JP2001234705A - シールアセンブリを持つ回転機械 - Google Patents
シールアセンブリを持つ回転機械Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Abstract
うな回転機械に関し、より詳しくは、回転する動翼の先
端と回転機械の固定外部ケーシングとの間のクリアラン
スを制御するシールアセンブリを持つ回転機械に関す
る。 【解決手段】 回転機械(10)は、回転可能なロータ
(12)、ロータ(12)周囲に間隔を空けて半径方向
に装着された翼(14)、ロータ(12)と翼(14)
との周囲に半径方向外側に向かって配置され、ケーシン
グ(16)と翼(14)の先端(14a)との間に環状
隙間(18)を形成する固定ケーシング(16)及びロ
ータ(12)と翼(14)とがケーシング(16)に対
して異なる膨張をしている間、シールアセンブリ(2
0)が翼先端(14a)の接触に応答して曲がりかつ摩
耗し、動く翼先端(14a)によるケーシング(16)と
の接触を避けるためにケーシング(16)と翼先端(1
4a)との間の隙間が制御されるように、ケーシング
(16)に取り付けられ、環状隙間(18)内に配置さ
れた可撓性摩耗シールアセンブリ(20)を含む。
Description
スタービンのような回転機械に関し、より詳しくは、回
転する動翼の先端と回転機械の固定外部ケーシングとの
間のクリアランスを制御するシールアセンブリを持つ回
転機械に関する。
がある中で、電気発電機に動力を与えるために使用さ
れ、ガスタービンはまた、いろいろ目的がある中で、航
空機や船舶を推進させるために使用される。蒸気タービ
ンは、連続する流れの順に、蒸気入口、タービン及び蒸
気出口を一般に含む蒸気経路を持つ。ガスタービンは、
連続する流れの順に、空気入口(又は取入口)、圧縮
器、燃焼室、タービン、ガス出口(又は排気ノズル)を
一般に含むガス経路を持つ。圧縮器及びタービン部は、
円周方向に少なくとも1つの回転翼の列を含む。回転翼
の自由端又は先端は、固定子ケ−シングに囲まれてい
る。
シングとの間の半径方向のクリアランス又は隙間に部分
的に左右される。クリアランスが大き過ぎる場合、より
多くの蒸気又はガス流が動翼先端と周囲ケーシングとの
間の隙間を通って漏れ、タービンの効率を減少させるで
あろう。クリアランスが小さ過ぎる場合、動翼の先端部
は、特定のタービン作動状態の間、周囲ケーシングに衝
突する可能性がある。
先端での遠心力が変わるため、また、回転するロータと
固定ケーシングとの間の相対的な温度上昇のために変化
するが知られている。ロータ及びケーシングの異なる遠
心力及び温度上昇の間、クリアランスの変化は、動いて
いる翼先端の固定ケーシングに対する激しい摩擦をもた
らすことになり得る。翼先端クリアランスのこの増加
は、効率損失をもたらす。
のようなクリアランス制御装置は、過去においてロータ
及びケーシング間のクリアランス変化に適応させるため
に提案されてきた。しかし、そのようなクリアランスを
制御する最適設計を表すものは全くないと思われる。以
上の結果、上記のクリアランス制御の問題の解決策を、
代わりに新しい問題を何も引き起こすことなく提供する
であろう発明に対する必要性が依然残されている。
を満たすよう設計された可撓性摩耗シールアセンブリを
備えた回転機械を提供する。可撓性摩耗シールアセンブ
リは、ケーシングに対するロータと翼との異なる膨張の
ために翼先端がケーシングに接触するのに応答し、曲が
ったり摩耗したりして回転機械の回転動翼と固定外部ケ
ーシングとの間の半径方向クリアランス制御し、それに
より、翼で摩耗層を動かすことで接触の激しさを減少さ
せる。通常使用される硬質摩耗性シュラウドと比べる
と、本発明のシールアセンブリは、弾力性があるため、
発熱や材料除去がより少なくなる。シールアセンブリの
低減磨耗率は、より長期間に亘ってより狭い翼先端クリ
アランスを準備し、より良い稼働効率をもたらす。
に回転可能で外面を持つロータと、装着され、円周方向
に互いに間隔を空けて配置され、ロータの外面から翼の
先端部に縦軸線に対して半径方向外側に延びる複数の翼
と、環状形と内部円周面とを持ち、外部ケーシングの内
部円周面と翼の先端部との間に環状隙間を形成するため
に、ロータ及び翼から半径方向外側に間隔を空けて周囲
に固定的に配置されている外部ケーシングと、ケーシン
グに対してロータと翼とが異なる膨張をしている間、ロ
ータと共に動く翼の先端がシールアセンブリに接触する
のに応答してシールアセンブリが曲がり及び摩耗して、
それにより、環状隙間でのケーシング及び動翼間のクリ
アランスが、動く翼先端がケーシングと接触するのを避
けるような方法で制御されるように、外部ケーシングの
内部円周面に取り付けられてケーシングと翼先端との間
の環状クリアランス隙間内に配置された可撓性摩耗シー
ルアセンブリと、を含む回転機械が提供される。
施形態が開示される。実施形態の各々において、シール
アセンブリは、基本的に、外部ケーシングの内部円周面
の環状形とほぼ適合する弓形を持つ細長い可撓体と、動
翼の先端部の各々上流及び下流側に間隔を空けて置かれ
た対向する1対の縦方向に延びる間隔の空いた縁部分
と、対向する各縁部分の間に延びてそれらを相互接続
し、動翼の先端部と位置合わせされてその外側に向かっ
て配置されている本体とを含む。細長い可撓体は、動翼
の先端部の接触に応答して摩耗することが可能な材料で
ある、動翼の先端部近傍に配置された部分を持つ。図に
おいて、可撓体は、互いに対して端から端まで配置され
た複数の似たような弓形体セグメントの環状アレーから
作られている。
リは、更に基本的に、可撓体をその対向する各縁部分に
おいて外部ケーシングの内部円周面に固定する手段を含
む。例として、該固定手段は、溶接又は留め具であり得
る。
機械は、非限定的に、遠心圧縮機、発電機及びタービン
を含む。タービンは、非限定的に、蒸気タービン及びガ
スタービンを含む。タービンは、非限定的に、圧縮部及
びタービン部を含む。本発明は、以下にタービンに関し
て説明されるが、当業者により理解される通り、本発明
はそれに限定されず、いかなる回転機械にも適用される
ものとする。図1は、回転機械の一部のみを示してお
り、その一部は、他にも部材がある中で、タービンのハ
ウジング及びロータを含むことに注意されたい。
央の縦軸線Aの周りに回転可能で外部環状表面12aを
持つロータと、固定するように装着され、円周方向に互
いに間隔を空けて配置され、ロータ12の外部環状表面
12aから翼の先端部14aに半径方向外側に延びる複
数の翼14と、ほぼ環及び円筒形状と内部円周面16a
とを持ち、外部ケーシングの内部円周面16aと動翼1
4の先端部14aとの間に環状隙間18を形成するため
に、ロータ12及び翼14から半径方向外側に間隔を空
けて周囲に固定的に配置されている外部ケーシング16
とを持つ、本発明の一般に番号10で表されるタービン
が概略的な形で図解されている。可撓性摩耗シールアセ
ンブリ20は、外部ケーシング16の内部円周16aに
取り付けられ、ケーシング16の内部円周16aとロー
タ12と共に回転する翼14の先端部14aとの間に形
成された環状隙間18内に配置される。ケーシング16
に対してロータ12と翼14とが異なる膨張をしている
間、シールアセンブリ18は、動く翼の先端14aがシ
ールアセンブリに接触するのに応答して曲がり及び摩耗
する。このようにして、動く翼先端14aの固定ケーシ
ング16との接触が避けられ、固定ケーシング16及び
動く動翼14の間のクリアランスは、その結果、本発明
のシールアセンブリ18により制御される。
から図11までに示されるように、異なる修正形状又は
実施形態で準備することができる。各々の修正形状又は
実施形態において、シールアセンブリ20は、基本的
に、外部ケーシング16の内部円周面16aの環状形に
ほぼ適合する弓形を持つ細長い可撓体22を含む。可撓
体22はまた、動翼14の先端部14aの各々上流及び
下流側に間隔を空けて置かれた対向する1対の縦方向に
延びる間隔の空いた縁部分24と、対向する各縁部分2
4の間に延びてそれらを相互接続し、動翼14の先端部
14aと位置合わせされてその外側に向かって配置され
ている本体部分26とを持つ。図2から図11の各々の
実施形態の細長い可撓体22は、動翼14の先端部14
aの接触に応答して摩耗することが可能な材料である、
動翼14の先端部14a近傍に配置された少なくとも一
部分を持つ。図1において見ることができるように、可
撓体22は、互いに対して端から端まで配置された複数
の似たような弓形体セグメント22aの環状アレーから
作られている。
リ20は、更に、可撓体22をその対向する各縁部分2
4において外部ケーシング14の内部円周面16aに固
定する手段28を基本的に含む。例として、そして非限
定的に、固定手段28は、複数のスポット溶接又は留め
具であり得る。更に、固定手段は、可撓体22の対向す
る縁部分24を収容する、ケーシング16の溝を含むこ
とができる。シールアセンブリ20は、その空気力学的
抵抗を減らすために、ケーシング16内に隠すように定
着させることができる。
実施形態の可撓体22の本体部分26は、動翼14の先
端部14aの上に重なる中央部30と、可撓体22の対
向する縁部分24と可撓体の本体部分26の中央部30
とを相互接続する手段とを持っており、そのため、中央
部30が外部ケーシング16の内部円周面16aから内
部に向かって十分間隔があり、動翼14の動いている先
端部14aによる接触に応答して本体部分が動翼14か
ら遠ざかる方向そして外部ケーシング16に向かうよう
な方向に曲がることを可能にする。可撓体22の本体部
分26の中央部30は、曲がっていない状態において
は、ほぼ平坦である。可撓体22の対向する各縁部分2
4と本体部分26の中央部30とを相互接続する手段
は、可撓体22の対向する縁部分24と本体部分26の
中央部30の対向する縁部30aとの間に配置され、そ
れらに各々取り付けられた1対の対向する側部32であ
る。可撓体22の本体部分26の対向する側部32は、
本体部分26の中央部30を外部ケーシング16から内
側に向かって目標とする間隔が空いた位置に配置するた
め、本体部分26の中央部30から相対して傾く関係で
延びている。
のは、摩耗可能材料から作ることができる。例えば、摩
耗可能材料は、セラミック又は適切な金属であり得る。
更に、例示的であるが、可撓体22は、織布やシートの
形でも可能である。加えて、可撓体22は、図2から図
4、図10及び図11に見られるように、材料の1つの
層であり得るが、また、図5から図9に見られるよう
に、材料の複数の層でも可能である。可撓体22が複数
の層である場合、それらは、剛性や漏れを減らすため
に、薄切りや千鳥にすることもできる。
から分離するところは、図3及び図7から図11に見ら
れるように、可撓体22の本体部分26の中央部30
の、動翼14の先端部14aに面している内面36に塗
布された被覆層34の形をとる。可撓体22に装着され
る摩耗被膜34の使用はまた、浸食寿命の問題も解決す
る。被膜34の硬さとシールの剛性とを独立して変えら
れることは、シール剛性の減少を通じて翼14にいかな
る過度の損傷をも実際に与えることなく、摩耗被膜34
が十分な浸食寿命をもたらすのに十分な堅さであること
を可能にする。シール剛性と被膜の硬さとの分離はま
た、どのような特定の使用にも適用可能な被膜の選択数
を増す。
れるように、可撓体22が高い空隔率を持つ場合、シー
ルアセンブリ22はまた、漏れを排除する可撓体22と
共に、薄板金のインナーライナーのような可撓性裏紙3
8を用いることができる。可撓性裏紙38は、その対向
する縁部38aに沿って固定手段28によりケーシング
16に装着される。可撓性裏紙38は、ほぼ平面の形態
を持ち、可撓体22の本体部分26の中央部30から間
隔を空けて配置されている。
解されるものと思われるが、上記の形体が本発明の単に
好ましい又は例示的実施形態であり、本発明の精神及び
範囲から逸脱することなく、また、その材料の特色の全
てを犠牲にすることなく、本発明の様々な変更が可能で
あることは明らかであろう。
られ、外部ケーシングと、タービンのロータに装着され
共に回転する翼の動く先端との間の環状隙間に配置され
た可撓性摩耗シールアセンブリを持つ、本発明による回
転機械のタービンの実施形態の断片的な端部概略正面
図。
断面で示す、図1の線2−2に沿って切断された断片的
拡大正面図。
断面で示す、図2と同様の図。
図。
図。
図。
図。
図。
図。
図。
面図。
Claims (20)
- 【請求項1】 縦軸線(A)の周りに回転可能で外部環
状平面(12a)を持つロータ(12)と、 前記ロータ(12)の前記外部環状平面(12a)に装
着され、周囲の円周方向に互いに間隔を空けて配置さ
れ、前記ロータ(12)の前記外部環状平面(12a)
から前記翼(14)の先端部(14a)に前記縦軸線
(A)に対して半径方向外側に延びる複数の翼(14)
と、 環状形と内部円周面(16a)とを持ち、前記ケーシン
グ(16)の前記内部円周面(16a)と前記翼(1
4)の前記先端部(14a)との間に環状隙間(18)
を形成するために、前記ロータ(12)及びその上にあ
る前記翼(14)から半径方向外側に間隔を空けて周囲
に固定的に配置されている外部ケーシング(16)と、 前記ケーシング(16)に対して前記ロータ(12)と
翼(14)とが異なる膨張をしている間、前記ロータ
(12)と共に動く前記翼(14)の前記先端(14
a)が接触するのに応答して曲がりかつ摩耗し、それに
より、前記隙間(18)での前記ケーシング(16)及
び前記動翼(14)間のクリアランスが前記動く翼先端
(14a)の前記ケーシング(16)との接触を避ける
方法で制御されるように、前記ケーシング(16)の前
記内部円周面(16a)に取り付けられ、前記ケーシン
グ(16)と翼先端(14a)との間の前記環状隙間
(18)内に配置された可撓性摩耗シールアセンブリ
(20)と、を含む、回転機械(10)。 - 【請求項2】 前記シールアセンブリ(20)は、前記
ケーシング(16)の前記内部円周面(16a)の前記
環状形とほぼ適合する弓形を持ち、前記動翼(14)の
前記先端部(14a)の接触に応答して摩耗することが
可能な材料である、前記動翼(14)の前記先端部(1
4a)近傍に配置された部分を持つ細長い可撓体(2
2)と、 前記動翼(14)の前記先端部(14a)の各々上流及
び下流側に間隔を空けて置かれた、対向する1対の縦方
向に延びる間隔の空いた縁部分(24)と、 前記対向する各縁部分(24)の間に延びてそれらを相
互接続し、前記動翼(14)の前記先端部(14a)と
位置合わせされてその外側に向かって配置されている本
体部分(26)と、 前記可撓体(22)をその対向する各縁部分(24)に
おいて前記外部ケーシング(16)の前記内部円周面
(16a)に固定する手段(28)と、を含む、請求項
1記載の回転機械(10)。 - 【請求項3】 前記可撓体(22)は、端から端まで互
いに配置された複数の似たような弓形体セグメント(2
2a)の環状アレーである、請求項2記載の回転機械
(10)。 - 【請求項4】 前記可撓体(22)の前記本体部分(2
6)は、前記動翼(14)の前記先端部(14a)の上
に重なる中央部(30)と、前記可撓体(22)の前記
対向する縁部分(24)と前記本体部分(26)の前記
中央部(30)とを相互接続する手段(32)とを持
ち、そのため、前記本体部分(26)の前記中央部(3
0)が前記外部ケーシング(16)の前記内部円周面
(16a)から内部に向かって十分間隔があり、前記動
翼(14)の前記先端部(14a)による接触に応答し
て前記本体部分(26)が前記外部ケーシング(16)
に向かう方向に曲がることを可能にする、請求項2記載
の回転機械(10)。 - 【請求項5】 前期可撓体(22)の前期本体部分(2
6)の前記中央部(30)は、曲がらない状態において
は、ほぼ平坦である、請求項4記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項6】 前記可撓体(22)の前記部分の前記摩
耗可能材料は、前記可撓体(22)の前記本体部分(2
6)の前記中央部(30)の、前記動翼(14)の前記
先端部(14a)に面する内面(36)に塗布された被
覆層(34)の形をとる、請求項4記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項7】 前記可撓体(22)の前記対向する縁部
分(24)と前記本体部分(26)の前記中央部(3
0)とを相互接続する前記手段は、前記可撓体(22)
の前記対向する縁部分(24)と前記本体部分(26)
の前記中央部(30)の対向する縁部(30a)との間
に配置され、それらに各々取り付けられた1対の対向す
る側部(32)である、請求項4記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項8】 前記可撓体(22)の前記本体部分(2
6)の前記対向する側部(32)は、前記本体部分(2
6)の前記中央部(30)を前記外部ケーシング(1
6)から前記内側に向かって間隔の空いた位置に配置さ
せるため、前記本体部分(26)の前記中央部(30)
から相対して傾く関係で延びる、請求項7記載の回転機
械(10)。 - 【請求項9】 前記可撓体(22)をその前記対向する
縁部分(24)において前記外部ケーシング(16)の
前記内部円周面(16a)に固定する前記手段(28)
は、複数の溶接である、請求項2記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項10】 前記可撓体(22)をその前記対向す
る縁部分(24)において前記外部ケーシング(16)
の前記内部円周面(16a)に固定する前記手段(28)
は、複数の留め具である、請求項2記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項11】 前記可撓体(22)自体は、前記摩耗
可能材料から作られる、請求項1記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項12】 前記摩耗可能材料は、セラミックであ
る、請求項11記載の回転機械(10)。 - 【請求項13】 前記摩耗可能材料は、金属である、請
求項11記載の回転機械(10)。 - 【請求項14】 前記可撓体(22)は、織布の形をと
る、請求項1記載の回転機械(10)。 - 【請求項15】 前記可撓体(22)は、シートの形を
とる、請求項1記載の回転機械(10)。 - 【請求項16】 前記可撓体(22)は、材料の少なく
とも1つの層である、請求項1記載の回転機械(1
0)。 - 【請求項17】 前記可撓体(22)は、材料の複数の
層である、請求項1記載の回転機械(10)。 - 【請求項18】 前記可撓体(22)の前記部分の前記
摩耗可能材料は、セラミックである、請求項1記載の回
転機械(10)。 - 【請求項19】 前記可撓体(22)の前記部分の前記
摩耗可能材料は、金属である、請求項1記載の回転機械
(10)。 - 【請求項20】 前記可撓体(22)の前記部分の前記
摩耗可能材料は、前記動翼(14)の前記先端部(14
a)に面する、前記可撓体(22)の内面(36)の被
覆層(34)の形をとる、請求項1記載の回転機械(1
0)。
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