JP2004052773A

JP2004052773A - 蒸気タービンのパッキンシールセグメントの端面間隙シール及びその改造方法

Info

Publication number: JP2004052773A
Application number: JP2003277202A
Authority: JP
Inventors: Sebastian Burdick Steven; スティーブン・セバスチャン・バーディック
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2004-02-19
Also published as: US20040013522A1; EP1384856A3; EP1384856B1; CN1474036A; US6722850B2; EP1384856A2

Abstract

【課題】　本発明は、蒸気タービンの固定パッキンケーシング内に端面と端面を突き合わせて円周方向に配置されたパッキンシールセグメントの端面間のスプラインシールに関する。
【解決手段】　スプラインシール(58. 60, 70, 80, 90)が、ロータの周りで蒸気タービンのケーシング(18, 28)の溝(34)内に配置された隣接する円弧形のシールセグメント(26)の円周方向に整合したスロット(54, 62)内に配置される。スプラインシールは、セグメントの端面(56)間の間隙(50)内で延びて、端面を通り抜ける蒸気漏洩を阻止する。スプラインシールは、軸方向に配向されるか又は半径方向に傾斜されて、それぞれ半径方向に傾斜した方向及び軸方向の漏洩流路を最小にする。スプラインシールは、スロット(54, 62)内に配置され、該スロットは、最初の装置製作の一部として形成されるか、又はスプラインシールがセグメント内に機械加工される。
【選択図】　　　図２

Description

　本発明は、一般的に蒸気タービンにおけるパッキンシールセグメントの円周方向に整合した端面間のシールに関し、具体的には、蒸気タービンの固定パッキンケーシング内に端面と端面を突き合わせて円周方向に配置されたパッキンシールセグメントの端面間のスプラインシール及びこのスプラインシールを改造する方法に関する。

　蒸気タービンでは、円周方向に延びるパッキンシールセグメントが、タービンの対向する端面においてロータとの間をシールする状態で、パッキン又は固定ケーシング内に配置される。一部の蒸気タービンでは、パッキンシールセグメントは、高圧タービンセクションと中圧タービンセクションとの間のロータの中圧側対向端部に設けられる。これらのパッキンシールセグメントは、ロータ端部からの蒸気漏洩、又は固定ケーシング内部における蒸気タービンの高圧セクションと中圧セクションとの間の漏洩流路を通しての蒸気漏洩を最少にするか又は阻止する。シールセグメントは、円周方向に延びており、互いに円周方向に整合した端面を有するということが分かるであろう。シールセグメントの端面は、互いにシールされていないので、結果として生じる漏洩流が、機械の全体性能に悪影響を及ぼす。更に、公差範囲に適合する間隙を決める製作公差を含む多くの理由から、セグメント端面間の隙間をゼロに維持することは不可能である。その上に、たとえ線対線接触の状態に設計されたとしても、機械の温度過渡現象により、セグメントが組立体のように拘束される可能性がある。更に、大抵のシールセグメントは、半径方向内向き及び外向きに移動可能である。このことにより、セグメントの少なくとも半径方向最外位置においてセグメント端面間に間隙が必要となる。更に、ロータを囲むケーシングが真円でなくなった場合には、間隙は、１つの位置において別の位置より大きくなる可能性がある。更にまた、ケーシングがパッキンセグメントよりも大きな熱膨張を生じた場合、端部間隙は、その寸法がタービンの低温状態に比較して増大することになる。

　従って、パッキンシールセグメントの端面間の蒸気漏洩流は、重要な問題になってきており、それに応じて、蒸気タービンにおける円周方向のパッキンシールセグメントの端面を通り抜ける蒸気の漏洩流路を最小にする必要性がある。

　本発明の好ましい実施形態によると、ロータを囲むパッキンケーシング内に配置された円周方向に延びるパッキンリングセグメントが提供される。セグメントは、円周方向に整合した端面間に該端面を通り抜ける漏洩流を最少にするためのスプラインシールを有する。隣接するセグメントの整合した端面には、スプラインシールの一部を受け入れるための溝が設けられる。スプラインシールは、半径方向の漏洩流を阻止するようにほぼ軸方向に配置されるか、或いは軸方向の漏洩流を阻止するようにタービン軸に対してある角度をなして又は該タービン軸に対して垂直に配置されるかのいずれかにされた、円周方向に整合した溝の間で延びる平坦な金属薄板を含むことができる。スプラインシール自体は、金属クロスで包まれることができる。スプラインシールはまた、整合した溝の底部内に嵌るための拡大部をその両端部に有する。従って、セグメント間の間隙を跨ぐスプラインシールの中央部分は、溝の側面から間隔があり、スプラインシールを拘束又は破断することなく、該スプラインシールに対して垂直な方向へセグメントが相対運動するのを可能にする。

　シールリングセグメントは、タービンセクションから軸方向に間隔を置いた位置における蒸気タービンの両端部において用いられる。従って、シールセグメントの端面間のスプラインシールは、タービンセクションから外向きの軸方向漏洩流を阻止する。スプラインシールはまた、高圧タービンセクションと中圧タービンセクションとの間に配置されたシールセグメントと共に用いられて、高圧セクションから中圧セクションへの漏洩を最少にすることができる。

　本発明の特別な利点は、現用の蒸気タービンに対して、その機械の全体性能を改善するための手段として、スプラインシールを組み込むことが可能である点にある。これを行なうために、また通常の保守のための停止期間中に、タービンの上部外側ケーシングが取外され、現用のシールセグメントがタービンケーシングから回動される。スプラインシールを受けるために、スロットが端面内に機械加工される。次に、セグメントは、スプラインシールが対向する端面間に挿入された状態で、上部及び下部ケーシング内に転動させて戻され、それによって改造後において現用の蒸気タービン内の蒸気漏洩流路を減少させる。

　本発明による好ましい実施形態において、蒸気タービンが提供され、該蒸気タービンは、蒸気タービンセクションを有するロータと、蒸気タービンセクションを含むロータを囲む固定ケーシングとを含み、ケーシングは、タービンセクションから軸方向に間隔を置いたシール位置における該ケーシングの周りに、該ケーシングとロータとの間をシールするための複数の円周方向に延びるパッキンシールセグメントを支持し、セグメントの各々は、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面とそれぞれ円周方向に整合した端面を有し、該端面は、円周方向に開口しかつ互いにほぼ円周方向に整合したスロットを含み、スプラインシールが、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面の各々の間で延びかつスロット内で延びて、整合した端面を通り抜ける蒸気漏洩を最少にするか又は阻止する。

　本発明による別の好ましい実施形態において、蒸気タービンが提供され、該蒸気タービンは、蒸気タービンセクションを有するロータと、蒸気タービンセクションを含むロータを囲む固定ケーシングとを含み、ケーシングは、円周方向に延びるダブテール状溝を有し、該ダブテール状溝は、該溝内においてケーシングの周りに、ロータの周りをシールするためのラビリンスシール歯状突起を支持する複数の円周方向に延びるパッキンシールセグメントを支持しており、セグメントの各々は、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面とそれぞれ円周方向に整合した端面を有し、該端面は、円周方向に開口しかつ互いにほぼ円周方向に整合したスロットを含み、スプラインシールが、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面の各々の間で延びかつスロット内で延びて、整合した端面を通り抜ける蒸気漏洩を最少にするか又は阻止する。

　本発明による更に別の好ましい実施形態において、ロータと、該ロータを囲む固定ケーシングと、該ケーシングの周りで円周方向に延びる溝内に配置された、該ケーシングとロータとの間をシールするための複数の円周方向に延びるパッキンリングセグメントとを有するタービンにおいて、隣接するパッキンリングセグメントの対向する端面間にシールを形成するためにパッキンリングセグメントを改造する方法が提供され、該方法は、タービンからパッキンリングセグメントを取外す段階と、該取外されたパッキンリングセグメントの各端面内に少なくとも１つのスロットを形成する段階と、パッキンリングセグメントの対向する端面のスロット内にスプラインシールを配置する段階と、ケーシングの溝内にパッキンリングセグメントを挿入して、スプラインシールが隣接するセグメントの間で延びて該隣接するセグメント間の蒸気漏洩流を最少にするか又は阻止するようにする段階とを含む。

　さて図面、特に図１を参照すると、全体を符号１０で示す蒸気タービンが図示されており、この実施例では、蒸気タービンは、高圧タービンセクション１２と、蒸気タービンケーシング１８の対向する端部を越えて延びる単一の一体形ロータ１６に取付けられた中圧タービンセクション１４とから構成される。ロータ１６は、高圧及び中圧タービンセクション１２及び１４により回転駆動されるが、ケーシング１８は静止したままであることが分かるであろう。円周方向に延びるパッキンシールセグメントが、ケーシング１８の対向する端部２０及び２２、すなわちタービンセクション１２及び１４から軸方向に間隔を置いた位置２３において固定ケーシング１８内に設置される。高圧及び中圧タービンセクションを有する図示したタービンにおいては、付加的な円周方向に延びるパッキンリングセグメントが、符号２４の位置においてタービンの高圧セクション１２と中圧セクション１４との中間のシャフト１６の周りに配置される。パッキンリングセグメントの端面上のスプラインシールは、他の形式の蒸気タービンにも用いることができ、また開示した蒸気タービンの実施形態に詳述された以外の位置においても用いることができることが分かるであろう。

　次に図２を参照すると、パッキンリングセグメント２６が、例えば蒸気タービンケーシング１８に対応するような固定ケーシング２８とロータ１６との間に配置される。付加的なパッキンリング３０が、タービンケーシングの２つの固定構成部品２８及び３２の間に配置されており、１つのセグメント２６につての説明はそれら全ての説明としても十分である。

　各円弧形のパッキンリングセグメント２６は、ケーシング２８の円弧形のダブテール状溝３４内に配置され、該溝３４は、対向する軸方向に向いたフック３６を有する。各円周方向のシールセグメントは、フック３６の間に配置された頚部３８と、固定ケーシングのフック３６に係合するように対向して向けられたフック４０と、頚部３８から対向する軸方向に延びる円弧形のフランジ４２とを含む。フランジ４２には、ロータ１６の外面に沿ってシールするための複数のラビリンス歯状突起４４が取付けられる。図２の図示した実施例では、パッキンリングセグメント２６の高圧側は、セグメント２６の左にあり、従ってセグメント２６の軸方向に面する円弧形の半径表面４６は、フック３６の対向する軸方向面に軸方向に当接して、シールを形成する。図示するように、パッキンリングセグメント２６は、周知のように、半径方向に移動可能であり、組合わさってロータの周りに環状のシールリングを形成する。

　ダブテール状溝３４の周りで円周方向に配置されるパッキンシールセグメントは、何れの数であってもよいことが分かるであろう。例えば、３つ又はそれ以上のセグメントが、ケーシング２８の上半分に配置されることができ、また同じ数のセグメントがケーシング２８の下半分に配置されることができる。このような配列では、６つの端面間隙５０（図３）が、円周方向に隣接するセグメント２６間に生じることが分かるであろう。図３には、１対の隣接するシールセグメント２６が、タービン中心線に沿って軸方向に見た状態で示されており、その半径方向の移動がそれぞれ実線及び破線で示されている。従って、隣接するシールセグメント間の間隙５０は、シールの半径方向位置に応じて変化する。

　本発明の好ましい実施形態によると、スプラインシールが、隣接するシールセグメント２６の円周方向に整合した端面間に配置される。例えば、また図４を参照すると、溝又はスロット５４が、隣接する円周方向に延びるセグメント２６の端面５６の各々内に配置される。スロット５４は、互いに円周方向に整合して、端面５６間の間隙５０に跨るスプラインシール５８を受ける。スプラインシールは、図５に示すように、ほぼ直線で囲まれた形状の平坦な金属プレートを含むことができる。プレートの厚さは、スロット５４の深さより小さく、例えばロータ上の高部位及び低部位に適応するような、セグメントの半径方向の相対運動を吸収する。スプラインシール５８は、隣接するシールセグメント２６の対向する端面間で軸方向にフランジ４２の長さの大部分に沿って延びていることが図２及び図４から分かるであろう。この構成の結果として、隣接するセグメントの端面間のいかなる半径方向の蒸気漏洩流路も、最小にされるか又は阻止される。

　その上に、別の又は第２のスプラインシール６０を、隣接するセグメント２６の端面間に配置することができる。スプラインシール６０（図２及び図４）は、端面５６内に好ましくはセグメント２６の下流側端縁に隣接して形成された、円周方向に整合したほぼ半径方向外向きに延びる溝又はスロット６２内に配置される。従って、スプラインシール６０は、ほぼ半径方向に延びて、円周方向に隣接するセグメント２６間の間隙５０を通る軸方向の漏洩流を最少にするか又は阻止する。

　本発明によるシールセグメントのための端面間隙シールは、最初の装置製作又は現用の機械に改造された一部として設けられることができることが分かるであろう。例えば、スプラインシールを改造するために、現用の蒸気タービンが分解され、すなわち上部外側及び内側ケーシングが取外され、シールセグメントが取外され、すなわち、該シールセグメントを内側ケーシングの溝３４から円周方向に回動させることによって取外される。次に、スプラインシールを受けるために、溝、例えば溝５４及び６２が、シールセグメントの端面内に形成される。溝が形成されると、隣接する端面間の溝内にスプラインシール、例えばシール５８及び６０が挿入された状態で、セグメントは、内側ケーシングのダブテール溝３４内に回動されて戻されることができる。勿論、これとは別に、取外されたパッキンリングシールセグメント内に溝を形成する代わりに、溝が既に形成された新しいパッキンリングセグメントを用いてもよい。

　次に図６を参照すると、例えばセグメント２６の円周方向に対向する端面５６におけるスロット５４のようなスロット又は溝内に、別の形態のスプラインシール７０が示されている。スプラインシール７０は、該シールの対向する端縁に沿って、溝の底部に隣接して配置される拡大部７３を備えたシール本体７１を有することができる。従って、シール本体７１の中央部分７２は、スロット５４及び拡大端部の幅と比較して小さい深さ寸法を有し、スプラインシール７０を損傷することなくセグメント２６が半径方向に相対運動するのを容易にする。スプラインシール７０は、同一出願人の米国特許第５，６２４，２２７号に開示されている形式とすることができ、この特許の開示内容は参考文献として本明細書に組み込まれる。

　図７を参照すると、スプラインシールの別の形態が示されている。図７のスプラインシール８０は、シール本体８１を有する金属薄板材料で形成されることができ、該シール本体８１は、対向する端部が符号８２の位置において逆方向に湾曲又は屈曲され、スプラインシール８０の両側面に沿った拡大部８３が形成される。逆方向に湾曲された部分の端縁８５は、シール本体８１の中央部分に面する。拡大部８３は、図５のスプラインシール７０の拡大部７１と同様に、スロット５４の底部に隣接して配置され、シールセグメント２６が半径方向に相対運動するのを容易にする。この形式のスプラインシールもまた、上述の特許に開示されている。

　図８には、金属で形成されかつクロス９４のオーバーレイをもつ中心コア９２を有するスプラインシール９０が示されている。クロス層は、織られて繊維層を形成する金属、セラミック、及び／又はポリマー繊維を含むことができる。上に位置するクロスは、同一出願人の米国特許第５，９３４，６８７号に開示された形式とすることができ、この特許の開示内容は参考文献として本明細書に組み込まれる。

　スプラインシールは、円弧形のシールセグメントの円周方向に整合した端面間の間隙に設けられ、ロータを囲む蒸気タービンケーシングの溝内に配置されることが前述のことから分かるであろう。更に、スプラインシールセグメントは、図２に示すように２つの固定ケーシングの間に配置されたパッキンリングセグメント内で用いることができる。図２に示すように、例えば、スプラインシール９６はタービンの軸に対してほぼ軸方向に延び、スプラインシール９８はタービンの軸に対してある傾斜で延びる。スプラインシール９６は、半径方向の蒸気漏洩を最少にするか又は阻止し、一方、スプラインシール９８は、軸方向の蒸気漏洩を最少にするか又は阻止する。スプラインシール９６及び９８は、本明細書に示したスプラインシールの様々な形態のうちの任意の１つの形態をとることができる。全ての場合において、あらゆる蒸気漏洩流路が最小にされて、機械性能を改善する。

　現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられものに関して、本発明を説明してきたが、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。

高圧及び中圧タービンセクションを有する蒸気タービンの概略図。本発明によるパッキンリングセグメントの端面内のスプラインシールを示す、ロータ及びケーシングの破断拡大部分断面図。端面間の異なる間隙を示す、異なる半径方向位置におけるシールセグメントの円周方向に整合した軸方向部分概略図。図２のほぼ線４−４で取られた拡大断面図。スプラインシールの平面図。スプラインシールの異なる形態の部分断面図。スプラインシールの別の形態の概略図。それを覆う金属クロスを示す、スプラインシールの拡大断面図。

符号の説明

　１６　ロータ
　２６　パッキンリングセグメント
　２８　固定ケーシング
　３０　付加的なパッキンリング
　３２　固定構成部品
　３４　ダブテール状溝
　３６　固定ケーシングのフック
　４０　パッキンリングセグメントのフック
　４２　円弧形のフランジ
　４４　ラビリンスシール歯状突起
　５８、６０、９６、９８　スプラインシール

Claims

　蒸気タービンセクション（１２、１４）を有するロータ（１６）と、
　前記蒸気タービンセクションを含む前記ロータを囲む固定ケーシング（１８、２８）と、を含み、
　前記ケーシングは、前記タービンセクションから軸方向に間隔を置いたシール位置（２３）における該ケーシングの周りに、該ケーシングと前記ロータとの間をシールするための複数の円周方向に延びるパッキンシールセグメント（２６）を支持し、
　前記セグメントの各々は、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面とそれぞれ円周方向に整合した端面（５６）を有し、前記端面（５６）は、円周方向に開口しかつ互いにほぼ円周方向に整合したスロット（５４、６２）を含み、
　円周方向に隣接するセグメントの前記対向する端面の各々の間で延びかつ前記スロット内で延びる、前記整合した端面を通り抜ける蒸気漏洩を最少にするか又は阻止するためのスプラインシール（５８、６０、７０、８０、９０）が設けられている、
ことを特徴とする蒸気タービン（１０）。
　各前記シールセグメントは、前記ロータとの間をシールするための複数の軸方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起を有することを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
　前記スプラインシール（５８）は、ほぼ軸方向及び接線方向に延びて、ほぼ半径方向の漏洩流をシールし、また第2のスプラインシールが、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面間で延びており、該第２のスプラインシールは、ほぼ半径方向及び円周方向に延びて、ほぼ軸方向の漏洩流をシールすることを特徴とする、請求項１に記載のタービン。
　蒸気タービンセクション（１２、１４）を有するロータ（１６）と、
　前記蒸気タービンセクションを含む前記ロータを囲む固定ケーシング（１８、２８）と、を含み、
　前記ケーシングは、円周方向に延びるダブテール状溝（３４）を有し、前記ダブテール状溝は、該溝内において前記ケーシングの周りに、前記ロータの周りをシールするためのラビリンスシール歯状突起（４４）を支持する複数の円周方向に延びるパッキンシールセグメント（２６）を支持しており、
　前記セグメントの各々は、円周方向に隣接するセグメントの対向する端面とそれぞれ円周方向に整合した端面（５６）を有し、前記端面（５６）は、円周方向に開口しかつ互いにほぼ円周方向に整合したスロット（５４、６２）を含み、
　円周方向に隣接するセグメントの前記対向する端面の各々の間で延びかつ前記スロット内で延びる、前記整合した端面を通り抜ける蒸気漏洩を最少にするか又は阻止するためのスプラインシール（５８、６０、７０、８０、９０）が設けられている、
ことを特徴とする蒸気タービン。
　前記スプラインシール（５８）の各々は、ほぼ軸方向及び接線方向に延びて、ほぼ半径方向の漏洩流をシールすることを特徴とする、請求項１又は請求項４に記載のタービン。
　前記スプラインシール（６０）の各々は、ほぼ半径方向及び円周方向に延びて、ほぼ軸方向の漏洩流をシールすることを特徴とする、請求項１又は請求項４に記載のタービン。
　ロータ（１６）と、前記ロータを囲む固定ケーシング（１８、２８）と、前記ケーシングの周りで円周方向に延びる溝（３４）内に配置された、該ケーシングと前記ロータとの間をシールするための複数の円周方向に延びるパッキンリングセグメント（２６）とを有するタービンにおいて、隣接するパッキンリングセグメントの対向する端面間にシールを形成するためにパッキンリングセグメントを改造する方法であって、
　前記タービンから前記パッキンリングセグメントを取外す段階と、
　前記取外されたパッキンリングセグメントの各端面内に少なくとも１つのスロット（５４、６２）を形成する段階と、
　前記パッキンリングセグメントの対向する端面の前記スロット内にスプラインシール（５８、６０）を配置する段階と、
　前記ケーシングの溝内に前記パッキンリングセグメントを挿入して、前記スプラインシールが隣接するセグメントの間で延びて該隣接するセグメント間の蒸気漏洩流を最少にするか又は阻止するようにする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
　前記取外されたパッキンリングセグメントの各端面内に２つのスロットを形成する段階と、前記対向する端面の各スロット内にスプラインシールを配置して、２つのスプラインシールが前記セグメントの前記タービン内への組立てによって前記隣接するセグメント間で延びるようにする段階とを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。