JP2006291959A - タービンロータと固定部品の間の被削性シールを有するタービン - Google Patents

Abstract

【課題】クリアランスが小さく且つシール効率の大きな、タービンの回転可能部品と固定部品の間のシールを提供すること。
【解決手段】回転部品と固定部品（１４、１２）の間のシール（１０）が、固定部品表面の軸方向離間したコーキング施工のシールストリップ間に被削性皮膜を含む。回転可能な部品が、固定部品のティース（１８）と相互交差する櫛状の、タービンのコールド状態で固定部品の被削性皮膜と係合する、軸方向離間した複数のティース（１６）を含む。固定部品のティースは、過渡状態の場合の先端のマッシュルーミングを防止するためにクリアランスをより大きめとする。コーキング施工のティースを使用することにより、従来のラビリンスシールティースに比して同じ軸方向範囲内により多数のシールティースが設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、概してタービンロータとタービンの固定部品の間のシールに関し、特に、固定部品のコーキング施工のティース間にロータの半径方向ティースに対向する被削性皮膜(abradable coating)を有するシールに関する。

タービン、特に蒸気タービンにおいては、回転部品と固定部品の間のシールが蒸気タービン性能の枢要な部分である。蒸気漏洩経路の数および大きさが増せば増す程、蒸気タービンの効率の損失が増大することが理解されよう。従来から、多数且つ各種各様のタイプのシーリング構成が、タービン回転部品と固定部品の間のシーリング用として提案され且つ使用されている。例えば、ハイ−ローラビリンスシールティースが蒸気タービン中間および軸端パッキンにおいてしばしば使用される。ティースと対向するタービン部品との間のクリアランスは、通常は回転部品と静止部品の間の接触を回避するのに十分な大きさである。しかし、クリアランスがきつい場合には、タービンの過渡運転中等にいずれ接触および摩擦を生起する。摩擦は無論、ティースにマッシュルーミング等の甚大な損傷を招き、その結果シーリング能力が甚しく減少する。他方、クリアランスが大きい場合には、望ましくないかなり大きな漏洩経路をいたずらに作ることとなり、それがタービンの効率に影響を及ぼす。そのため、回転部品と固定部品の間、特にシールティースと対向部品の間に接触を生じないようにコールドクリアランスが通常は設定される。
米国特許第６５４７５２２号

したがって、前述の問題を極小化もしくは解消し、クリアランスが小さく且つシール効率の大きな、効果的シールを達成する、タービンの回転可能部品と固定部品の間のシールに対する需要が高まっている。

本発明の好ましい実施形態においては、ロータと、固定部品と、前記ロータと前記固定部品の間の軸端シールとを備え、前記シールが、（ｉ）前記ロータによりその軸方向離間した位置に担持され且つ該ロータから概ね半径方向外向きに突出する複数のティースと、（ｉｉ）前記固定部品によりその軸方向離間した位置に担持され且つ該固定部品から概ね半径方向内向きに突出する複数のティースとを含み、前記ロータにより担持される前記ティースおよび前記固定部品により担持される前記ティースが相互交差する櫛状とされ且つ相互に軸方向離間され、且つ前記固定部品の、そのティースの間の、前記ロータの前記ティースに半径方向対向する位置の被削性皮膜とを備えるタービンが提供される。

本発明のさらに好ましい実施形態においては、ロータと、固定部品と、前記ロータと前記固定部品の間のシールとを備え、前記シールが、（ｉ）前記ロータによりその軸方向離間した位置に担持され且つ該ロータから概ね半径方向外向きに突出する複数のティースと、（ｉｉ）前記固定部品に機械的に固定された金属製ストリップにより、該固定部品の軸方向離間した位置に形成され且つ該固定部品から概ね半径方向内向きに前記ロータ側に突出する複数のティースとを含み、前記ロータにより担持される前記ティースおよび前記固定部品により担持される前記ティースストリップが相互に軸方向離間し、且つ前記固定部品の、前記ティースストリップの間の、前記ロータのティースに半径方向対向する位置の被削性皮膜とを備えるタービンが提供される。

図面、特に図１に、タービンの固定部品１２とタービンロータ１４の間のシールを総括して符号１０により示す。シール１０は、固定部品と回転部品の間の軸端シールの部分として示してあるが、タービンにおける固定部品と回転部品の間の他の箇所にも使用可能とされることが理解されよう。図示のように、ロータ１４には、軸方向に離間された複数のティース１６が設けられる。ティース１６は、ロータのコーキング施工された切削加工シールストリップもしくはティースを含むことができる。固定部品１２のシールティース１８もまた、軸方向に離間された、コーキング施工されたティースを含むことができる。コーキング施工されたティースとは、関係するシール部分に機械的に接合され、関係するシール部分の溝に配置されたストリップタイプシールを指す。例えば、コーキング施工されたシールティースは、図２に示すフラットストリップシール１８、もしくはシール部の溝２０に配置された、Ｌ字形もしくはＪ字形状ストリップシールを含むことができる。シール自体の金属を変形させることにより、シールとシール定着部品の間の機械的接合を完成することが可能とされる。あるいは、別途リテーナ、例えば、金属製Ｏリング等を溝内で変形させ、シールストリップに当接させることにより、シールストリップを機械的に溝内に固定することが可能とされる。これらのタイプのコーキング施工されたシールストリップが従来例とされ、タービンの他のシーリング箇所にも使用されている。

図２に示すように、固定部品１２のコーキング施工されたシールティース１８は、ロータ１４およびそれに担持されるティース１６の表面に対向する固定部品１２の表面に沿って塗布された被削性皮膜２２を中断する。したがって、被削性皮膜２２は、コーキング施工されたティースがある箇所を除き、固定部品１２の表面に露出する。固定部品の被削性皮膜２２を使用することにより、コールドタービンクリアランスを一層きつく設定して、回転可能部品１４のティース１６を被削性皮膜２２に接するように位置付けし、且つ回転するティースを損傷することなくコーティングに溝を切削することが可能とされる。逆に、固定部品１２のコーキング施工されたティース１８とロータ表面の間のクリアランスをより弛めに設定することによって、ティース１８とロータ１４の間の接触およびティースのマッシュルーミングの虞が回避される。

また、少なくとも固定部品１２の、もしくは固定部品および回転部品１２、１４のコーキング施工されたティースの配置により、これらのストリップシールは、従来のラビリンスシールティース設計と同じ軸方向範囲内に、より同等のティースを与えることが理解されよう。これは、幅、即ち少なくとも固定部品の、もしくは固定部品および回転部品のストリップシールの軸方向が、従来のラビリンスシールティースの幅に比して減少したことによって可能とされる。

被削性皮膜は、回転部品１４のシールティースによって切削される犠牲コーティングから成り、回転部品のティース１６は損傷することがない。被削性材料は、本願と譲受人を同じくする米国特許第６５４７５２２号に開示されたタイプのものでよく、同特許の開示を参照により本願に援用する。したがって、被削性材料は、アルミニウム、コバルト、ニッケル、クロム、イットリウムを含む第１成分と、六方晶窒化ホウ素およびポリマーから成るグループから選択された第２成分とを有する配合物を含むことができる。また、米国特許第６５４７５２２号に開示された別の被削性材料のいずれも同様に本発明に使用可能である。被削性皮膜２２は、固定部品に溶射される。ファイバーメタルおよびハニカム構造等、他のタイプの被削性シールシステムもまた使用可能である。ファイバーメタルおよびハニカム構造は、どちらもろう付け工程により塗布される。

さらに図２に示すように、回転部品および固定部品のティース１６および１８は、相互交差する櫛状とされることが理解されよう。この構成が好ましくはあるが、シールティースは必ずしも交互並びとするに及ばず、１つまたは複数のシールティース１６もしくは１８が対向するシールティースの隣り合う対の間に介挿されてもよい。

図３では、シールティースの配置およびタイプは図２と同様とされる。しかし、図３では、コーティング２２と同一もしくは同様の被削性皮膜２４が回転部品１４に塗布される。したがって、固定部品のストリップシールティース１８が被削性皮膜２４に対向して位置する。

次いで図４に、回転および固定部品の間に前述のシール構成を示す。しかし、図４では、固定部品のティース１８が周方向に延在する複数のシールセグメント２６に設けられる。シールセグメント２６は、通常、ばね支持によりセグメントを回転部品１４側に付勢する。

以上に本発明を現在最も実用的且つ好ましい実施形態について説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の精神と範囲内に含まれる多様な変形および同等の構成を包含することが企図されることを理解されたい。

タービンロータと固定部品の間の、本発明の好ましい実施形態によるシールを示す部分断面図である。 該シールを示す拡大切欠断面図である。 回転部品および固定部品の被削性皮膜を示す拡大図である。 固定部品のばね支持されたセグメントとタービンロータの間のシールを示す、図１と同様の図である。

符号の説明

１０ シール
１２ 固定部品
１４ ロータ
１６ ティース
１８ シールティース
２０ 溝
２２、２４ 被削性皮膜
２６ シールセグメント

Claims (13)

1. ロータ（１４）と、
   固定部品（１２）と、
   前記ロータと前記固定部品の間の軸端シール（１０）とを備え、
   前記シールが、（ｉ）前記ロータによりその軸方向離間した位置に担持され且つ該ロータから概ね半径方向外向きに突出する複数のティース（１６）と、（ｉｉ）前記固定部品によりその軸方向離間した位置に担持され且つ該固定部品から概ね半径方向内向きに突出する複数のティース（１８）とを含み、
   前記ロータにより担持される前記ティース（１６）および前記固定部品により担持される前記ティース（１８）が相互交差する櫛状とされ且つ相互に軸方向離間され、且つ
   前記固定部品の、そのティースの間の、前記ロータの前記ティースに半径方向対向する位置の被削性皮膜（２２）とを備えることを特徴とするタービン。
2. 前記ロータおよび前記固定部品の少なくとも一方のティースが、前記ロータおよび前記固定部品の前記一方に機械的に固定された金属製ストリップを含むことを特徴とする請求項１記載のタービン。
3. 前記ロータおよび前記固定部品の前記一方のティース（１６、１８）が概ねＬ字形状を有し、Ｌ字形状のベースが前記ロータおよび前記固定部品の一方の溝内に埋設されたことを特徴とする請求項２記載のタービン。
4. 前記固定部品が前記ロータ周囲の複数の弧状シールセグメントを含み、前記固定部品の前記ティースが前記シールセグメントに担持され、前記シールセグメントが前記ロータの方へ、および前記ロータから離れるように可動であることを特徴とする請求項１記載のタービン。
5. 前記ロータのティースがタービンのコールド状態で前記ロータから半径方向に突出して被削性皮膜に接することを特徴とする請求項１記載のタービン。
6. 前記ロータおよび前記固定部品のティースが、前記ロータおよび前記固定部品にそれぞれ機械的に固定された金属製ストリップを含むことを特徴とする請求項１記載のタービン。
7. 前記ロータの、そのティースの間の、前記固定部品に担持されるティースに対し半径方向対向位置に被削性皮膜（２４）を含むことを特徴とする請求項１記載のタービン。
8. ロータ（１４）と、
   固定部品（１２）と、
   前記ロータと前記固定部品の間のシール（１０）とを備え、
   前記シールが、（ｉ）前記ロータによりその軸方向離間した位置に担持され且つ該ロータから概ね半径方向外向きに突出する複数のティース（１６）と、（ｉｉ）前記固定部品に機械的に固定された金属製ストリップにより、該固定部品の軸方向離間した位置に形成され且つ該固定部品から概ね半径方向内向きに前記ロータ側に突出する複数のティース（１８）とを含み、前記ロータにより担持される前記ティースおよび前記固定部品により担持される前記ティースストリップが相互に軸方向離間し、且つ
   前記固定部品の、前記ティースストリップの間の、前記ロータのティースに半径方向対向する位置の被削性皮膜（２２）とを備えることを特徴とするタービン。
9. 前記ロータの前記ティース（１６）および前記固定部品の前記ティース（１８）ストリップが相互交差する櫛状とされることを特徴とする請求項８記載のタービン。
10. 前記固定部品の前記ティースストリップが概ねＬ字形状を有し、Ｌ字形状のベースが前記固定部品の溝内に埋設されたことを特徴とする請求項８記載のタービン。
11. 前記ロータのティースが前記ロータに機械的に固定された金属ストリップを備えることを特徴とする請求項８記載のタービン。
12. 前記ロータの前記ティースがタービンのコールド状態で半径方向外向きに突出して前記固定部品の被削性皮膜に接することを特徴とする請求項８記載のタービン。
13. 前記ロータの、そのティースの間の、前記固定部品に担持されるティースに対し半径方向対向位置に被削性皮膜（２４）を含むことを特徴とする請求項８記載のタービン。
    

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