JP2010216657A - 機械のシール組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】機械及び機械用のシール組立体を提供する。
【解決手段】本機械（１００）及び機械（１００）用のシール（１０８、９０４）組立体（１０１）は、回転シャフト（１０６）と、該回転シャフト（１０６）に結合されたホイール（１０４）とを含み、ホイール（１０４）は、該ホイール（１０４）に結合されたバケット（１０２）を含み、本機械（１００）及び機械（１００）用のシール（１０８、９０４）組立体（１０１）はさらに、バケット（１０２）及びホイール（１０４）の側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部（８０４）を覆ったシール（１０８、９０４）を含む。
【選択図】 図１

Description

本明細書に開示した主題は、総括的には機械及び機械用のシール組立体に関し、より具体的には、機械の運転、性能及び効率を改善するシール組立体に関する。

機械性能は、加圧冷却空気の喪失及び高温ガス流の吸込みによって低下する。

米国特許第７，２６４，４４８号公報

機械及び機械用のシール組立体は、回転シャフトと、該回転シャフトに結合されたホイールとを含み、ホイールは、該ホイールに結合されたバケットを含み、本機械及び機械用のシール組立体はさらに、バケット及びホイールの側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部を覆ったシールを含む。

本発明の第１の態様は、機械を提供し、本機械は、回転シャフトと、該回転シャフトに結合されかつそれに結合されたバケットを備えたホイールと、バケット及びホイールの側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部を覆ったシールとを含む。

本発明の第２の態様は、回転シャフトを有する機械用のシール組立体を提供し、本シール組立体は、回転シャフトに結合されかつそれに結合されたバケットを備えたホイールと、バケット及びホイールの側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部を覆ったシールとを含む。

本開示のこれらの及びその他の特徴は、本発明の様々な態様を示す添付図面と関連させてなした本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるようになるであろう。

機械からのバケット及びホイールの断面図。 カバープレート及びシールを示す図１の区域からの拡大図としての機械からのバケット及びホイールの断面図。 ガス及び空気流の移動を示す機械の断面図。 単一のスプリットを備えた３６０°シングルコイルシールを示す図。 その端部が機械的に結合された単一のスプリットを備えかつその機械的結合端部上にセグメント化カバープレートを設けた３６０°シングルコイルシールを示す図。 ７２０°マルチコイルシールを示す図。 セグメント化シールの一部分を示す図。 その上にセグメント化カバープレートを備えたセグメント化シールの一部分を示す図。 機械からのバケット及びホイールの断面図。

図面は正確な縮尺でないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことを意図しており、従って本発明の技術的範囲を限定するものとして考えるべきではない。図面では、同じ参照符号付けが、図面間で同様の要素を表している。

上述したように、本発明の態様は、機械の運転、性能及び効率の改善をもたらす。本出願全体にわたって使用する場合に、機械という表現には、ガスタービン、蒸気タービン及び圧縮機が含まれることになる。１つの実施形態では、本明細書に述べた本発明は、機械のホイール及びバケットに対して締結されたカバープレートと、該カバープレート並びにホイール及びバケット間に配置されたシールとを含む。機械上におけるカバープレート及びシールの１つの特徴は、それらがシステムからの加圧空気の喪失を減少させることである。加えて、カバープレート及びシールは、ホイールスペース内への高温ガスの流入を防止しかつ機械の二次空気流を助けることができることである。その上、本明細書に述べたカバープレート及びシールは、機械に対する保守整備を可能にすることができる。さらに、カバープレート及びシールは、半体シェル上に回転シャフトを位置させた状態で該カバープレート及びシールを取付けかつ取外すことができるので、機械の組立及び分解を可能にすることができる。カバープレート及びシールはまた、熱シールドとして作用させることによって機械の性能を改善することができ、また減衰作用を付加することによって振動を低減することができる。カバープレート及びシールは、ホイールの前方側面又は後方側面上に取付けることができる。それに代えて、カバープレート及びシールは、ホイールの前方側面及び後方側面上に取付けることができる。

図面に移ると、図１は、シール組立体１０１を備えた機械１００の関連部分の断面図を示している。機械１００は、バケット１０２と、ホイール１０４と、回転シャフト１０６とを含む。理解されるように、機械１００の回転シャフト１０６に対して、少なくとも１つのホイール１０４が結合される。各ホイール１０４は、その上にガスが作用して回転シャフトを回転させる複数のバケット１０２を含むことができる。

図２は、図１の関連部分の拡大図を示している。シール組立体１０１は、シール１０８と、カバープレート１１０と、エンジェルウィング１１２とを含む。１つの実施形態では、カバープレート１１０は、フック２０６を使用して機械１００のホイール１０４に対して締結される。ホイール１０４に対してカバープレート１１０を締結するようになった別の
実施形態では、例えばリングを保持するボルト、ピン、スタック又はバイオネットを含むことができる。別の実施形態では、カバープレート１１０は、機械１００のバケット１０２内のスロット２１０に係合する外側端縁部を含むことができる。

図３は、ガス及び空気流の移動を示す、機械１００の断面図を示している。図３は、機械１００のノズル３０２を示している。図示するように、ノズル３０２は、バケット１０２の両側に設置される。しかしながら、バケットが最終段バケットである場合には、ノズル３０２は、バケット１０２の前方側のみに存在することになることを理解されたい。高温ガス流３０８が、バケット１０２を横切って移動する。機械１００の前方（左側）つまり上流側においてノズル３０２の直ぐ下方に、ノズル支持リング３０４が設けられる。機械１００の後方（右側）つまり下流側においてノズル３０２の直ぐ下方に、ダイアフラム３０６が設けられる。ノズル３０２は、その前方及び後方側面の両方上に該ノズル３０２からホイール１０４に向かって延びる一部３０５を含む。前方側には、ノズル支持リング３０４とホイール１０４との間に、ホイールスペース３１４が設けられる。後方側には、ダイアフラム３０６とホイール１０４との間に、ホイールスペース３１４が設けられる。

ホイールスペースパージ空気３１２が、ホイールスペース３１４を通って移動する。加えて、バケット供給冷却空気（図示せず）が、ホイール１０４からバケット１０２に向かって移動する。ホイールスペースパージ空気３１２の移動の図示は、ホイールスペースパージ空気がホイールスペース３１４を通りかつホイール１０４を横切って移動するものとして示している。カバープレート１１０は、前方側でホイール１０４とノズル支持リング３０４との間をまた後方側でホイール１０４とダイアフラム３０６との間を移動することができるホイールスペースパージ空気３１２の量を減少させるのを助ける。加えて、カバープレート１１０は、バケット供給冷却空気がバケット１０２に到達するのをまたホイールスペース３１４に流入しないようにするのを助ける。上記のように、１つの実施形態では、カバープレート１１０及びシール１０８は、ホイール１０４の前方側面又は後方側面上に取付けることができる（図１）。別の実施形態では、カバープレート１１０及びシール１０８は、ホイール１０４の前方側面及び後方側面上に取付けることができる。加えて、カバープレート１１０上には、１つ又はそれ以上のエンジェルウィング１１２を設けることができる。エンジェルウィング１１２は、高温流路ガスがホイールスペース３１４に流入するのを防止するのを助けることができる。

カバープレート１１０及びシール１０８が存在しない場合には、ホイールスペースパージ空気３１２は、ホイール１０４内の貫通孔３１６に流入することが可能になる。カバープレート１１０及びシール１０８が存在する場合には、ホイール１０４を通してホイールスペース３１４に流入する又は該ホイールスペース３１４内に移動するホイールスペースパージ空気３１２の量を減少又は排除することができる。カバープレート１１０及びシール１０８が取付けられていない場合には、ホイールスペースパージ空気３１０は、ホイール１０４とホイールスペース３１４との間を移動することが可能になることになる。カバープレート１１０及びシール１０８は、ホイールスペースパージ空気３１２の喪失を防止するのを助ける。その上、カバープレート１１０及びシール１０８が存在しない場合には、バケット供給冷却空気は、ホイールスペース３１４に流入することが可能になる。

１つの実施形態では、カバープレート１１０をセグメント化することができる。別の実施形態では、シール１０８をセグメント化することができる。さらに別の実施形態では、カバープレート１１０及びシール１０８の両方をセグメント化することができる。セグメント化カバープレート８０６及びセグメント化シール７００或いはセグメント化カバープレート８０６又はセグメント化シール７００のいずれかを設けた、図８に示すさらに別の実施形態では、シール１０８は、セグメント化カバープレート８０６上のインタフェース部（接合部）８０４とオーバラップするように配置して、隣接する円周方向に配置したカバープレートセグメント８０２間のギャップを排除する。

カバープレート１１０及びシール１０８はまた、機械１００の二次流の設計を支援するように使用することができる。具体的には、カバープレート１１０及びシール１０８は、指向部位への空気及びガス流の移動を助けるように取付け又は配置することができる。その上、カバープレート１１０及びシール１０８は、加圧ガス（例えば、ホイールスペースパージ空気及びバケット供給冷却空気）の漏洩及び高温ガスの吸込みを防止するように取付け又は配置することができる。加えて、カバープレート１１０及びシール１０８は、ホイール１０４に接触する又はホイール１０４の近傍に達する高温ガス流３０８の量を減少させることによって或いはバケット１０２とホイール１０４との間に付加的なバリヤを形成することによって該ホイール１０４用の熱シールドとして使用することができる。さらに別の実施形態では、カバープレート１１０及びシール１０８は、ホイール１０４及びバケット１０２上の並びに全体として機械１００についての振動を減衰するように使用することができる。例えば、カバープレート１１０及びシール１０８は、ホイール１０４とバケット１０２との間の付加的な機械継手を構成することができる。バケット１０２とホイール１０４との間の付加的な機械継手は、剛性を高め、機械１００が運転中である間における振動を低減することができる。

図４に移ると、単一のスプリットを備えた３６０°シングルコイルシール（「シングルコイルシール」）４０２を示している。シングルコイルシール４０２は、工場における及び機械１００が顧客側サイトにある場合の両方における、機械１００上での組立及び分解を含む取付け及び保守整備を可能にする。１つの実施形態では、シングルコイルシール４０２は、シールをバラバラに広げるのを可能にして、機械１００の保守整備及び補修を可能にする。さらに別の実施形態では、シングルコイルシール４０２がその円周部内に破断部を有することによって、シングルコイルシール４０２は可撓性を備えて、機械１００上でまた機械１００から外して該シングルコイルシール４０２を巧みに操作することができるようになる。別の実施形態では、その単一のスプリットを備えたシングルコイルシール４０２は、該シール４０２を上に詳細に説明したように機能させることができまた機械１００に対して取付け及び取外しすることができるような剛性及び耐久性を保持している。

図５に移ると、また図４も引き続き参照すると、シングルコイルシール５０２の端部は、例えばトング及びグルーブ、重ね継手、ダブテール、突合せ継手、溶接部或いはロウ付け部によって機械的に結合することができる。その上、カバープレート５０４は、シングルコイルシール５０２を機械的に結合する時に、該シングルコイルシール５０２内の接合部（継手）を覆って配置することができる。１つの実施形態では、カバープレート５０４を備えた機械的に結合したシングルコイルシールは、カバープレート５０４上に配置されて、隣接する円周方向に配置したカバープレートセグメント５０４間のギャップ５０６を排除したシングルコイルシール４０２を有することになる。

図６は、７２０°マルチコイルシール（「マルチコイルシール」）６０２を示している。１つの実施形態では、マルチコイルシールの端部は、互いに機械的に結合されない。このことは、機械１００の取付け及び保守整備の間に加えて、機械１００上でのマルチコイルシール６０２の取付け及び取外しの間においてシールの可撓性を可能にする。他の実施形態は、必要に応じて、７２０°以上を有するマルチコイルシールを含むことができる。

図７に移ると、セグメント化シール７００の一部分を示している。セグメント化シール７００は、セグメント７０４を連結するようになった継手（接合部）７０２を含む。１つの実施形態では、カバープレート１１０は、セグメント化シール７００上の取付けることができる。図８は、それを覆ってセグメント化カバープレート８０６を備えたセグメント化シール７００を示している。引き続き図７を参照しながら図８を精査すると、１つの実施形態では、カバープレート継手（接合部）８０４は、セグメント化シール７００がカバープレートセグメント８０４上に配置されて、隣接する円周方向に配置したカバープレートセグメント間のギャップ５０６を排除するように該セグメント化シール７００の継手（接合部）と千鳥配置することができる。

図９に移ると、この図は、シール９０４がバケット１０２及びホイール１０４の側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部を覆っているさらに別の実施形態を示している。シール９０４は、バケット１０２上のフック９０２によって該バケット１０２に取付けることができ、またシール９０４は、ホイール１０４上のフック９０６によって該ホイール１０４に取付けることができる。シール９０４は、ホイール１０４の前方又は後方側面上に配置することができる。付加的な実施形態では、シール９０４は、ホイール１０４の前方及び後方側面上に配置することができる。シール９０４は、上記のシールのいずれかの形態をとることができる。

本明細書では、様々な実施形態について説明しているが、当業者が要素の様々な組合せ、それらの変形或いは改良を行うことができ、またそれらが本発明の技術的範囲内にあることは、本明細書から分かるであろう。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱せずに特定の状況及び物的事項を本発明の教示に適合させるように、多くの変更を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではないこと、また本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることを意図している。

１００ 機械
１０１ シール組立体
１０２ バケット
１０４ ホイール
１０６ 回転シャフト
１０８、９０４ シール
１１０、５０４ カバープレート
１１２ エンジェルウィング
２０６、９０２、９０６ フック
２０８ 外側端縁部
２１０ スロット
３０２ ノズル
３０４ ノズル支持リング
３０５ 一部
３０６ ダイアフラム
３０８ 高温ガス流
３１４ ホイールスペース
３１０、３１２ パージ空気
３１６ 貫通孔
４０２、５０２ シングルコイルシール
５０４、８０２、８０４ カバープレートセグメント
５０６ ギャップ
６０２ マルチコイルシール
７００ セグメント化シール
７０２ 継手（接合部）
７０４ セグメント
８０４ インタフェース部（接合部）
８０４ カバープレート継手（接合部）
８０６ セグメント化カバープレート
９０２、９０６ フック

Claims (15)

1. 機械（１００）であって、
   回転シャフト（１０６）と、
   前記回転シャフト（１０６）に結合されたホイール（１０４）と、
   前記ホイール（１０４）に結合されたバケット（１０２）と、
   前記バケット（１０２）及びホイール（１０４）の側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部（８０４）を覆ったシール（１０８、９０４）と、を含む、
   機械。
2. 前記バケット（１０２）が、該機械（１００）のバケット（１０２）に対して前記シール（１０８、９０４）を締結するようになったフック（２０６、９０２、９０６）を含む、請求項１記載の機械。
3. 前記ホイール（１０４）が、該機械（１００）のホイール（１０４）に対して前記シール（１０８、９０４）を締結するようになったフック（２０６、９０２、９０６）を含む、請求項１記載の機械。
4. 前記シール（１０８、９０４）が、単一のスプリットを備えた３６０°シール（１０８、９０４）を含む、請求項１記載の機械。
5. 前記シール（１０８、９０４）が、７２０°マルチコイルシールを含む、請求項１記載の機械。
6. 前記シール（１０８、９０４）が、セグメント化シールを含む、請求項１記載の機械。
7. 前記シール（１０８、９０４）が、前記ホイール（１０４）の前方側面上に取付けられる、請求項１記載の機械。
8. 前記シール（１０８、９０４）が、前記ホイール（１０４）の後方側面上に取付けられる、請求項１記載の機械。
9. 前記シール（１０８、９０４）が、前記ホイール（１０４）の前方側面及び後方側面上に取付けられる、請求項１記載の機械。
10. 回転シャフト（１０６）を有する機械（１００）用のシール（１０８、９０４）組立体（１０１）であって、
    前記回転シャフト（１０６）に結合されたホイール（１０４）と、
    前記ホイール（１０４）に結合されたバケット（１０２）と、
    前記バケット（１０２）及びホイール（１０４）の側面に沿って延びかつ該バケット及びホイール間のインタフェース部（８０４）を覆ったシール（１０８、９０４）と、を含む、
    シール組立体。
11. 前記バケット（１０２）が、前記機械（１００）のバケット（１０２）に対して前記シール（１０８、９０４）を締結するようになったフック（２０６、９０２、９０６）を含む、請求項１０記載のシール組立体。
12. 前記ホイール（１０４）が、前記機械（１００）のホイール（１０４）に対して前記シール（１０８、９０４）を締結するようになったフック（２０６、９０２、９０６）を含む、請求項１０記載のシール組立体。
13. 前記シール（１０８、９０４）が、単一のスプリットを備えた３６０°シール（１０８、９０４）を含む、請求項１０記載のシール組立体。
14. 前記シール（１０８、９０４）が、７２０°マルチコイルシールを含む、請求項１０記載のシール組立体。
15. 前記シール（１０８、９０４）が、セグメント化シールを含む、請求項１０記載のシール組立体。

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