JP2007146845A - 蒸気タービン可変間隙パッキング用装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１のパッキングリングセグメント（２２）、第２のパッキングリングセグメント（２４）、第３のパッキングリングセグメント（２６）、第４のパッキングリングセグメント（２８）、静止部品の第１の半割り部分、静止部品の第２の半割り部分、および１つまたは複数のシールキー（４６）を有するパッキングリングアセンブリを提供すること。
【解決手段】第１のパッキングリングセグメント（２２）および第２のパッキングリングセグメント（２４）は、静止部品の第１の半割り部分内に配置される。第３のパッキングリングセグメント（２６）および第４のパッキングリングセグメント（２８）は、静止部品の第２の半割り部分内に配置される。シールキー（４６）は、そのそれぞれが第１または第２のパッキングリングセグメント（２２）（２４）を支持するように、静止部品の第１の半割り部分と第２の半割り部分との間の中間線位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本願は、一般に蒸気タービンに関し、より具体的には蒸気タービンの回転部品と静止部品との間のシールに関する。

タービンなどの回転機械では、回転部品と静止部品との間にシールが設けられる。たとえば、蒸気タービンでは、静止部品と回転部品との間にラビリンスシールを形成する複数の弓形パッキングリングセグメント（シールリングセグメントと呼称されることもある）を設けるのが通例である。通常、弓形パッキングリングセグメントは、機械の回転軸と同心の、静止部品の環状溝中に配置され、したがって、回転部品のシール面と同心である。各弓形シールセグメントは、弓形シール面を、回転部品のシール面と対向するように担持する。ラビリンス形式のシールでは、シール面は、軸方向に離隔された一続きの歯を半径方向に向けたものを担持し、それらの歯は、回転部品のシール面を形成する軸方向に離隔された一続きの環状歯から半径方向に離隔される。シール機能は、作動媒体、たとえば蒸気が、シール面の歯と回転部品の対向面とによって画成されるラビリンス内の比較的狭い間隙を通過する時に、作動媒体の乱流を発生させることによって達成される。

回転装置と静止部品との間に物理的接触なしに適切な間隙を維持することができると、効果的なシールの形成が可能になる。この、セグメントのシール面と回転部品の対向するシール面との半径方向間隙が、大きくなり過ぎると、乱流が生成され難くなり、シール作用が減殺される。逆にシール間隙が狭すぎると、シールの歯が回転要素に接触する可能性があり、歯がその鋭い輪郭を失い、間隙が広がる結果となり、それ以降、生じる乱流が減少し、やはりシール作用が減殺される。
米国特許出願第１１／２８７，７２７号 米国特許第５，７０９，３８８号

したがって、タービンの過渡作動状態では設計点／定常作動状態より大きな間隙が必要なので、可変間隙パッキングリングが望ましい。

第１のパッキングリングセグメント、第２のパッキングリングセグメント、第３のパッキングリングセグメント、第４のパッキングリングセグメント、静止部品の第１の半割り部分、静止部品の第２の半割り部分、および１つまたは複数のシールキーを有するパッキングリングアセンブリが本明細書に開示される。第１のパッキングリングセグメントおよび第２のパッキングリングセグメントは、静止部品の第１の半割り部分内に配置される。第３のパッキングリングセグメントおよび第４のパッキングリングセグメントは、静止部品の第２の半割り部分内に配置される。シールキーが、そのそれぞれが第１または第２のパッキングリングセグメントを支持するように、静止部品の第１の半割り部分と第２の半割り部分との間の中間線位置に配置される。

さらに、シャフト、静止部品、パッキングリングアセンブリ、および１つまたは複数のシールキーを有する蒸気タービンが本明細書に開示される。パッキングリングアセンブリは、第１のパッキングリングセグメント、第２のパッキングリングセグメント、第３のパッキングリングセグメント、および第４のパッキングリングセグメントを有する。第１および第２のパッキングリングセグメントは、静止部品の第１の半割り部分内に配置される。第３および第４のパッキングリングセグメントは、静止部品の第２の半割り部分内に配置される。シールキーは、そのそれぞれが第１または第２のパッキングリングセグメントを支持するように、静止部品の第１の半割り部分と第２の半割り部分との間の中間線位置に配置される。

さらに本明細書には、回転機械のロータシャフトと静止部品との間のラビリンスシールの適切な作動を維持する方法が開示される。第１のパッキングリングセグメントおよび第２のパッキングリングセグメントは、静止部品の第１の半割り部分に取り付けられる。第３のパッキングリングセグメントおよび第４のパッキングリングセグメントは、静止部品の第２の半割り部分に取り付けられる。１つまたは複数のシールキーが静止部品の第１の半割り部分に取り付けられ、それにより、シールキーのそれぞれが、第１または第２のパッキングリングセグメントを静止部品の第１の半割り部分内に支持し含め、第３または第４のパッキングリングセグメントが静止部品の第２の半割り部分内でロータシャフトから半径方向に移動することができるようにする。

添付図中、同じ要素には同様に番号が付されている例示的な図面を参照する。

図１を参照すると、静止部品、たとえば第１の隔壁半割り部分１６および第２の隔壁半割り部分１８を備えるタービン隔壁１４中に配置されたタービンシャフト１２を有する蒸気タービン１０の一部が示されている。漏洩を防止するために、ラビリンスシールが、タービンシャフトと隔壁との境界面に設けられている。ラビリンスシールは、図１に示すように、タービンシャフト１２の周りに延在する４個の弓形セグメントを有する、シールリングアセンブリと呼称されることもあるパッキングリングアセンブリを備える。パッキングリングセグメントは、第１のパッキングリングセグメント２２および第２のパッキングリングセグメント２４が、第１の隔壁半割り部分１６と第２の隔壁半割り部分１８との中間線の第１の側方に配置され、第３のパッキングリングセグメント２６および第４のパッキングリングセグメント２８が、第１の隔壁半割り部分１６と第２の隔壁半割り部分１８との中間線の第２の側方に配置されるように構成されている。図１のアセンブリおよびその他の図で、セグメントは、始動作動時および最高速度作動時にそれぞれ、タービンシャフト１２の周りで最も外側に開いた広い間隙位置と最も内側に閉じた狭い間隙位置との間を移動することができる正圧可変間隙パッキングリングセグメントを備えることが理解されよう。パッキングリングセグメントは、その中に配設されたばね３０によって、最も外側に開いた最大径位置まで移動させることができる。パッキングリングセグメントを閉じた小直径位置に移動させるために、流れている媒体、たとえば蒸気をパッキングリングセグメントの外面に沿って導く複数の通路（図示せず）を隔壁またはパッキングリングセグメント中に設け、それによって、パッキングリングセグメントを、ばね３０の付勢に対抗してタービンシャフト１２に向かって内側に変位させることができる。このタイプの正圧可変間隙パッキングリングセグメントが、米国特許出願第１１／２８７，７２７号にさらに開示されており、参照により本明細書に組み込まれる。

さらに図２および３に示されるように、各パッキングリングセグメントは、シール面３８および半径方向に突出した歯４０を有し、各シール面３８は、互いに離れるように軸方向に延びる１対のセグメントシールフランジ４２によって形成される。パッキングリングセグメントの外径部分は、同様に軸方向反対方向に互いに離れるようにパッキングリングセグメントから延びるセグメント位置決めフランジ４４を備える。軸方向に細くなった首部４５が、セグメントシールフランジ４２とセグメント位置決めフランジ４４との間に延在する。パッキングリングセグメントは、隔壁１４内の全体的にダブテール形状をした環状溝３２中に配置される。環状溝３２は、軸方向に互いに向かって延びてそれらの間にスロット３６を画成する１対の隔壁位置決めフランジ３４（図３に示す）により、隔壁１４の最も内径側の部分に沿って画成される。パッキングリングセグメントは、軸方向に細くなったその首部４５が、隔壁スロット３６内に嵌合するように配置される。

さらに、１対のシールキー４６が、第１の隔壁半割り部分１６と第２の隔壁半割り部分１８との間の中間線位置で、パッキングリングセグメントの最大半径位置に装着される。シールキー４６は、たとえば、ボルト４９によって、第１の隔壁半割り部分１６に隔壁スロット４８中で固定され、内径方向に突出して、第１の隔壁半割り部分１６と第２の隔壁半割り部分１８との間の中間線に隣接する、パッキングリングセグメントそれぞれの端部に沿って形成されたパッキングリングセグメントスロット５０中に延出する。言い換えれば、それぞれのパッキングリングセグメントが、パッキングリングセグメントスロット５０を２分の１ずつ画成し、より具体的には、第１のパッキングリングセグメント２２および第４のパッキングリングセグメント２８が一方のセグメントスロット５０を画成し、第２のパッキングリングセグメント２４および第３のパッキングリングセグメント２６が直径方向反対側の他方のセグメントスロット５０を画成する。

シールキー４６は、重力下での円周方向変位に対して第１のパッキングリングセグメント２２および第２のパッキングリングセグメント２４を支持する。シールキー４６はさらに、第１のパッキングリングセグメント２２および第２のパッキングリングセグメント２４が、円周方向変位から生じる力を第３のパッキングリングセグメント２６および第４のパッキングリングセグメント２８に掛けるのを防止する。シールキー４６は、第１パッキングリングセグメント２２および第２のパッキングリングセグメント２４を第１の隔壁半割り部分１６内に拘束し、したがって、シールキー４６はまた、第１のパッキングリングセグメント２２と第２のパッキングリングセグメント２４との間隙を最小限に抑える。さらに、シールキー４６は、第１のセグメント２２および第２のセグメント２４の水平方向変位（水平方向は、第１と第２の隔壁半割り部分の間の中間線とタービンシャフト１２の中心軸によって形成される、図１および２の水平面として定義される）を可能にし、第３のセグメント２６および第４のセグメント２８の半径方向変位を可能にする。第３のパッキングリングセグメント２６および第４のパッキングリングセグメント２８の半径方向変位は、タービンシャフト１２の撓みが最大になるタービンシャフト１２の下側垂直方向の半径方向間隙を大きくすることができる。

シールキー４６は、調節ねじ５４と係合するねじ穴５２をさらに備える。ねじ穴５２は、調節ねじ５４を調節すると、第１のパッキングリングセグメント２２または第２のパッキングリングセグメント２４を変位させるような方向に向けられている。調節ねじ５４が、シールキー４６から延出するように調節されると、露出した調節ねじ５４の先端がパッキングリングセグメントと接触し、そのパッキングリングセグメントをシールキー４６から円周方向に押し離す。第１のパッキングリングセグメント２２および／または第２のパッキングリングセグメント２４を調節することにより、全てのパッキングリングセグメントを真の中心位置に適切に心合わせすることができる。

上記の特性により、パッキングリングアセンブリおよびシールキー４６を完全にそれぞれの隔壁半割り部分中に収め込むことができ、したがって組立上の問題を防止できる。さらに、パッキングリングアセンブリおよびシールキー４６は、いかなる既存のダブテール寸法とでも、またいかなる既存の隔壁アセンブリにでも取り付け、使用することができる。したがって、パッキングリングアセンブリおよびシールキー４６は、隔壁構成部品をほとんどまたはまったく改修することなく既存の産業用蒸気タービンに取り付けることができる。さらに、パッキングリングアセンブリおよびシールキー４６は、既存の蒸気タービンに改装組み込みを行うことができる。パッキングリングアセンブリおよびシールキー４６は、蒸気タービンの整備期間またはオーバホール時に、既存のパッキングリングアセンブリを隔壁から取り外し、それをパッキングリングアセンブリおよびシールキー４６と、隔壁をほとんどまたはまったく改修することなく容易に交換することができる望ましい部品およびハードウェアを有するキットとして供給することができる。

本発明を、１つまたは複数の好ましい実施形態を参照して記述してきたが、本発明の範囲から逸脱することなくその要素に様々な変更を加えることができ、均等物と置き換えることができることが、当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況や素材を適合させるために多くの修正を加えることができる。したがって、本発明は、この発明を実施するために考案された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲に包含される全ての実施形態を含むものとする。

本発明の実施形態が適用された蒸気タービンの一部分の断面図である。 本発明の実施形態が適用された図１の例示的蒸気タービンの拡大図である。 本発明の実施形態が適用された図２の例示的蒸気タービンの横断面図である。

符号の説明

１０ 蒸気タービン
１２ タービンシャフト
１４ タービン隔壁
１６ 第１の隔壁半割り部分
１８ 第２の隔壁半割り部分
２２ 第１のパッキングリングセグメント
２４ 第２のパッキングリングセグメント
２６ 第３のパッキングリングセグメント
２８ 第４のパッキングリングセグメント
３０ ばね
３２ ダブテール形状をした環状溝
３４ フランジ
３６ スロット
３８ シール面
４０ 突出した歯
４２ シールフランジ
４４ セグメント位置決めフランジ
４５ 軸方向に細くなった首部
４６ シールキー
４８ 隔壁スロット
５０ リングセグメントスロット
５２ ねじ穴
５４ 調節ねじ

Claims (10)

1. 静止部品の第１の半割り部分内に配設された第１のパッキングリングセグメント（２２）および第２のパッキングリングセグメント（２４）と、
   静止部品の第２の半割り部分内に配設された第３のパッキングリングセグメント（２６）および第４のパッキングリングセグメント（２８）と、
   前記静止部品の前記第１の半割り部分と前記第２の半割り部分との間の中間線位置に配設され、それぞれが前記第１または第２のパッキングリングセグメント（２２）（２４）を支持する１つまたは複数のシールキー（４６）と
   を備えるパッキングリングアセンブリ。
2. 前記１つまたは複数のシールキー（４６）のそれぞれが、前記静止部品の前記第１の半割り部分に固定されている、請求項１記載のパッキングリングアセンブリ。
3. 前記１つまたは複数のシールキー（４６）のそれぞれが、前記第１または第２のパッキングリングセグメント（２２）（２４）に隣接するねじ穴（５２）と、前記ねじ穴（５２）に係合する調節ねじとをさらに備える、請求項１記載のパッキングリングアセンブリ。
4. 前記１つまたは複数のシールキー（４６）が、２本のシールキー（４６）である、請求項１記載のパッキングリングアセンブリ。
5. シャフトと、
   静止部品と、
   前記静止部品の第１の半割り部分内に配設された第１のパッキングリングセグメント（２２）および第２のパッキングリングセグメント（２４）、ならびに前記静止部品の第２の半割り部分内に配設された第３のパッキングリングセグメント（２６）および第４のパッキングリングセグメント（２８）を有するパッキングリングアセンブリと、
   前記静止部品の前記第１の半割り部分と前記第２の半割り部分との間の中間線位置に配設された１つまたは複数のシールキー（４６）であって、それぞれが前記第１または第２のパッキングリングセグメント（２２）（２４）を支持する１つまたは複数のシールキー（４６）と
   を備える蒸気タービン（１０）。
6. 前記静止部品の前記第１および第２の半割り部分が、前記静止部品の前記第１の半割り部分と前記第２の半割り部分との間の中間線位置に配設された１対の半径方向スロット（４８）をさらに備える、請求項５記載の蒸気タービン（１０）。
7. 前記静止部品のスロット（４８）の１つと整列するスロット（５０）を形成するために、前記第１および第４のパッキングリングセグメント（２２）（２８）が、それぞれスロット（５０）の２分の１ずつをさらに備える、請求項６記載の蒸気タービン（１０）。
8. 回転機械のロータシャフトと静止部品との間のラビリンスシールの適切な作動を維持する方法であって、
   静止部品の第１の半割り部分に第１のパッキングリングセグメント（２２）および第２のパッキングリングセグメント（２４）を取り付けるステップと、
   静止部品の第２の半割り部分に第３のパッキングリングセグメント（２６）および第４のパッキングリングセグメント（２８）を取り付けるステップと、
   １つまたは複数のシールキー（４６）のそれぞれが、前記第１または第２のパッキングリングセグメント（２２）（２４）を前記静止部品の前記第１の半割り部分内に支持し且つ収容し、前記第３または第４のパッキングリングセグメント（２６）（２８）が前記静止部品の前記第２の半割り部分内で前記ロータシャフトから半径方向に移動することができるよう、１つまたは複数のシールキー（４６）を前記静止部品の前記第１の半割り部分に取り付けるステップと
   を有する方法。
9. 前記１つまたは複数のシールキー（４６）を取り付ける前記ステップが、前記第１または第２のパッキングリングセグメント（２２）（２４）が前記第３または第４のパッキングリングセグメント（２６）（２８）に力を掛けるのを防止するように前記シールキー（４６）を配設するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
10. 前記１つまたは複数のシールキー（４６）を取り付ける前記ステップが、前記シールキー（４６）を前記静止部材の前記第１の半割り部分に固定するステップをさらに含む請求項８記載の方法。

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