JP2014139436A - スワール阻止シールを有するターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】擦れ合いに適しており、大きな空間を必要としないスワール阻止シールを提供すること。
【解決手段】種々の実施形態は、スワール阻止シールを含むターボ機械を含んでいる。種々の特定の実施形態では、ターボ機械は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、軸方向に延在するフランジを含み、このフランジ内部にはターボ機械における流体流れを制御するためにスロットが延在する、半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルを含む。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示される主題は、電力システムに関する。より詳細には、この主題は、タービンターボ機械システムに関する。

従来のターボ機械（タービンとも呼ばれる）、例えば蒸気タービンなどは一般に、回転シャフト（ロータとも呼ばれる）を囲むケーシングと、シャフトに取り付けられた半径方向に延在する複数のブレードの列とを含む。ブレードに誘導された加圧蒸気によって、ブレードとシャフトを回転させる。連続する蒸気の経路は典型的には、蒸気入口と、タービン内の複数の蒸気加圧区域と、蒸気出口とを含む。

従来より蒸気ターボ機械（タービン）は、静止ブレードの列と回転ブレードの列の連続する段の間で複数の加圧区域に分離されている。タービンブレードの幾何学形及び構成は、蒸気流からの有効な抽出エネルギーを最大限にするように意図されており、これにより蒸気ターボ機械（例えば発電機を駆動するために）を利用する発電所全体の効率を高める。

蒸気タービンシャフトがタービンケーシングに貫入する領域は、ケーシングから加圧蒸気が逃げるのを防ぐために密閉される。さらに、タービン効率を高めるために、従来のタービン設計は、段間シールを利用することで、蒸気が静止構成要素と回転構成要素の間の隙間を通って段の静止ブレードを回避する、又は回転ブレードを回避するのを阻止する。

回転構成要素又はブレードによって生じた蒸気スワールが、シール歯の間の空洞にひとたび入り込むと、不安定な空気力学的な力を生成する場合がある。ロータの表面に作用するこのような力は、ロータを不安定にさせる可能性がある。より多くのかつより緊密なシールを使用してターボ機械の効率を改善させる際、スワールにより誘発されるロータの動的な不安定さは、特に大型の蒸気タービンの場合、ますます重大なものになる。ロータの動的安定性を改善させるために、アンチスワール歯又はスワールブレイクを利用してスワールを消滅させる又はスワールの方向を反対にしてきた。従来のアンチスワール又はスワールブレイク装置は、それらを効果的なものするにはロータの表面との緊密な隙間に位置決めする必要がある。しかしながらこのような装置は、擦れ合いに適していない。激しい摩擦動作を避けるために（例えば静止構成要素と回転構成要素の接触）、従来のアンチスワール装置は、パッキングリングに装着され、これはリングを閉鎖するように付勢するばね要素によって静止構成要素に柔軟性を有して装着されている。このような手法は、ターボ機械内にかなりの空間を必要とする。また、ターボ機械技術の進歩によってターボ機械における構成要素間の空間は縮小しており、従来のアンチスワールリングを流体の流路に実装することをより困難なものにしている。したがって、ターボ機械における流体スワールに対処する現在の手法は、１つ又は複数の点において不十分である。

米国特許出願公開第２００５／００６７７８９号公報

種々の実施形態は、スワール阻止パッキングを含むターボ機械を含む。種々の特定の実施形態では、ターボ機械は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、ターボ機械における流体流れを制御するためのスロットが貫通している軸方向に延在するフランジを含む半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルを含む。

本発明の第１の態様は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、ターボ機械における流体流れを制御するためのスロットが貫通している軸方向に延在するフランジを含む半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルを含む。

本発明の第２の態様は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、半径方向に面する面と、半径方向に面する面に隣接する軸方向に面する面と、軸方向に面する面と半径方向に面する面を貫通して延在することで、ターボ機械における流体流れを制御するスロットとを含む半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルを含む。

本発明の第３の態様は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションであって、軸方向に配設されたブレードの各々が、ロータ本体に結合したベースセクションと、ベースセクションから半径方向に延在するブレードセクションとを含むロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルと、ロータ本体又は１以上のノズルの半径方向先端セクションの一方から延在する１組の半径方向に延在するシール歯と、ダイアフラムセクションから半径方向に延在する半径方向の段差であって、ターボ機械における流体流れを制御するためにスロットが内部に延在する半径方向の段差とを含む。

本発明のこれらの及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を描く添付の図面と併せて、本発明の種々の態様の以下の詳細な記載からより容易に理解されるであろう。

本発明の種々の実施形態によるスワール阻止設計を備えたターボ機械の概略断面図である。 本発明の種々の実施形態による図１のターボ機械の特定の断面の切欠き断面図である。 本発明の種々の実施形態によるターボ機械の代替の一実施形態の断面図である。 本発明の種々の実施形態によるターボ機械の代替の一実施形態の断面図である。 本発明の種々の実施形態による図４のターボ機械の特定の断面の切欠き断面図である。 本発明の種々の実施形態によるスワール阻止設計を備えたターボ機械の代替の一実施形態の断面図である。

本発明の図面は、必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。これらの図面は、単に本発明の典型的な態様を描くことを意図されており、したがって本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同様の番号付けは、図面における同様の要素を表している。

指摘したように、本明細書に開示される主題は、電力システムに関する。より詳細には、本主題は、タービンターボ機械システムに関する。

本明細書に記載されるように、従来のターボ機械では、蒸気タービンシャフトがタービンケーシングに貫入する領域は、ケーシングから加圧蒸気が逃げるのを阻止するために密閉される。さらにタービン効率を改善するために、従来のタービン設計は、段間シールを利用することで、蒸気が静止構成要素と回転構成要素の間の隙間を通って段の静止ブレードを回避する、又は回転ブレードを回避するのを阻止する。

しかしながらこのような従来のシステムは、そのシール設計も含めて、シールの空洞に進入する流体（蒸気）流れにおけるスワールを受けやすく、これはロータの動的不安定性につながる可能性がある。回転構成要素又はブレードによって生じるスワールは、ひとたびシール歯の間の空洞に入り込むと、不安定な空気力学的な力を生成する可能性がある。ロータの表面に作用するこのような力は、ロータを不安定にさせる可能性がある。より多くのかつより緊密なシールを使用して、技術の進歩の中でターボ機械の効率を改善させる際、スワールにより誘発されるロータの動的な不安定さは、特に大型の蒸気タービンの場合、ますます重大なものになる。ロータの動的安定性を改善させるために、アンチスワール歯又はスワールブレイクを利用してスワールを消滅させる又はスワールの方向を反対にしてきた。従来のアンチスワール又はスワールブレイク装置は、それらを効果的なものするためにロータの表面との緊密な隙間に配置される。しかしながらこのような装置は、擦れ合いに適していない。激しい摩擦動作を避けるために（例えば静止構成要素と回転構成要素の接触）、これらのアンチスワール装置は、パッキングリングに装着され、これはリングを閉鎖するように付勢するばね要素によって、静止構成要素に柔軟に装着されている。このような手法は、ターボ機械内にかなりの空間を必要とする。ターボ機械技術の進歩はまた、ターボ機械における構成要素間の空間を縮小しており、従来のアンチスワールリングを流体の流路に実装することをより困難なものにしている。したがって、ターボ機械における流体スワールに対処する現在の手法は、１つ又は複数の点において不十分である。

従来の手法とは対照的に、本発明の態様は、スワール抑制スロットを含むターボ機械の軸方向のノズルシールを含む。一部のケースでは、スワール抑制スロットは、少なくとも部分的に半径方向に軸方向のノズルシールを貫通して延在する。種々の実施形態では、スワール抑制スロットは、一部が半径方向に及び一部が軸方向にシール部分を貫通して延在している。

本発明の種々の態様は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、ターボ機械における流体流れを制御するためのスロットが貫通している軸方向に延在するフランジを含む半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルを含む。

本発明の種々の他の態様は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、半径方向に面する面と、半径方向に面する面に隣接する軸方向に面する面と、軸方向に面する面と半径方向に面する面を貫通して延在することで、ターボ機械における流体流れを制御するスロットとを含む半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルを含む。

本発明の種々の別の態様は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、軸方向に延在するフランジを含み、このフランジは、ターボ機械における流体流れを制御するために、完全に半径方向に延在するスロットを内部に有する、半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルと、半径方向先端セクションと接続された１組の半径方向に延在するシール歯とを含み、このスロットは、１組の半径方向に延在するシール歯における隣接するシール歯の間に半径方向に延在している。

本発明の種々の特定の実施形態は、軸方向に配設された（回転可能な）ブレード（動翼）を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、隣接する動翼の組の間に配置された１組の（静止）ブレード（ノズル）を含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含む。特定の組の動翼とノズルが、ターボ機械内の１つの段を画定する。段間シールは、ノズルの半径方向の内径とロータの半径方向外側面の間及び動翼の先端とダイアフラムの内径の間に配置される。回転構成要素の少なくとも１つの半径方向端部に結合した静止構成要素上に所定の角度を有するスロットによって画定されるスワール阻止パッキングが、少なくとも１つの段間シールの上流に配置される。

本発明の種々の他の特定の実施形態は、軸方向に配設された（回転可能な）ブレード（動翼）の組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、隣接する動翼の組の間に配置された１組の（静止）ブレード（ノズル）を含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、このノズルが内側カバーを含んでおり、第１のシールが、ノズルの内側カバーとロータの表面の間に画定され、内側カバーが、内部に延在するスロットを有する軸方向に延在するフランジを含むことで、第１のシールへの流体流れの角度を調節し、動翼の半径方向端部と共に第２のシールを形成することで、流体流れがスロットを通るように押しやる。

本発明の別の特定の実施形態は、軸方向に配設された（回転可能な）ブレード（動翼）の組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、隣接する動翼の組の間に配置された１組の（静止）ブレード（ノズル）を含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、このノズルの少なくとも１つが、内側カバーを含んでおり、第１のシールが、ノズルの内側カバーとロータの表面の間に画定され、内側カバーがさらに、半径方向に面する面と、半径方向に面する面に隣接する軸方向に面する面と、内側カバーの軸方向に面する面及び半径方向に面する面を貫通して延在することで、第１のシールへの流体流れを制御するスロットと、回転構成要素の半径方向端部に形成され、流体流れがスロットを通るように押しやる第２のシールとを含む。

本発明の他の特定の実施形態は、軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションであって、軸方向に配設されたブレードの各々が、ロータ本体に結合したベースセクションと、ベースセクションから半径方向に延在するブレードセクションとを含むロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、この１組のノズルは、ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、ベースセクションに結合したブレードと、ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルと、ロータ本体又は１以上のノズルの半径方向先端セクションの一方から延在する１組の半径方向に延在するシール歯と、ダイアフラムセクションから半径方向に延在する半径方向の段差であって、ターボ機械における流体流れを制御するためにスロットが内部に延在する半径方向の段差とを有する。

本発明のさらに別の特定の実施形態は、軸方向に配設された（回転可能な）ブレード（動翼と呼ばれる）の組を有するロータセクションと、少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、隣接する動翼の組の間に配置された１組の（静止）ブレード（ノズルと呼ばれる）を含むダイアフラムセクションとを有するターボ機械を含んでおり、少なくとも１つの動翼が、外側カバーと、動翼の外側カバーとダイアフラムの内径の間のシールとを含んでおり、外側カバーがさらに、ダイアフラム上の半径方向に延在する段差と係合する少なくとも１つの歯とを含む。種々の実施形態では、ダイアフラム上の半径方向に延在する段差は、内部に軸方向に延在するスロットを有することで第１のシールに進入する流体流れを制御する。

本明細書で使用されるように、用語「軸方向」及び／又は「軸方向に」は、軸Ａに沿った対象物の相対的な位置／方向を指しており、この軸は、ターボ機械（詳細には、ロータセクション）の回転軸にほぼ平行である。さらに本明細書で使用されるように、用語「半径方向」及び／又は「半径方向に」は、軸（ｒ）に沿った対象物の相対的な位置／方向を指しており、この軸は、軸Ａとほぼ直交し、一箇所のみで軸Ａに交差する。付加的に用語「円周方向」及び／又は「円周方向に」は、円周に沿った対象物の相対的な位置／方向を指しており、この円周は、軸Ａを取り囲んでいるが、いかなる場所でも軸Ａと交差しない。

図１に注目すると、ターボ機械（例えば蒸気タービン）の一部の概略断面図が、本発明の種々の実施形態によって示されている。示されるように、ターボ機械２は、軸方向に配設された１組のロータブレード６を備えたロータセクション４を含むことができる。従来技術で知られるように、ロータブレード６（本明細書では動翼とも呼ばれる）は、ターボ機械２における流体流れに応答してロータセクション４と共に回転することができる。ロータブレード（動翼）６は、ロータセクション４の本体１０に結合したベースセクション８（ダブテールセクションとも呼ばれる）を含むことができる。ブレード６はまた、ベースセクション８からターボ機械のダイアフラムセクション１２に向かって半径方向に延在するブレードセクション７を含むことができる。ブレード６の半径方向の一端は、シュラウド９である。指摘したように、ターボ機械２はまた、少なくとも部分的にロータセクション４を取り囲むダイアフラムセクション１２を含むことができる。ダイアフラムセクション１２は、軸方向に配設されたブレード（動翼）６の隣接する組１６の間に配置された１組のノズル１４を含むことができる。１組のノズル１４とブレードの組（動翼）１６の各々の組は、ターボ機械の１つの「段」と呼ばれる。従来技術で知られるように、ターボ機械２の運転中、作用流体（例えば蒸気）が、ダイアフラム（ダイアフラムセクション１２として示される）とロータ（ロータセクション４として示される）の間の空間に進入し、ノズル１４（詳細には、ブレードセクション２２）によってロータブレード（動翼）６（ブレードセクション７）を横切るように誘導され、これによりロータセクション４をダイアフラムセクション１２において回転させる。

ダイアフラムセクション１２内のノズル１４の組は、ダイアフラムセクション１２に結合したベースセクション２０を有する１以上のノズル１８を含む。ノズル１８はさらに、ベースセクション２０に結合したブレード（ノズルブレード）２２を含む。ノズル１８はさらに、半径方向先端セクション（内側カバーとも呼ばれる）２４、及びブレード２２の半径方向端部２６に結合した半径方向先端セクション２４を含む。ロータ本体１０の表面２５から、又は半径方向先端セクション２４の半径方向の内側面から延在し得る半径方向に延在するシール歯３３と協働して、半径方向先端セクション２４とシール歯３３が、ターボ機械２の隣接する段の間に第１のシール３２（軸方向シール、また「シール領域」とも呼ばれる）を形成する。

半径方向先端セクション２４は、軸方向に延在するフランジ２８を含むことができ、このフランジは、内部に延在する（例えば少なくとも一部が半径方向に内部で延在する）スロット（又は穴）３０を含む。軸方向に延在するフランジ２８（スロット３０を含めた）は、流体流れを制御することを目的とし、例えばターボ機械２における流体流れ（例えば蒸気流）の方向を制御する。すなわち、ターボ機械２の運転中、軸方向に延在するフランジ２８（スロット３０を含む）は、ターボ機械２においてシール領域３２に進入する流体におけるスワールを阻止するのを助けることができる。本明細書に記載したように、「スワール」及び／又は「流体スワール」は、同一の回転方向での流体の接線速度成分を指すことができる。

図１はまた、１以上のノズル１８に隣接する軸方向に配設されたブレード６の１つが、フックフランジ３４（例えばフック型フランジ、又は一部が軸方向で一部が半径方向に延在する他の２つの部品からなるフランジであり、これは「エンジェルウィング」フランジと呼ばれる場合がある）を備えたベースセクション８を含むことを示している。示されるように、フックフランジ３４は、１以上のノズル１８に向かって軸方向に延在している。フックフランジ３４は、軸方向に延在するフランジ２８と軸方向に重なることで、（一部が半径方向の）第２のシール３５（第２のシール領域とも呼ばれる）を形成することができ、これは、漏出した流れが、ターボ機械２における一次流路３６と二次流路３８の間のスロット（又は穴）３０を回避するのを阻止するのを助けている。図１に示される実施形態に示されるように、フックフランジ３４が、軸方向に延在するフランジ２８におけるスロット３０と軸方向に重ならないことにより、スロット３０によってなお、そこを通過する流体流れがターボ機械２においてシール領域３２に進入する流体のスワールを軽減させることを可能にする。図１はまた、シール３２が、１組の半径方向に延在するシール歯３３を含み、このシール歯は、一部のケースではロータ本体１０の半径方向外側面２５から半径方向先端セクション（ノズルの内側カバー）２４の半径方向端部に向かって延在する場合、或いは他のケースでは、半径方向先端セクション２４の半径方向内側面から延在する場合がある。いずれのケースにおいても、半径方向に延在するシール歯３３は、ロータ本体１０の外側面２５又は半径方向先端セクション２４の半径方向内側面の一方に結合される。

半径方向に延在するシール歯３３の組が、漏出流体（例えば蒸気）が横断するための蛇行性の経路を形成することで、ターボ機械２の効率を改善させることができる。一部のケースでは、漏出をさらに抑え、ターボ機械の効率を改善させるために、摩耗性材料の１つ又は複数の層３７を半径方向先端セクション（内側カバー）２４の半径方向の内径（表面）上に塗布することで、シール歯３３の先端と半径方向先端セクション２４（内側カバー）の半径方向外側面の間の隙間を縮小し、ロータ摩擦のリスクを緩和させることができる。さらにスロット３０及び第２のシール領域３５によって生じるスワールを軽減させることによって、第１のシール領域３２（隣接するシール歯３３の間）内のシール空洞における不安定な蒸気の力を不安定化させる作用を緩和させ、これによりロータの動的安定性を改善させることができる。

図２は、内部に延在する複数のスロット（又は穴）３０を含む軸方向に延在するフランジ２８の切欠き図を示す。一部のケースでは、スロット３０は、軸方向に延在するフランジ２８を少なくとも部分的に円周方向に貫通して延在する。示されるように、全てのケースにおいて、スロット３０は、軸方向に延在するフランジ２８を完全に半径方向に（ｒ）貫通して延在している。一部のケースでは、スロット３０は、円周方向にずれた開口を有し、そのため半径方向内側の開口４４は、半径方向外側の開口４６から円周方向にずれている（半径方向に整列されない）。示されるようにスロット３０は、一次流路３６から二次流路３８に流体が流れるのを可能にするように設計されており、これは、二次流路３８（又は漏出経路）における流体スワールを阻止するのを助けることができる。

図１のターボ機械２の代替の描写が、図３のターボ機械１０２の概略断面的な描写で示されている。このケースでは、全く同様に番号付けされた要素は、ほぼ同一の構成要素を表している。この描写では、ターボ機械１０２は、ブレード２２の半径方向端部２６に結合した半径方向先端セクション１０４を含んでおり、この場合、半径方向先端セクション１０４は、軸方向フランジ１０８を含んでおり、このフランジは内部に延在する（例えば完全に半径方向に内部で延在する）スロット１１０を有することで、流体流れ（例えば蒸気）の方向を制御する。図１を参照して記載したように、ターボ機械１０２の半径方向先端セクション１０４は、シール歯３３と協働して作用して、第１のシールセクション１３２を形成することができる。シール歯３３は、ロータ本体１０の表面２５から半径方向に延在し、半径方向先端セクション１０４の半径方向内側面と係合することができる。第１のシールセクション１３２は、ターボ機械１０２の段の間の軸方向の二次的な流体の流れを阻止する助けをすることができる。種々の実施形態において、軸方向フランジ１０８、及び詳細にはスロット１１０は、ターボ機械１０２において第１のシール領域１３２に送り込まれる流体流れの方向を制御することができる。種々の実施形態において、軸方向フランジ１０８は、内側密閉面を有し、これは、シール歯３３の組における軸方向の最も外側のシール歯３３Ａと嵌合することで、第２のシール（又は第２のシール領域）１３５を形成する。シール１３２及び１３５の両方の密閉効果は、一部の実施形態では摩耗性コーティング３７によって改善させることができ、これは、半径方向先端セクション１０４上に塗布することができる。スロット１１０は、第１のシール１３２と第２のシール１３５の間に位置決めすることができる。種々の実施形態では、スロット１１０は、１組のシール歯における隣接するシール歯３３の間（例えば軸方向の最も外側のシール歯３３Ａとその隣接するシール歯３３の間）に半径方向に延在する。一部の実施形態において、第２のシール１３５は漏出流体をスロット１１０へと押しやることができ、これにより流体流れの方向を制御し、第１のシール１３２へと導くことができる。一方で第１のシール１３２は、ノズルブレード２２を回避する（例えば蒸気の）漏出流れを低減させることができる。一部のケースでは、図１を参照して示され記載される実施形態とは区別して、ターボ機械１０２の半径方向先端セクション１０４は、ロータ本体１０の表面２５から延在して隣接するシール歯３３の間に延在するスロット１１０を含む。一部のケースでは、スロット１１０は、図２のスロット３０に関して描写されるものと同様の断面を有する場合もある。

図１のターボ機械２及び図３のターボ機械１０２の代替の描写が、図４においてターボ機械２０２の概略断面的な描写で示されている。このケースでは、全く同様に番号付けされた要素は、ほぼ同一の構成要素を表している。この描写では、ターボ機械２０２は、ブレード２２の半径方向端部２６に結合した半径方向先端セクション（ノズルの内側カバーとも呼ばれる）２０４を含んでおり、この場合半径方向先端セクション２０４は、半径方向に面する面２０６と、半径方向に面する面２０６に隣接する軸方向に面する面２０８と、軸方向に面する面２０８と半径方向に面する面２０６を貫通して延在するスロット（又は穴）２１０とを含む。スロット２１０は、ターボ機械２０２における流体流れを制御する目的で使用することができる。一部のケースでは、スロット２１０は、第２のシール２３５の助けを借りて、第１のシール２３２に至る流体流れ方向を制御するために使用することができる。

種々の実施形態において、スロット２１０は、隣接する半径方向に延在するシール歯３３（ロータ本体１０の半径方向外側の壁２５から半径方向に面する面２０６に向かって延在することで、半径方向先端セクション２０４と嵌合する）の間で半径方向に面する面２０６上に開口２１４を含む。図４に示されるように、半径方向に面する面２０６は、多様な段差付きの部分の面で構成されてよい。段差の一部は、軸方向に面している可能性がある。種々の実施形態では、スロット２１０はまた、半径方向先端セクション２０４の軸方向に面する面２０８上の開口２１７と、軸方向に面する段差上の別の開口とを含む。一部のケースでは、軸方向に面する面２０８は、圧縮機の場合のように下流面である。スロットは、スワールを緩和させる、又は漏出流れを主要な流路へと戻すように誘導するために使用することができる。種々の実施形態において、スロット２１０は、半径方向に面する面２０６と軸方向に面する面２０８の間にほぼ対角線上（直線で）に延在する。

図５は、スロット２１０を貫通する半径方向先端セクション２０４の切欠き図を示しており、この図は、半径方向先端セクション２０４を貫通して延在する複数のスロット２１０を示している。一部のケースでは、スロット２１０は、少なくとも部分的に円周方向に半径方向先端セクション２０４を貫通して延在している。示されるように全てのケースにおいて、スロット２１０は、完全に半径方向に（ｒ）半径方向先端セクション２０４を貫通して延在している。一部のケースでは、スロット２１０は、円周方向にずれた開口を有することで、半径方向内側の開口２２０は、半径方向外側の開口２２２と円周方向にずれている（半径方向に整列されない）。

本明細書に記載されるスワール阻止ノズルシールの種々の実施形態は（例えば図５に関して）、動翼先端シールにおいて等しく実装することができる。種々の代替の実施形態では、図６に示されるように、流れを中断する同様の原理をターボ機械３０２の動翼の先端箇所に適用することができる、このようなケースでは、スロット（又は穴）３１０は、静止構成要素３２４から延在する半径方向の段差機構３０８を軸方向に貫通して延びており、この静止構成要素は、ダイアフラム１２と一体式である、或いはダイアフラム１２に設置された部品の場合がある。第１のシール領域３３２が形成され、これはシール歯３３３Ａ、３３３Ｃ（動翼シュラウド９から延在する）と、シール歯３３３Ｂ（ダイアフラム１２の半径方向内向きの面から延在する）とを含む。これらのシール歯３３３Ａ、３３３Ｃ、３３３Ｂが、動翼シュラウド９とダイアフラム１２の間の蛇行性の流路を形成することで漏出を制限する。第２のシール領域３３５もまた形成され、これは動翼シュラウド９からの少なくとも１つの歯３３３Ａと、段差機構３０８上の内側の嵌合面とを含む。第２のシール領域３３５は、漏出流れをスロット３１０を通るように押しやることで、第１のシール３３２への正のスワールを軽減させることができる。

代替として、シール歯３３３Ｂは、図１、図３及び図４に示されるようにブラシシール４０によって置き換えることも可能である。付加的にさらなる摩耗性コーティングを機構３０８（歯３３３Ａに接触する）の内径（半径方向の内側面）に塗布することも可能である。

種々の他の実施形態では、ロータの動的安定性をさらに改善させるために、スロット３１０を、ターボ機械３０２の回転方向に対して円周方向に角度を付けることで、ロータの力学をさらに安定させる負のスワールを生成することができる。

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を記載することのみを目的としており、本開示を限定することは意図されていない。本明細書で使用されるように、単数の形態「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことをはっきりと指摘しない限り、複数の形態も同様に含めることが意図されている。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ(備える)」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ(備えている)」は本明細書で使用される際、記述される機能、整数、ステップ、作用、要素及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ又は複数の他の機能、整数、ステップ、作用、要素、構成要素及び／又はその集合体の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。用語「前方」及び「後方」は、限定することは意図されていないため、適切ならば相互に入れ替え可能であることが意図されることがさらに理解されよう。

この書面による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置又はシステムを作製し利用すること、並びに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、或いはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな相違点を有する等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

２ ターボ機械
４ ロータセクション
６ ロータブレード
７ ブレードセクション
８ ベースセクション
９ シュラウド
１０ ロータ本体
１２ ダイアフラムセクション
１４ ノズル
１６ ブレードの組
１８ ノズル
２０ ノズルのべースセクション
２２ ブレード
２４ 半径方向先端セクション
２５ ロータ本体の表面（半径方向外側の壁）
２６ ブレードの半径方向端部
２８ 軸方向に延在するフランジ
３０ スロット
３２ シール領域
３３ シール歯
３３Ａ 軸方向の最も外側のシール歯
３４ フックフランジ
３５ 第２のシール領域
３６ 一次流路
３７ 摩耗性材料
３８ 二次流路
４０ ブラシシール
４４ 半径方向内側の開口
４６ 半径方向外側の開口
１０２ ターボ機械
１０４ 半径方向先端セクション
１０８ 軸方向フランジ
１１０ スロット
１３２ 第１のシール
１３５ 第２のシール
２０２ ターボ機械
２０４ 半径方向先端セクション
２０６ 半径方向に面する面
２０８ 軸方向に面する面
２１０ スロット
２１４ 開口
２１７ 開口
２２０ 半径方向内側の開口
２２２ 半径方向外側の開口
２３２ 第１のシール
２３５ 第２のシール
３０２ ターボ機械
３０８ 半径方向の段差機構
３１０ スロット
３２４ 静止構成要素
３３２ 第１のシール領域
３３３Ａ、３３３Ｂ、３３３Ｃ シール歯
３３５ 第２のシール領域

Claims (20)

1. 軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、
   少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションと
   を備えるターボ機械であって、前記１組のノズルが、
   ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、
   ベースセクションに結合したブレードと、
   ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、ターボ機械における流体流れを制御するためのスロットが貫通している軸方向に延在するフランジを含む半径方向先端セクションと
   を有する１以上のノズルを含んでいる、ターボ機械。
2. 前記ロータセクションから延在して、半径方向先端セクションと嵌合する半径方向に延在する１組のシール歯をさらに備える、請求項１記載のターボ機械。
3. 前記半径方向先端セクションから延在して、ロータセクションと嵌合する少なくとも１つの半径方向に延在するシール歯をさらに備える、請求項１記載のターボ機械。
4. 前記スロットが、軸方向に延在するフランジを半径方向に完全に貫通する、請求項１記載のターボ機械。
5. １以上のノズルに隣接する軸方向に配設されたブレードの１つがさらに、
   ロータ本体に結合したベースセクションと、
   ベースセクションからダイアフラムセクションに向かって半径方向に延在するブレードセクションと
   を含んでおり、ベースセクションが、１以上のノズルに向かって軸方向に延在するフックフランジを含む、請求項１記載のターボ機械。
6. 前記フックフランジが、軸方向に延在するフランジと軸方向に重なって、部分的に半径方向シールを形成する、請求項５記載のターボ機械。
7. 前記フックフランジが、軸方向に延在するフランジのスロットと軸方向に重ならない、請求項６記載のターボ機械。
8. 前記スロットが、シールセクションを少なくとも部分的に円周方向に貫通して延在する、請求項１記載のターボ機械。
9. 軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションと、
   少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを備えるターボ機械であって、１組のノズルが、
   ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、
   ベースセクションに結合したブレードと、
   ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションであって、半径方向に面する面と、半径方向に面する面に隣接する軸方向に面する面と、ターボ機械における流体流れを制御するため軸方向に面する面及び半径方向に面する面を貫通するスロットとを含む半径方向先端セクションと
   を有する１以上のノズルを含むターボ機械。
10. ロータセクションから半径方向先端セクションの半径方向に面する面に向かって延在する１組の半径方向に延在するシール歯をさらに備える、請求項９記載のターボ機械。
11. 半径方向先端セクションの半径方向に面する面からロータセクションに向かって延在する少なくとも１つの半径方向に延在するシール歯をさらに備える、請求項９記載のターボ機械。
12. スロットが、半径方向に延在するシール歯の組における隣接する半径方向に延在するシール歯の間で半径方向に面する面上に開口を含む、請求項１０記載のターボ機械。
13. 軸方向に面する面が、下流に面する面を含む、請求項９記載のターボ機械。
14. スロットが、半径方向に面する面と軸方向に面する面の間にほぼ対角線上に延在する、請求項９記載のターボ機械。
15. スロットが、軸方向に延在するフランジを少なくとも部分的に円周方向に貫通して延在する、請求項９記載のターボ機械。
16. 軸方向に配設されたブレードの組を有するロータセクションであって、各々の軸方向に配設されたブレードが、
    ロータ本体に結合したベースセクションと、
    ベースセクションから半径方向に延在するブレードセクションとを含むロータセクションと、
    少なくとも部分的にロータセクションを取り囲むダイアフラムセクションであって、軸方向に配設されたブレードの隣接する組の間に配置された１組のノズルを含むダイアフラムセクションとを備えるターボ機械であって、１組のノズルが、
    ダイアフラムセクションに結合したベースセクションと、
    ベースセクションに結合したブレードと、
    ブレードの半径方向端部に結合した半径方向先端セクションとを有する１以上のノズルと、
    ロータ本体又は１以上のノズルの半径方向先端セクションの一方から延在する１組の半径方向に延在するシール歯と、
    ダイアフラムセクションから半径方向に延在する半径方向の段差であって、ターボ機械における流体流れを制御するためにスロットが内部に延在する、半径方向の段差とを含むターボ機械。
17. ロータセクションが、半径方向外側の壁を含み、半径方向に延在するシール歯の組が、半径方向外側の壁の上でロータセクションから延在する、請求項１６記載のターボ機械。
18. ロータセクションが、半径方向外側の壁を含み、半径方向に延在するシール歯の組が、半径方向先端セクションから延在し、ロータの半径方向外側の壁と嵌合する、請求項１６記載のターボ機械。
19. スロットが半径方向の段差を軸方向に少なくとも部分的に貫通して延在する、請求項１６記載のターボ機械。
20. スロットが、半径方向の段差を軸方向に完全に貫通して延在する、請求項１９記載のターボ機械。