JP2015108372A - シール構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧蒸気空間と隣り合う低圧蒸気空間との間に形成された環状の間隙を密閉するためのシール構造体を提供する。【解決手段】シール構造体は環状の間隙１４が２つのケーシング１０，１１の間に形成されケーシングが２つの半体に分割されシール構造体のシール要素が分割された環状に形成され２つのケーシングの間において延在しラジアル方向端部領域のラジアル方向端部領域により環状の受容溝に係止されシール構造体が分割されたリングを有しリングの第１の周面が環状の間隙１４の領域で一つのケーシングに取り付けリングの反対側の第２の周面が環状の受容溝を備えるか環状のシール要素と一体化する。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧蒸気空間と隣り合う低圧蒸気空間との間に形成された環状の間隙を密閉するためのシール構造体であって、間隙が、２つのタービンケーシングの間に形成されており、タービンケーシングそれぞれが、２つのケーシング半体に分割されており、シール構造体が、分割された環状の形態で形成されており、意図された状態において、２つのタービンケーシングの間において延在しており、少なくとも１つのラジアル方向端部領域によって環状の受容溝に係止されている、シール構造体に関する。さらに、本発明は、それぞれが２つのケーシング半体に分割されている少なくとも２つのタービンケーシングを有しているタービンであって、タービンが、高圧蒸気空間及び低圧蒸気空間を２つのケーシング半体の間に形成しており、高圧蒸気空間及び低圧蒸気空間が、タービンケーシング同士の間に形成された環状の間隙によって互いから分離されている、タービンに、並びに、上述のタイプの摩耗したシール構造体を修理するための方法に関する。

蒸気タービンでは、一般に環状のシール要素が、２つの相互に隣り合う蒸気空間の間に形成された環状の間隙を密閉するために利用され、間隙は、２つのタービンケーシングの間に形成されており、タービンケーシングは、２つのケーシング半体に分割されている。シール要素は、一般に、Ｉ字状の断面を有しており、取付可能なように２つの部品に分割されている。意図された配置状態において、環状のシール要素の相互に対して反対側に位置するラジアル方向端部領域が、タービンケーシング又はそのケーシング半体に且つ互いに対して反対側に形成された環状の受容溝に係止されている。タービンが動作している場合に、シール要素は、蒸気による浸食及び機械的負荷に起因して摩耗する。シール要素の修理は経済的観点から不可能であるので、その結果として、シール要素の交換が必要とされる。環状の受容溝の修繕は、想到の労力とそれに伴う高いコストを含んでいる。このような労力を低減させることは困難である。修理を必要とする箇所をある程度の精度で予め決定することができないからである。侵食に起因する摩耗の進行を遅くするための既知の方法としては、適切な材料を選定することが挙げられる。しかしながら、このことは、非常に高いコストを要する。

このような従来技術を踏まえて、本発明の目的は、代替的な構成を有しており、製造コストが安く、問題なく点検可能な導入部で述べたタイプのシール構造体を提供することである。

当該目的を達成させるために、本発明は、導入部で述べたタイプのシール構造体を提供する。当該シール構造体は、少なくとも１つの分割されたリングを有しており、リングの第１の周面は、意図された状態において、環状の間隙の領域において一方のタービンケーシングに取り外し可能に取り付けられており、リングの反対側の第２の周面は、環状の受容溝を備えているか、又はラジアル方向に突出している環状のシール要素と一体化されていることを特徴とする。本発明におけるシール構造体の主な利点は、例えば１０００００運転時間後の大規模な検査の際に、シール要素のみならず、少なくとも１つの分割されたリングの全体を交換することができることである。従って、点検、摩耗の評価、及び面倒な再生作業を処理することができる。さらに、目標を絞った計画的且つ低コストの交換を実現可能であり、必要とされる支出及び故障時間に関する信頼性についての計画に有益である。

本発明における第１の実施形態では、シール構造体が、第１のリングであって、第１のリングの第１の周面が、意図された状態において、環状の間隙の領域においてタービンケーシングのうち一方のタービンケーシングに取り外し可能に取り付けられており、第１のリングの第２の周面が、環状の受容溝を備えている、第１のリングと、第２のリングであって、第２のリングの第１の周面が、意図された状態において、環状の間隙の領域且つ第１のリングの反対側においてタービンケーシングのうち他方のタービンケーシングに取り外し可能に取り付けられており、第２のリングの第２の周面が、環状の受容溝を備えている、第２のリングと、を備えており、シール要素が、別体の部品として形成されており、意図された状態において、第１のリング及び第２のリングの両方の環状の受容溝に係止されている。言い換えれば、当該実施形態では、シール構造体は、タービンケーシングに取り付けられるようになっていると共に環状の受容溝を形成している、２つの分割されたリングを具備する３つの部品から成る構成体と、意図された配置状態において受容溝の両方に係止されている別体の構成部品として形成されているシール要素とを備えている。

本発明における第２の実施形態では、シール構造体が、第１のリングであって、第１のリングの第１の周面が、意図された状態において、環状の間隙の領域においてタービンケーシングのうち一方のタービンケーシングに取り外し可能に取り付けられており、第１のリングの反対側の第２の周面が、環状の受容溝を備えている、第１のリングと、第２のリングであって、第２のリングの第１の周面が、意図された状態において、環状の間隙の領域においてタービンケーシングのうち他方のタービンケーシングに取り外し可能に取り付けられており、第２のリングの反対側の第２の周面が、ラジアル方向に突出している環状のシール要素を具備して形成されている、第２のリングとを備えており、シール要素が、第２のリングと一体に形成されており、意図された状態において、第１のリング環状の受容溝に係止されている。従って、当該第２の実施例では、シール構造体は、２つの分割された構成部品のみを備えており、すなわち、ラジアル方向に突出している一体構造のシール要素を具備する第１のリングと、意図された状態においてシール要素が係止される環状の受容溝を形成している第２のリングとを備えている。

好ましくは、１つ以上のリングが、例えば鋼から作られているので、鋼要素とされる。点検の場合に構成部品それぞれが容易に新しい構成部品に交換可能とされるので、これにより、例えばＰ２６５ＧＨや１６Ｍｏ３のようなコスト効果に優れた材料を利用することができ、その結果として、本発明におけるシール構造体をコスト効果に優れた構成とすることができる。

本発明の一の実施例では、シール要素は、その自由端の領域に、丸められると共に拡幅された端部を有しており、当該端部は、意図された状態において、関連する環状の受容溝に係止されている。このような丸めによって、関連する環状の受容溝に対してシール要素を良好に装着することができる。シール要素は、別体の構成部品であり、対応して形成された端部が、シール要素の自由端の両方に設けられていることは言うまでもない。

本発明における一の実施例では、当該端部は、略楕円状の断面を有している。このような形状により、特に良好な結果が得られる。

導入部で述べた目的を達成するために、本発明は、タービンの高圧蒸気空間と隣り合う低圧蒸気空間との間に形成された環状の間隙を密閉するための、本発明におけるシール構造体の利用であって、環状の間隙が、タービンの２つのタービンケーシングの間に形成されており、タービンケーシングそれぞれが、２つのケーシング半体に分割されている、利用にも関する。

さらに、導入部で述べた目的を達成するために、本発明は、それぞれが２つのケーシング半体に分割されている少なくとも２つのタービンケーシングを有しているタービンにおいて、タービンが、高圧蒸気空間及び低圧蒸気空間を２つのケーシング半体の間に形成しており、高圧蒸気空間及び低圧蒸気空間が、タービンケーシング同士の間に形成された環状の間隙によって、互いから分離されており、環状の間隙が、本発明におけるシール構造体によって密閉されている、タービンに関する。

本発明における一の実施例では、タービンは低圧タービンである。

さらに、本発明は、本発明におけるタービンの摩耗したシール構造体を修理するための方法であって、特にタービンの大規模点検において摩耗した前記シール構造体を新しいシール構造体に完全に交換する方法に関する。

本発明のさらなる特徴及び利点については、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態に関する以下の説明を精査することによって明らかとなる。

低圧タービンの縦断面図である。 図１の参照符号ＩＩが付された領域の拡大図であって、本発明におけるシール構造体の第１の実施形態を表わす。 図１の参照符号ＩＩが付された領域の拡大図であって、本発明におけるシール構造体の第２の実施形態を表わす。 図１の参照符号ＩＩが付された領域の拡大図であって、本発明におけるシール構造体の第３の実施形態を表わす。 図１の参照符号ＩＩが付された領域の拡大図であって、本発明におけるシール構造体の第４の実施形態を表わす。

以下において、同一の参照符号は、同一の又は類似する構成部材に関連する。

図１は、タービン１、具体的には低圧蒸気タービンを表わす。タービン１は、ブレード２を具備すると共に対応する軸受４，５によってその自由端に取り付けられている、ロータ３を備えている。タービン１が動作している場合には、蒸気が、矢印６の方向において入口７を通じてロータ３のブレード翼列の内部に向かって流入し、さらには出口８を通じて流出する。タービン１は、外部ケーシング９によって囲まれている。内部外側ケーシング１０と内部内側ケーシング１１とが、それぞれ２つのケーシング半体に、当該実施例では上側ケーシング半体及び下側ケーシング半体に分割されており、外部ケーシング９の内側に設けられている。内部外側ケーシング１０と内部内側ケーシング１１とは、内部外側ケーシング１０と内部内側ケーシング１１との間に高圧蒸気空間１２及び低圧蒸気空間１３を形成しており、高圧蒸気空間１２及び低圧蒸気空間１３は、内部外側ケーシング１０と内部内側ケーシング１１との間に位置する環状の間隙１４によって互いから分離されている。環状の間隙１４は、図２〜図５を参照して以下に詳述する本発明におけるシール構造体によって密閉されている。

図２は、本発明の第１の実施形態におけるシール構造体１５を表わす。シール構造体１５は、分割された第１のリング１６を備えており、第１のリング１６の外周面１７は、環状の間隙１４の領域において内部外側ケーシング１０に取り外し可能に取り付けられており、第１のリング１６の反対側の内周面１６は、環状の受容溝１９を備えている。さらに、シール構造体１５は、第１のリング１６の反対側に位置している、分割された第２のリング２０を備えており、第２のリング２０の内周面２１は、環状の間隙１４の領域において内部内側ケーシング１１に取り外し可能に取り付けられており、第２のリング２０の反対側の外周面２２は、環状の受容溝２３を備えている。さらには、第１のリング１６の受容溝１９と第２のリング２０の受容溝２３とが、ラジアル方向において互いに対して反対側に配置されている。シール構造体１５は、第３の構成部品として、別体の構成部品として形成されている分割された環状のシール要素２４を備えている。シール要素２４は、略Ｉ字状の断面を有しており、当該断面の２つの自由端に、丸められていると共に拡幅された端部２５を備えている。端部２５は、略楕円状の断面を有している。シール要素２４は、その端部２５を介して、第１のリング１６及び第２のリング２０それぞれに形成された受容溝１９，２３内に係止されている。

図３は、本発明のさらなる実施形態におけるシール構造体２６を表わす。シール構造体２６は、分割された第１のリング２７を備えており、第１のリング２７は、金属から作られている。第１のリング２７の外周面２８は、環状の間隙１４の領域において内部外側ケーシング１０に取り外し可能に取り付けられており、第１のリング２７の反対側の内周面２９は、環状の受容溝３０を備えている。さらに、シール構造体２６は、分割された第２のリング３１を備えており、第２のリング３１も、金属から作られている。第２のリング３１の内周面３２は、第１のリング２７の反対側において内部内側ケーシング１１に取り外し可能に取り付けられており、第２のリング３１の反対側の外周面３３は、環状の受容溝３４を備えている。第１のリング２７及び第２のリング３１の受容溝３０，３４が、互いに対してラジアル方向の反対側に配置されている。図３に表わすように、第１のリング２７と第２のリング３１とはそれぞれ、内部外側ケーシング１０の環状の凹所３５と内部内側ケーシング１１の環状の凹所３６とに受容されているので、内部外側ケーシング１０及び内部内側ケーシング１１のラジアル方向に突出している突出部３７，３８が、環状の凹所３５，３６によって形成されており、第１のリング２７及び第２のリング３１についてのアキシアル方向ストッパを形成している。これにより、第１のリング２７及び第２のリング３１は、改善された態様で内部外側ケーシング１０及び内部内側ケーシング１１に確実に保持される。より具体的には、第１のリング２７及び第２のリング３１それぞれが、サポートストリップ３９，４０と、アキシアル方向において突出部３７，３８に向かって環状の肩部として突出していると共にラジアル方向において互いから離隔配置されているシールストリップ４１，４２とを備えている。第１のリング２７及び第２のリング３１は、例えば取付用ネジによって、環状の凹所３５，３６それぞれに取り付け可能とされる。取付ネジは、第１のリング２７及び第２のリング３１の周に沿って分配配置されており、第１のリング２７及び第２のリング３１を通じてサポートストリップ３９，４０とシールストリップ４１，４２との間においてアキシアル方向に延在しており、突出部３７，３８の対応するネジ付ボア（図示しない）にねじ込まれている。また、第２の実施形態におけるシール構造体２６は、図２に表わす第１の実施形態におけるシール要素に実質的に対応して構成されているシール要素を有している。このために、当該シール要素には参照符号２４が付されており、改めて説明することはしない。シール要素２４は、自身の端部２５において、第１のリング２７の受容溝３０と第２のリング３１の受容溝３４とで係止されている。

図４は、本発明の第３の実施形態におけるシール構造体４３を表わす。シール構造体４３は、分割されたリング４４を備えており、リング４４の内周面４５は、環状の間隙１４の領域において、内部内側ケーシング１１に取り外し可能に取り付けられており、環状のシール要素４７は、リング４４と一体に形成されており、リング４４の反対側の外周面４６からラジアル方向に突出している。シール要素４７は、その自由端の領域において、丸められていると共に拡幅された端部４８を有している。端部４８は、略楕円状の断面を有している。さらに、シール構造体４３は、シール要素４７の端部４８が係合する受容溝４９を備えており、当該実施形態では、受容溝４９は、内部外側ケーシング１０に形成されている。

図５は、本発明の第４の実施形態におけるシール構造体５０を表わす。シール構造体５０は、分割された第１のリング５１を備えており、第１のリング５１の外周面５２は、環状の間隙１４の領域において、内部外側ケーシング１０に取り外し可能に取り付けられており、第１のリング５１の反対側の内周面５３が、環状の受容溝５４を備えている。さらに、シール構造体５０は、分割された第２のリング５５を備えており、第２のリング５５の内周面５６は、内部内側ケーシング１１に取り外し可能に取り付けられており、環状のシール要素５８は、第２のリング５５の外周面５７からアジアる方向に突出しており、第２のリング５５と一体に形成されている。シール要素５８は、その自由端において、丸められていると共に拡幅された端部５９を有しており、端部５９は、楕円状の断面を有しており、第１のリング５１の受容溝５４に係止されている。

好ましくは、上述の４つの実施形態におけるすべてのリング及びシール要素はそれぞれ、中央から２つの部品に分割されており、鋼から作られている。関連する内部ケーシングに対するリングそれぞれの取り外し可能な取付は、締まり嵌め、取付用ネジ、又はこれらに類する物によって実現される。言うまでもなく、図２〜図５それぞれが、図１の符号ＩＩによって示される領域のみに関連する場合であっても、タービン１の他の環状の間隙も、対応する本発明におけるシール構造体によって密閉されている。

本発明におけるシール構造体１５，２６，４３，５０に関連する本質的な利点は、分解修理の際に、当該シール構造体の構成部品を新しい構成部品に選択された実施形態に従って部分的に又は全体的に交換することができるので、シール構造体を部分的又は全体的に点検、評価、及び修理することができる。従って、コストが低減される。さらに、構成部品の交換は、構成部品の点検及び修理と比較して、支出及び停止時間に関する計画についての信頼性において有益である。

本発明について、好ましい典型的な実施形態によって詳細に図解及び説明したが、本発明は、開示された実施例によって制限される訳ではなく、当業者であれば、本発明の保護範囲から逸脱することなく、本出願から他の変形例を想到することができる。

１ タービン
２ ブレード
３ ロータ
４ 軸受
５ 軸受
６ 矢印
７ 入口
８ 出口
９ 外部ケーシング
１０ 内部外側ケーシング
１１ 内部内側ケーシング
１２ 高圧蒸気空間
１３ 低圧蒸気空間
１４ 環状の間隙
１５ シール構造体
１６ 第１のリング
１７ （第１のリング１６の）外周面
１８ （第１のリング１６の）内周面
１９ （第１のリング１６の）受容溝
２０ 第２のリング
２１ （第２のリング２０の）内周面
２２ （第２のリング２０の）外周面
２３ （第２のリング２０の）受容溝
２４ シール要素
２５ （シール要素２４の）端部
２６ シール構造体
２７ 第１のリング
２８ （第１のリング２７の）外周面
２９ （第１のリング２７の）内周面
３０ （第１のリング２７の）受容溝
３１ 第２のリング
３２ （第２のリング３１の）内周面
３３ （第２のリング３１の）外周面
３４ （第２のリング３１の）受容溝
３５ （内部外側ケーシング１０の）環状の凹所
３６ （内部内側ケーシング１１の）環状の凹所
３７ （内部外側ケーシング１０の）突出部
３８ （内部内側ケーシング１１の）突出部
３９ サポートストリップ
４０ サポートストリップ
４１ シールストリップ
４２ シールストリップ
４３ シール構造体
４４ リング
４５ （リング４４の）内周面
４６ （リング４４の）外周面
４７ シール要素
４８ （シール要素４７の）端部
４９ （内部外側ケーシング１０の）受容溝
５０ シール構造体
５１ 第１のリング
５２ （第１のリング５１の）外周面
５３ （第１のリング５１の）内周面
５４ （第１のリング５１の）受容溝
５５ 第２のリング
５６ （第２のリング５５の）内周面
５７ （第２のリング５５の）外周面
５８ シール要素
５９ （シール要素５８の）端部

Claims (11)

1. 高圧蒸気空間（１２）と隣り合う低圧蒸気空間（１３）との間に形成された環状の間隙（１４）を密閉するためのシール構造体（１５；２６；４３；５０）であって、
   前記環状の間隙（１４）が、２つのタービンケーシング（１０，１１）の間に形成されており、前記タービンケーシング（１０，１１）それぞれが、２つのケーシング半体に分割されており、
   前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）が、シール要素（２４；４７；５８）を有しており、前記シール要素（２４；４７；５８）が、分割された環状の態様で形成されており、意図された状態で２つの前記タービンケーシング（１０，１１）の間において延在しており、前記シール要素（２４；４７；５８）のラジアル方向端部領域のうち少なくとも１つのラジアル方向端部領域によって、環状の受容溝（９，２３；３０，３４；４９；５４）に係止されている、前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）において、
   前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）が、少なくとも１つの分割されたリング（１６，２０；２７，３１；４４；５１；５５）を有しており、前記リングの第１の周面（１７，２１；２８，３２；４２；４９，５３）が、意図された状態で前記環状の間隙（１４）の領域において前記タービンケーシング（１０，１１）のうち一のタービンケーシングに取り外し可能に取り付けられており、前記リングの反対側の第２の周面（１８，２２；２９，３３；４３；５３，５７）が、前記環状の受容溝（１９，２３；３０，３４；４９；５４）を備えているか、又はラジアル方向に突出している環状のシール要素（４４；５８）と一体化されていることを特徴とするシール構造体。
2. 前記シール構造体（１５；２６）が、
   第１のリング（１６；２７）であって、
   前記第１のリング（１６；２７）の第１の周面（１７；２８）が、意図された状態において、前記環状の間隙（１４）の領域において前記タービンケーシングのうち一方のタービンケーシング（１０）に取り外し可能に取り付けられており、前記第１のリング（１６；２７）の第２の周面（１８；２９）が、前記環状の受容溝（１９；３０）を備えている、前記第１のリング（１６；２７）と、
   第２のリング（２０；３１）であって、
   前記第２のリング（２０；３１）の第１の周面（２１；３２）が、意図された状態において、前記環状の間隙（１４）の領域において前記第１のリング（１６；２７）に対向して前記タービンケーシングのうち他方のタービンケーシング（１１）に取り外し可能に取り付けられており、前記第２のリング（２０；３１）の第２の周面（２２；３３）が、前記環状の受容溝（１９；３０）を備えている、前記第２のリング（２０；３１）と、
   を備えており、
   前記シール要素（２４）が、別体の部品として形成されており、意図された状態において、前記第１のリング及び前記第２のリング（１６，２０；２７，３１）の両方の前記環状の受容溝（１９；３０）に係止されていることを特徴とする請求項１に記載のシール構造体。
3. 前記シール構造体（５０）が、
   第１のリング（５１）であって、
   前記第１のリング（５１）の第１の周面（５２）が、意図された状態において、前記環状の間隙（１４）の領域において前記タービンケーシングのうち一方のタービンケーシング（１０）に取り外し可能に取り付けられており、前記第１のリング（５１）の反対側の第２の周面（５３）が、前記環状の受容溝（５４）を備えている、前記第１のリング（５１）と、
   第２のリング（５５）であって、
   前記第２のリング（５５）の第１の周面（５６）が、意図された状態において、前記環状の間隙（１４）の領域において前記第１のリング（５１）に対向して前記タービンケーシングのうち他方のタービンケーシング（１１）に取り外し可能に取り付けられており、前記第２のリング（５５）の反対側の第２の周面（５７）が、ラジアル方向に突出している環状のシール要素（５８）と共に形成されている、前記第２のリング（５５）と、
   を備えており、
   前記シール要素（５８）が、前記第２のリング（５５）と一体に形成されており、意図された状態において、前記第１のリング（５１）の前記環状の受容溝（５４）に係止されていることを特徴とする請求項１に記載のシール構造体。
4. 前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）において、少なくとも１つのリング（１６，２０；２７，３１；４４；５１，５５）が、鋼から作られていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール構造体。
5. 前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）において、前記シール要素（２４；４７；５８）が、鋼から作られていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシール構造体。
6. 前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）において、前記シール要素（２４；４７；５８）が、前記シール要素（２４；４７；５８）の自由端の領域において、丸められていると共に拡幅された端部（２５；４８；５９）を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシール構造体。
7. 前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）において、前記端部（２５；４８；５９）が、略楕円状の断面を有していることを特徴とする請求項６に記載のシール構造体。
8. タービン（１）の高圧蒸気空間（１２）と隣り合う低圧蒸気空間（１３）との間に形成された環状の間隙（１４）を密閉するための、請求項１〜７のいずれか一項に記載の前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）の利用において、
   前記環状の間隙（１４）が、前記タービン（１）の２つの前記タービンケーシング（１０，１１）の間に形成されており、
   前記タービンケーシング（１０，１１）それぞれが、２つのケーシング半体に分割されていることを特徴とする利用。
9. それぞれが２つのケーシング半体に分割されている少なくとも２つのタービンケーシング（１０，１１）を有しているタービン（１）において、
   前記タービン（１）が、高圧蒸気空間（１２）及び低圧蒸気空間（１３）を２つの前記ケーシング半体の間に形成しており、
   前記高圧蒸気空間（１２）及び前記低圧蒸気空間（１３）が、前記タービンケーシング（１０，１１）同士の間に形成された環状の間隙（１４）によって、互いから分離されており、
   前記環状の間隙（１４）が、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシール構造体（１５；２６；４３；５０）によって密閉されていることを特徴とするタービン。
10. 前記タービン（１）が、低圧タービンであることを特徴とする請求項９に記載のタービン。
11. 請求項９又は１０に記載のタービン（１）の摩耗したシール構造体（１５；２６；４３；５０）を修理するための方法において、
    摩耗した前記シール構造体（１５；２６；４３；５０）が、新しいシール構造体（１５；２６；４３；５０）に完全に交換されることを特徴とする方法。

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