JP2003184508A - 回転機械における出没式のパッキンセグメントのための蒸気供給孔 - Google Patents

回転機械における出没式のパッキンセグメントのための蒸気供給孔

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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を提供する。 【解決手段】 該パッキンセグメント１１８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、該シール面から半径方向
外側に位置する縮径された中央部分１２４と、該中央部
分から半径方向外側に位置する取付け部分１２７とを含
む。少なくとも１つの蒸気供給孔１４２が、セグメント
の半径方向最外側面１３８から中央部分１２４の側面に
沿う位置まで傾斜して延び、使用中に、供給孔１４２の
少なくとも一部が、高温ガス流路内の高温ガスに曝さ
れ、該ガスが供給孔を通してセグメントの背後の空洞１
３０に流れる。

Description

【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１
４２を含み、該単一の孔１４２は、セグメントの背面１
３８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１
４２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１
２４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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ・ホーナー・カービー，ザ・サー ド アメリカ合衆国、ニューヨーク州、チャー ルトン、ディビジョン・ストリート、1480 番 (72)発明者 リチャード・ジョン・シェヴレット アメリカ合衆国、ニューヨーク州、トロ イ、シェパード・ドライブ、11番 (72)発明者 マシュー・パトリック・ボエスプフリュー グ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、モンマス・ウェイ、221番 Ｆターム(参考） 3G002 HA07 HA10 3J041 AA07 DA05 3J042 AA04 BA01 CA12 DA20

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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１
    ２０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つの蒸気供給孔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。
  2. 【請求項２】 前記蒸気供給孔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に記載のパッキンリングセグメ
    ント。
  3. 【請求項３】 前記蒸気供給孔１４２は、蒸気量により
    定められる直径を有することを特徴とする、請求項１に
    記載のパッキンリングセグメント。
  4. 【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の半径方向後側
    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
    パッキンリングセグメント。
  5. 【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つの蒸気供給孔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。
  6. 【請求項６】前記蒸気供給孔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。
  7. 【請求項７】 前記蒸気供給孔１４２は、蒸気量により
    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。
  8. 【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の半径方向後側
    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。
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