティは、ショルダを備え、裏側シールは、ショルダ上に配置される、条項１６に記載の蒸気タービン。
【００３６】
条項２０。
裏側シールは、実質的に「Ｗ字」の形状を有する、条項１６に記載の蒸気タービン。
【符号の説明】
【００３７】
１０  蒸気タービン
１５  高圧セクション
２０  中圧セクション
２５  ケーシング
３０  （ケーシングの）上半分
３５  （ケーシングの）下半分
４０  （ケーシングの）中央部
４５  高圧蒸気入口
５０  中圧蒸気入口
５５  ロータ、ロータシャフト
６０  ベアリング
６５  蒸気シールユニット
７０  セクション仕切り
７５  パッキンケーシング
１００  グランドシールシステム
１１０  ラビリンスシール
１２０  シールリング
１３０  ラビリンス歯
１４０  ネックリング
１５０  ヘッドリング
１６０  ケーシングキャビティ
１７０  キャビティショルダ
１８０  キャビティ溝
２００  裏側シール
２１０  （キャビティの）後面
２２０  中央の頂部
２３０  第１の脚部
２４０  第２の脚部
２５０  （裏側シールの）実質的に垂直な構成
２６０  （裏側シールの）実質的に水平な構成
２７０  シールスロット
【図１】
2020513502.tif 000003
【図２】
2020513502.tif 000004
【図３】
2020513502.tif 000005
【図４】
2020513502.tif 000006
【国際調査報告】
2020513502.tif 000007
2020513502.tif 000008
2020513502.tif 000009