JP2013177891A - 圧縮スリーブシール - Google Patents

Abstract

【課題】タービンのケーシングのためのシールを設けること。
【解決手段】タービンのケーシングは、各区画上に設けられたフランジで結合される複数の区画を備える。各フランジは、穴および座ぐりを備える。シールは、２つのフランジの座ぐり間の長さより長い圧縮スリーブシールと、その圧縮スリーブシールを貫通して延びるように構成されるファスナと、そのファスナの各端部上で螺合可能なナットとを備える。圧縮スリーブシールは、第１のシールを生成するために、各フランジと各ナットの間で圧縮可能であり、かつ各穴に対する第２のシールを生成するために、半径方向に拡大可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンのケーシングなどの圧力容器構造の２つの対向するフランジ間を横切る気体の漏れを阻止するためのシールに関する。また、本発明は、ガスタービンのケーシングなどの圧力容器構造を密閉する方法に関する。

いくつかの圧力容器の用途においては、空気などの気体がフランジ結合部を通じて逃げないように防止するために、ガスケットまたはシールが、フランジ接続部とともに用いられる。様々な技術的理由のために、特に、逃げる空気量によって、その空気がその一部分をなす全体システムが、悪影響を受けない場合、空気漏れを完全に密閉することが不可能ないくつかのフランジ結合部が用いられ、いくらかの量の空気の逃げることが許容される。

米国特許第５２５３８７５号公報

ガスタービンは、通常、円筒形でブレードの付いたロータをその中に囲い込む円筒形のケーシングを有するエアコンプレッサを利用する。大気圧の空気が、シリンダの一方の開いた端部でコンプレッサ中に送られて、ケーシング中のブレードと相互に係合するロータの回転ブレードによって圧縮される。圧力の上げられた空気が、ケーシングの対向する端部から取り出されて、より低い圧力で動作するガスタービン装置の燃焼排気システムの領域に導かれる。コンプレッサのケーシングおよびさらにコンプレッサと燃焼システムの間のケーシングの中間部品は、通常、適切なフランジと互いに適切に結合される構成要素区画のマルチパート構成を備える。たとえばフランジの熱変形のために、マルチパートアセンブリのフランジの金属係合表面上の通常平坦な金属を通じて、過度の空気漏れが生じる恐れがあることがわかっている。空気漏れは、ケーシング構造が、湾曲し角度の付いた部品を備える場合、問題が深刻化する。ケーシングが、湾曲した、または互いに対して角度がある区画を備え、フランジがそのために角度を付けられている場合には、そうでない場合には望ましい機械加工された表面のフランジが所望の空気密閉特性を維持することが困難になる。たとえば、フランジは、水平の表面ならびに垂直の表面に対して密閉するために利用することができ、単一の直角のフランジをそのような目的で利用することができる。フランジ間にガスケットシールを使用すると、より望ましいフランジの金属対金属の表面接触を阻止するだけでなく、また、ほとんどの空気漏れが生じるところにガスケットシールだけが使用される可能性がある場合に問題になり、したがって、フランジ表面の全体的に同じ広がりを有する接触においては障害になる。

本発明の一実施形態によれば、タービンのケーシングのためのシールが提供される。タービンのケーシングは、各区画上に設けられたフランジで結合される複数の区画を備える。各フランジは、穴および座ぐりを備える。シールは、２つのフランジの座ぐり間の長さより長い圧縮スリーブシールと、圧縮スリーブシールを貫通して延びるように構成されるファスナと、ファスナの各端部上で螺合可能なナットとを備える。圧縮スリーブシールは、第１のシールを生成するために、各フランジと各ナットの間で圧縮可能であり、かつ、各穴に対する第２のシールを生成するために、半径方向に拡大可能である。

本発明の別の実施形態によれば、タービンのケーシングを密閉する方法が提供される。タービンのケーシングは、各区画上に設けられたフランジで結合される複数の区画を備え、各フランジは、穴および座ぐりを備える。本方法は、２つのフランジの座ぐり間の長さより長い圧縮スリーブシールを、２つの嵌合するフランジの穴に挿入するステップと、圧縮スリーブシール中にファスナを挿入するステップと、ファスナに張力を加えるステップと、圧縮スリーブシールの各端部と接触させるように、ファスナの各端部上にナットを螺合させるステップと、張力を解除し、それによって、圧縮スリーブシールの端部を圧縮して各ナットと各フランジの間に第１のシールを形成し、かつ圧縮スリーブシールを端部間で半径方向に広げて、穴に対する第２のシールを形成するステップとを備える。

タービンのケーシングのフランジシール構造の例示図である。 図１のフランジシール構造の座ぐりの例示図である。 本発明の例示する実施形態による圧縮スリーブシールを備えるフランジシール構造を、圧縮されていない、密閉されていない構成で示す例示図である。 圧縮スリーブシールを、圧縮された、密閉された構成で示す例示図である。 本発明の例示する実施形態による圧縮スリーブシールの例示図である。 図５の圧縮スリーブシールの端部を、圧縮されていない、密閉されていない構成で示す例示図である。 図５の圧縮スリーブシールの端部を、圧縮された、密閉された構成で示す例示図である。 例示する実施形態によるタービンのケーシングおよび圧縮スリーブシールのフランジシール構造の例示図である。 フランジシール構造を備えるタービンのケーシングの例示図である。

図１、２および９を参照すると、タービンのケーシング２が、２つの区画を備えることができ、それぞれが、フランジ４、６を備える。フランジ４は、上側半分のケーシングの一部分とすることができ、フランジ６は、下側半分のケーシングの一部分とすることができる。用語「上側（ｕｐｐｅｒ）」および「下側（ｌｏｗｅｒ）」は、図面に示すケーシング区画の方向付けを言い、ケーシング区画およびフランジの他の方向付けが可能であることを理解すべきである。また、タービンのケーシングは、図面に示すような２つの区画より多い区画を備えることができることを理解すべきである。さらに、タービンのケーシングは、コンプレッサのケーシング、コンプレッサと燃焼システムの間のケーシングの中間部品、および／またはタービンロータのケーシングとすることができることを理解すべきである。図９に示すように、フランジ４、６に沿ったファスナ１６および対応するナット１４の列が、密閉された関係に結合されたケーシング区画を保持する。

図１〜４を参照すると、フランジ４は、座ぐり１０を備える穴８を備える。フランジ６は、座ぐり（図示せず）を備える穴１８を備える。フランジ４、６は、穴８、１８の半径方向内側に互いに対して密閉されないように構成される可能性があり、穴８、１８は、漏れる可能性がある経路を形成し得る。圧縮スリーブシール１２が、スタッドまたはボルトなどのファスナ１６とともに、フランジ４、６の穴８、１８中に挿入される。圧縮スリーブシール１２は、座ぐり間の長さより長く、圧縮スリーブシール１２の端部２０が、フランジ４、６の穴８、１８を貫通して延びる。ナット１４が、ファスナ１６の各端部上に設けられる。ナット１４を回して、ファスナ１６を張力を加えられた状態にする。

ナット１４は、圧縮スリーブシール１２の端部２０と接触して、それらがフランジ面からわずかに張り出して位置することができるまで、回される。ファスナ１６へ加えた張力を解除すると、ファスナ１６がその長手方向軸に沿って収縮して、ナット１４とフランジ４、６の間に一次のシールが形成される。ポアソン効果によって、圧縮スリーブシール１２は、漏れる可能性がある経路を密閉するために、その長手方向軸から半径方向に拡大して、フランジ４、６の穴８、１８に対する二次のシールを生成する。

図５〜７を参照すると、圧縮スリーブシール１２は、ファスナ１６およびナット１４、およびにポアソン効果による圧縮スリーブシール１２の変形によって、フランジ４、６に対して負荷を集中させて加えるように構成される端部２０を有するチューブとすることができる。たとえば、圧縮スリーブシール１２の端部２０は、圧縮スリーブシール１２の圧縮された端部２２に所定の短縮２４をもたらすために、圧縮スリーブシール１２の中間部より薄くすることができる。一般に、圧縮スリーブシール１２は、負荷およびポアソン効果が集中されることになる領域中でもっとも薄くすることができる。圧縮スリーブシール１２の外径は、負荷およびポアソン効果を集中させる、または導くために、機械加工することができる。たとえば、パターンを、圧縮スリーブシール１２の外径に加工することができる。

図８を参照すると、タービンのケーシング２が、フランジ４を有する第１の区画と、フランジ６を有する第２の区画とを備える。フランジ４、６は、水平方向の結合ピン２６によって結合し、上記に述べた方法で一次および二次のシールを形成する圧縮スリーブシール１２によって密閉することができる。タービンのケーシングの区画は、フランジに沿った場所で、ただし２つの水平方向の結合ピン２６の場所を除く場所で、圧縮スリーブシール１２、ファスナ１６およびナット１４によって、最初に接続することができる。次いで、水平方向の結合ピン２６は、挿入することができ、フランジ４、６を位置合わせすることができる。次いで、圧縮スリーブシール１２およびファスナ１６は、水平方向の結合ピン２６の２つの場所で、フランジ４、６中に挿入することができ、水平方向の結合ピン２６は、タービンのケーシングの区画を一緒に固定するために、トルクを加えることができる。

圧縮スリーブシール１２は、金属、たとえば、鋼鉄（たとえば、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼鉄）から形成することができる。タービンのケーシングの材料は、たとえば、鋼鉄（たとえば、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼鉄）とすることができる。

圧縮スリーブシールを使用すると、ガスケット、および／または構造が複雑になる可能性がある、および／または気体流路中にちぎれる傾向があるロープシールの溝を使用せずに、タービンのケーシングの区画を密閉するのを可能にすることができる。また、圧縮スリーブシールは、前もって負荷を加え、シールを設置するために、既存のバタフライ弁では求められるように、気体流に依存することは、ない。また、圧縮スリーブシールは、フランジ穴の中で一次および二次のシールになり、ファスナの上部にキャップを必要としない。

もっとも実用的で好ましい実施形態と現在考えられるものに関連して本発明を述べてきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきでなく、それどころか、添付する特許請求項の趣旨および範囲内に含まれる様々な変形形態および同等の構成物をカバーすると意図されることを理解すべきである。

２ タービンのケーシング
４ タービンのケーシングの第１区画のフランジ
６ タービンのケーシングの第２区画のフランジ
８ 座ぐり
１０ 穴
１２ 圧縮スリーブシール
１４ ナット
１６ ファスナ（スタッドまたはボルト）
１８ 座ぐり
２０ 圧縮スリーブシールの端部
２２ 圧縮された端部
２４ 短縮
２６ 水平方向ピン（複数可）

Claims (19)

1. 各区画上に設けられたフランジで結合される複数の区画を備えるタービンのケーシングのためのシールであって、各フランジは、穴および座ぐりを備え、前記シールは、
   ２つのフランジの座ぐり間の長さより長い圧縮スリーブシールと、
   前記圧縮スリーブシールを貫通して延びるように構成されるファスナと、
   前記ファスナの各端部上で螺合可能なナットとを備え、
   前記圧縮スリーブシールの端部が、第１のシールを生成するために、各フランジと各ナットの間で圧縮可能であり、かつ、各穴に対する第２のシールを生成するために、前記端部間で半径方向に拡大可能である、シール。
2. 前記圧縮スリーブシールは、前記端部において、前記端部間より薄い、請求項１記載のシール。
3. 前記圧縮スリーブシールは、前記圧縮スリーブシールの前記半径方向の拡大部を前記端部間に集結させるために、その外径に少なくとも１つのパターンを備える、請求項１記載のシール。
4. 前記少なくとも１つのパターンは、前記外径に加工される、請求項３記載のシール。
5. 前記圧縮スリーブシールは、金属から形成される、請求項１記載のシール。
6. 前記金属は、鋼鉄である、請求項５記載のシール。
7. 前記鋼鉄は、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼である、請求項６記載のシール。
8. 請求項１記載のシールを備えるタービンのケーシング。
9. 前記区画の前記フランジは、前記穴の内側に密閉されない、請求項８記載のタービンのケーシング。
10. 前記タービンのケーシングは、鋼鉄から製造される、請求項８記載のタービンのケーシング。
11. 前記鋼鉄は、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼である、請求項１０記載のタービンのケーシング。
12. 各区画上に設けられたフランジで結合される複数の区画を備えるタービンのケーシングを密閉する方法であって、各フランジは、穴および座ぐりを備え、前記方法は、
    ２つのフランジの座ぐり間の長さより長い圧縮スリーブシールを２つの嵌合するフランジの穴に挿入するステップと、
    前記圧縮スリーブシール中にファスナを挿入するステップと、
    前記ファスナに張力を加えるステップと、
    前記圧縮スリーブシールの各端部と接触させるように、前記ファスナの各端部上でナットを螺合させるステップと、
    前記張力を解除し、それによって、前記圧縮スリーブシールの前記端部を圧縮して各ナットと各フランジの間に第１のシールに形成し、前記圧縮スリーブシールを前記端部間で半径方向に広げて、前記穴に対する第２のシールを形成するステップとを備える、方法。
13. 前記圧縮スリーブシールを前記穴に挿入し、前記ファスナを前記圧縮スリーブシール中に挿入するステップは、前記ファスナを中に挿入して前記圧縮スリーブシールを前記穴に挿入するステップを備える、請求項１２記載の方法。
14. 前記圧縮スリーブシールは、前記端部で、前記端部間より薄い、請求項１２記載の方法。
15. 前記圧縮スリーブシールは、前記端部間に前記圧縮スリーブシールの前記半径方向の拡大部を集結させるために、その外径に少なくとも１つのパターンを備える、請求項１２記載の方法。
16. 前記少なくとも１つのパターンは、前記外径に加工される、請求項１５記載の方法。
17. 前記圧縮スリーブシールは、金属より形成される、請求項１２記載の方法。
18. 前記金属は、鋼鉄である、請求項１７記載の方法。
19. 前記鋼鉄は、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼である、請求項１８記載の方法。