JP2004190678A - ブレーデッド・ロープシールを使用した蒸気タービンノズルフックの漏洩のシール - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ブレーデッド・ロープシールを使用して蒸気タービンノズルフックの漏洩をシールすることに関する。
【解決手段】 蒸気タービンは、複数のタービンノズル（１２）を支持するステータを含む。ステータは、各々のタービンノズルの端部に形成された相補形状のノズルフック（１４）を受けるようになっている成形溝（１８）を有する。ロープシール（１０）が、ノズルフックと成形溝との間の各境界面内にそれぞれ配置される。ロープシールは、ノズルとそれぞれのステータ溝との間でノズルフック上に存在する可能性がある漏洩通路をシールする働きをする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、蒸気タービンのタービンノズルに関し、より具体的には、ブレーデッド・ロープシールを使用して蒸気タービンノズルフックの漏洩をシールすることに関する。

蒸気タービン内には、流れをバケット内に向ける静止ノズル（翼形部）があり、該バケットが流れ媒体から仕事を取り出す。反動型タービン設計においては、これらのノズルは、内側ケーシング(シェル)内に組み立てられる。ノズルは、個別の又は「組合わされた」セグメントとして円周方向フック内に滑らせて挿入される。ステータフックに装着されたノズルの周りには漏洩回路が存在する。この漏洩はノズルを迂回し、従って流れが、ノズルスロートを通って「方向転換され」又は加速されないことになる。これら両方の損失により、段の効率が低下し、またシステムにおける予定外の漏洩が生じる。この漏洩は、機械加工公差、表面仕上げ、及びノズル荷重に依存して、大きく変わる。

本発明の１つの実施形態においては、蒸気タービンは、複数のタービンノズルを支持するステータを含む。ステータは、各々のタービンノズルの端部に形成された相補形状のノズルフックを受けるようになっている成形溝を有する。ロープシールが、ノズルフックと成形溝との間の各境界面内に配置される。

本発明の別の実施形態においては、ノズルフックを備えた複数のノズルと、該ノズルフックに対応する形状にされた溝を備えたステータとを含む蒸気タービンを組み立てる方法が提供される。該方法は、各々のステータ溝内にロープシールを挿入する段階と、ロープシールがノズルフックとステータ溝との間の各境界面内に配置されるように、該ノズルフックを介してノズルを該溝内にそれぞれ固定する段階とを含む。

本発明の更に別の実施形態においては、蒸気タービン用のステータ組立体は、対応する複数のタービンノズルを、該タービンノズルの各々の端部に形成された相補形状のノズルフックを介して受けるようになっている複数の成形溝を含む。ロープシールが、ノズルフックと成形溝との間の各境界面内にそれぞれ配置されている。

蒸気タービン設計においては、タービンの二次（漏洩）流れ回路内で可能な限り多くの漏洩通路をシールすることが重要である。蒸気タービンの各段は、ノズル（翼形部）段に後続するロータ及びバケット段で構成される。１つのタービン設計においては、ステータノズル（翼形部）は、内側又は外側タービンケーシング（シェル）内の円周方向フック（溝）内に滑らせて挿入される。シェル内に挿入されたこれらのノズル間には、一般的に翼形部が掃引する回転形状に適合するように、一般的にエンジン軸線に対して傾斜させたスラッシュ面（端面）がある。漏洩通路は、ノズルとタービンシェル（ステータ構造体）との間のステータフック上に存在する。この漏洩は、前方空洞（上流空洞）内の高圧蒸気によって生じる。ノズルの前後には圧力降下があり、この圧力降下が圧力差を引き起こす。この漏洩は、それが防止されなければ、大きな効率損失を引き起こすことになる。そのようなフックは、典型的には高圧（ＨＰ）蒸気タービンセクション及び中圧（ＩＰ）蒸気タービンセクション内にある。このタービン設計は一般的に、衝動理論に対する反動理論に基づくものであって、典型的な設計は、ダイヤフラムリング組立体内に溶接された翼形部を有する。

図１は、典型的な高圧／中圧蒸気タービンの側面図を示す。ノズル区域は、参照符号１２で示してある。

静止ノズルセグメントのフック１４後部（下流側）と、ステータケーシング２０内の溝１８の軸方向荷重面１６との間の境界面に、この境界面を横切る漏洩流を減少させるために、ブレーデッド・ロープシールのようなロープシール１０を配置することができることが、本発明によって発見された。図２を参照されたい。シール１０は、その段の効率を高め、これが加算されて機械全体の性能を高める。好ましいことに、シール１０は、反動タービン設計に適している。

引き続き図２を参照すると、このシール設計は、円周方向のブレーデッド・ロープシール１０を使用して、静止ノズルセグメントのフック１４後部（下流側）とロータ内の軸方向に荷重が加わる溝１６、１８との間の境界面をシールする。シール１０は、典型的にはノズルが個別の又は「組合わされた」セグメントとしてステータケーシング内の円周方向フック内に滑らせて挿入された位置で使用される。

ブレーデッド・ロープシール１０は、セラミックのような複合マトリックスを囲むブレーデッド金属シースで形成されるのが好ましい。それによって、シール１０には可撓性と高い耐熱性が与えられ、同時に或る程度の弾性を保持させることができる。典型的なロープシールは、１／１６インチ〜３／１６インチの直径を有するのが好ましい。

ステータ組立体を組み立てる時には、ロープシール１０がステータ溝１８内に挿入され、次にノズル１２が１つずつステータの周りに固定される。ノズル段の前後における圧力差により、ロープシール１０が変形して、ノズルフック１４とステータ溝１８との間のギャップ内へ押し込まれることになる。その結果、「フックを越える」漏洩は、この位置において著しく減少される。ロープシール１０は、少なくとも１回のエンジン運転サイクルを経た後には、該シールが十分に変形してギャップ内に押し込まれ、その位置に「永久的に」留まるような材料で形成されるのが好ましい。このタイプのシールは、既存の金属対金属接触よりも、構成部品間での漏洩をシールするのに遙かに良好であることが、ベンチテストによって示された。

現在最も実用的でかつ好ましいと考えられる実施形態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ものではなく、また特許請求の範囲に示した参照符号は、本発明の技術的範囲を限定するためではなく、本発明の理解を容易にするためのものであることを理解されたい。

典型的な高圧／中圧蒸気タービンの側面図。 本発明のロープシールを組み込んだノズルシェルの断面を示す概略図。

符号の説明

１０ ブレーデッド・ロープシール
１２ ノズル
１４ ノズルフック
１６ 軸方向荷重面
１８ ステータ溝

Claims (10)

1. 複数のタービンノズル（１２）を支持するステータを含み、前記ステータが各々のタービンノズル（１２）の端部に形成された相補形状のノズルフック（１４）を受けるようになっている成形溝（１８）を含む蒸気タービンであって、前記ノズルフックと前記成形溝との間の各境界面内に、ロープシール（１０）がそれぞれ配置されていることを特徴とする蒸気タービン。
2. 前記ロープシール（１０）が、複合マトリックスを囲むブレーデッド金属シースを含むことを特徴とする、請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記複合マトリックスが、セラミックであることを特徴とする、請求項２に記載の蒸気タービン。
4. 前記ロープシール（１０）が、１／１６インチ〜３／１６インチの直径を有することを特徴とする、請求項１に記載の蒸気タービン。
5. 前記ロープシール（１０）は、該シールが少なくとも１回のエンジン運転サイクルを経た後に変形して境界面内に押し込まれることになるような材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気タービン。
6. 前記ロープシール（１０）が、前記ノズルフック（１４）と前記成形溝（１８）の軸方向荷重面（１６）との間の各境界面内にそれぞれ配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気タービン。
7. 前記ロープシール（１０）が、ブレーデッド・ロープシールであることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気タービン。
8. ノズルフック（１４）を備えた複数のノズル（１２）と、前記ノズルフックに対応する形状にされた溝(１８)を備えたステータとを含む蒸気タービンを組み立てる方法であって、
   各々の前記ステータ溝内にロープシール（１０）を挿入する段階と、
   前記ロープシールが前記ノズルフックと前記ステータ溝との間の各境界面内に配置されるように、該ノズルフックを介して前記ノズルを該溝内にそれぞれ固定する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 対応する複数のタービンノズル（１２）を、該タービンノズルの各々の端部に形成された相補形状のノズルフック（１４）を介して受けるようになっている複数の成形溝（１８）を含む、蒸気タービン用のステータ組立体であって、前記ノズルフックと前記成形溝との間の各境界面内に、ロープシール（１０）がそれぞれ配置されていることを特徴とするステータ組立体。
10. 前記ロープシール（１０）が、複合マトリックスを囲むブレーデッド金属シースを含むことを特徴とする、請求項９に記載のステータ組立体。

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