JP2516674B2

JP2516674B2 - 蒸気タ―ビンのベル型シ―ル装置

Info

Publication number: JP2516674B2
Application number: JP1033884A
Authority: JP
Inventors: フランク・ジョゼフ・ヘイマン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1988-02-18
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: CA1325029C; US4812105A; JPH01247701A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景 1.発明の分野本発明は、特殊シール装置に関し、特に、例えば発電
用に使用される高圧蒸気タービンの一部を形成するいわ
ゆる椀型もしくはベル型のシール装置に関するものであ
る。

2.先行技術の説明例えば電力事業者によって使用されるような型式の蒸
気タービンは、多年に亙って使用に供されてきており、
発電用としては非常に満足すべきものであると認められ
てきたが、かかる蒸気タービンの多くは、その構造上及
び配列上、特定の領域において面倒なシールもしくは封
止上の問題を提起していた。

高圧段のロータがいわゆる内側シリンダ及び外側シリ
ンダ内に配置されている典型的な蒸気タービンでは、蒸
気は、これ等のシリンダ間を漏洩することなく通過する
必要がある。そのため、非常な高圧、高温及び熱膨張差
に耐える静止シールが要求されるが、同静止シールは、
実質的に液密であり、しかも屡々蒸気流を脈動させる極
端に高速の条件下で安定でなければならない。ベル型シ
ール装置には、使用中に、力学的不安定性、振動及び熱
衝撃が繰り返して作用する。本発明は、この型式のシー
ル装置の改良に向けられている。先行技術によるこのよ
うなベル型シール装置の一例は米国特許第3,907,308号
明細書に開示されている。

更に本発明の背景について述べると、典型的な蒸気タ
ービンは、所定の軸心回りに回転可能に支承されて、い
わゆる内側シリンダ及び外側シリンダによって取り囲ま
れたロータアセンブリ（単にロータともいう）を含んで
いる。内側シリンダは、種々の部品を有するが、特に、
タービンステータの一部を形成する羽根支持リングと、
同内側シリンダの一体部分となるように内側シリンダに
それぞれ溶接された幾つかのノズル室とを有する。外側
シリンダは、高圧蒸気排気口と、多数のいわゆる入口ス
リーブとを有し、各入口スリーブは、内側シリンダ内に
おいて関連のノズル室に対して入子式に内方に延びてい
る。

蒸気は、幾つかの制御弁（図示せず）の各々から、外
側シリンダに一体的に取着された入口スリーブを経て高
圧タービン部に入り、内側シリンダに一体的に取着され
たノズル室内に流入し、次いでノズルと制御段の回転羽
根とを通過する。この時点では、幾つかの平行な入口通
路からの蒸気は、一緒になり、次いで、静止羽根列及び
回転羽根列からなる高圧タービン部の羽根列の残りを通
って流れる。

ベル型シール装置は、入口スリーブとそれが協働する
ノズル室との間に結合部を形成して、それ等の間の相対
運動と不整列もしくは心ずれとを吸収すると同時に、タ
ービン部に入って外側シリンダ及び内側シリンダ間のス
ペースに流入する供給蒸気の漏れがないように封止す
る。このスペースには相当に低圧で蒸気が入っている。

代表的な場合には圧力約168〜245Kg/cm²（2400〜3500
p.s.i.）、温度約538℃（1000゜F）の蒸気である流体流
の性質のため、熱衝撃、熱膨張及び製造上の位置合わせ
公差等の問題があり、これ等の問題により非常に可変性
のシール装置を設けることが必要になる。更に、同シー
ル装置は、脈動する圧力下においても安定性を維持して
いなければならず、また、使用中の振動、摩耗、効果的
な封止係合の喪失に耐えなければならない。

先行技術の多くにおいては、封止に適用する場合、ベ
ル型シール部材が標準として取り扱われてきた。このシ
ール部材の特徴的なベル形もしくはフランジ付き円筒形
のために、該シール部材は、特別の保持ナット部材によ
り、外側シリンダの一部を形成する入口スリーブに対し
て位置決めされ保持されるようになっている。この保持
ナット部材は、適切な整列及び封止作用のために必要な
所定量の“余裕”即ち自由ではあるが制限されている運
動をシール部材に与える。

タービンシリンダの上半部においては、ベル型シール
部材のフランジ部は、保持ナット部材の上方に指向した
肩状表面部分と入口スリーブにある下端封止面とによっ
て保持される。ベル型シール部材のスカート部は、下方
に延びて、ノズル室に形成されたスカート部収容のため
の環状溝内に入る。使用の際には、入口スリーブ通路内
の高圧の作用により、ベル型シール部材が軸方向の上流
側に若干移動して上述した下端封止面の中に入る。スカ
ート部の下縁部は、熱により膨張して、ノズル室の環状
溝に反対方向に指向するように形成された円筒形の封止
面に対してほぼ液密に係合する。

この一般的な構造は、他の全ての面倒な封止設備と同
様に、周知であり且つ殆ど満足しうるものであるが、更
に改良が可能であると考えられる。蒸気タービンが運転
される諸条件のために、同タービンは大きな温度差、苛
酷な圧力勾配及び速い圧力変動にさらされる。これ等の
力によってシール部材の周辺回りに漏れが生じると、圧
力の過渡状態が生じて、整列の乱れや、ノイズや、ガタ
ガタ音を発生させるだけでなく、屡々、シール部材のキ
ャビィティー領域において諸部品に互いに共振運動を生
じさせる。これ等の問題は、特に、その結果生じる振動
によって表面が損傷を受けた場合に、封止事故を促進さ
せることになりうる。ある場合には、振動が非常に激し
くなって大きなノイズを発生させると共に、ベル型シー
ル部材のスカート部やノズル室の壁面の摩耗という結果
になり、最終的には、ベル型シール部材における、或は
入口スリーブ又はノズル室のどこかにおける割れもしく
は亀裂の発生になる。

しかし、残念ながら、このような運動を許容する隙間
を単純に無くすことはできない。ベル型シール部材は、
適切な端面の封止を行うために軸方向に可動であり、整
列もしくは心合わせのために半径方向に可動であり、ま
た、上に述べた大きな温度差及び苛酷な圧力勾配に耐え
る側壁周りの封止を行うために半径方向に膨張可能でな
ければならない。長期間使用した後の保守その他のため
に蒸気タービンを運転停止している間、諸部品は熱的に
弛緩した状態に“収縮”しなければならず、この弛緩状
態によって、内側シリンダ及び外側シリンダを損傷のな
いように互いに取り外すのに十分な隙間が生じる。その
後、これ等のシール部材又はその他の要素を交換した
り、必要に応じて再装着しうる。

このように、先行技術が完全に満足しうるシール部材
を提供していないことから、本発明の一般的な目的は、
そのように改良されたベル型シール装置を提供すること
である。

本発明の別の目的は、案内・位置決め機能をスカート
部に対する壁面の主シール機能から分離して、これ等の
機能の双方をより良く達成し且つ維持することができ
る。特別な大径部及び溝部の配列を有するベル型シール
部材を使用するベル型シール装置を提供することであ
る。

本発明の更に別の目的は、現在使用している材料より
も高価であったり、該材料と一緒に動作するのが困難で
あったりするような材料を使用することなく特性の改良
が可能なシール部材を提供することである。

本発明の他の目的は、製造コストを多少なりとも上昇
させることなく機能の改良が可能なシール部材を提供す
ることである。

また、本発明の他の目的は、ベル型シール部材のフラ
ンジ部の新規な支持構造を備えた保守ナット部材を有す
るベル型シール装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、保持ナット部材とベル型シ
ール部材の組み合わせを提供することであり、この組み
合わせにおいて、保持ナット部材のシール部材支持・位
置決め手段は、その下側フランジ面からフランジ支持面
（上側肩状表面）まで延びる複数のスロットを有してお
り、これ等のスロットが、ベル型シール部材のフランジ
部にかかる圧力を均等化するように改良すると共に、ベ
ル型シール部材を位置決めするのに使用される保持ナッ
ト調節工具の係合面を与える。

更に、本発明の別の目的は、下縁部が大径部及び溝部
の構造からなるラビリンスシール領域と、同ラビリンス
シール領域に近い領域及び下部スカート端部の間を軸方
向に延びる案内大径部及び溝部からなる案内・位置決め
領域とに分けられた下縁部を備えたスカート部を有する
ベル型シール部材を含むと共に、下部スカート端部が、
円周方向の溝部により離間された複数の円周方向に延び
る側壁係合大径部から構成されているシール装置を提供
することである。

本発明のその他の目的は、保持ナット部材及びノズル
室の諸部分がそれ等の間に所望の形状のシールキャビィ
テイーを形成するように形作られていて、入口スリーブ
及びシールキャビィテイーにおける蒸気圧力の変動によ
つて生じる励振を軽減すると共に動的流れを改良するよ
うにした、ベル型シール装置を提供することである。

また、本発明のその他の別の目的は、滑らかな内面
と、使用中のキャビィテイーにおける擾乱を改良するよ
うに滑らかな輪郭をもつ連続した下縁部とを備えた保持
ナット部材を有するベル型シール部材を提供することで
ある。

上述の目的及び利点を達成するために、本発明による
と、半径方向内方に延びるフランジ部を含むベル型シー
ル部材と保持ナット部材とを有する蒸気タービンのベル
型シール装置において、前記ベル型シール部材の前記フ
ランジ部は、上端封止面と、下側フランジ支持面と、前
記フランジ部から垂下すると共に、スカート端面で終端
するスカート下縁部を含む円筒形のスカート部とを有
し、使用中に、前記ベル型シール部材が所定の低温度で
ある時に、隣接して配置され半径方向内方に指向するタ
ービンノズル室の側壁封止面から、作動隙間と同じ程度
だけ僅かに離間するようになっており、且つ前記ノズル
室及び前記ベル型シール部材の温度が上昇した時に、前
記ノズル室の前記側壁封止面との封止係合状態に半径方
向に付勢されるようになっており、前記ベル型シール部
材は、前記上端封止面が関連の入口スリーブにある下端
封止面から若干離れてはいるが前記入口スリーブの前記
下端封止面との端面係合状態の位置に前記ベル型シール
装置内の流体圧力の上昇に応じて可動であるように、軸
方向の動きが制限されている以外は可動に前記保持ナッ
ト部材により位置決めされており、前記保持ナット部材
は、滑らかな円筒形の内径面を有するナット本体部と、
同ナット本体部の上端近くにあって前記保持ナット部材
を対応の入口スリーブの内部に除去可能に取着すること
を許容する取着許容手段と、上側肩状表面及び下側フラ
ンジ面により画定される半径方向のフランジ部の形態を
したシール部材支持・位置決め手段とを含み、前記フラ
ンジ部は、前記上側肩状表面及び前記下側フランジ面の
間に延在する複数のスロットを有していて、複数の流体
通路を画成し、前記流体が前記複数のスロットを通って
流れて前記ベル型シール部材の半径方向の前記フランジ
部に上向きの力を加え、前記ベル型シール部材をその上
端封止面と前記入口スリーブの下端封止面との間の封止
係合位置に偏位させている。

本発明の上述の目的及び利点が実際に達成される仕方
については、添付図面に例示された本発明の好適な実施
例に関する以下の詳細な説明を参照することによって容
易に明らかとなろう。

発明の好適な実施例の説明本発明のシール部材は種々の適用例において使用しう
るが、本発明のシール部材の好適な形態は、同シール部
材が公共事業において慣用的に用いられる形式の高圧蒸
気タービンの内側及び外側シリンダの部分間に延びるも
のとして記載されている。同様に、図面には、ベル型シ
ール部材のスカート部が下方に向き、フランジ部が頂部
にあり、そして蒸気流が頂部から蒸気タービンに入って
外側シリンダから内側シリンダへ下方に流れるものとし
てあるが、これ等の諸部分は任意の方向に位置決めしう
るものである。次の説明においては、従って特許請求の
範囲においても、特別に言及しない限り、“上方”もし
くは“上側”は蒸気流の上流方向に向かって又は面して
配設されていることを意味し、また、“下方”もしくは
“下側”は蒸気流の下流方向に向かって又は面して配設
されていることを意味している。

次に図面を詳細に説明すると、第１図には、高圧蒸気
タービンの一部が符号10により総括的に示されており、
該蒸気タービン10は、その基本的な要素の１つとして、
中心軸線14の回りに回転可能に装着されたロータ12を含
んでいる。該ロータ12は、複数の列となって配設されロ
ータ本体18に取着された複数のロータ羽根16を支持して
いる。

蒸気タービン10の別の基本的な要素は符号20により総
括的に示されたいわゆる外側シリンダであり、該外側シ
リンダ20は符号22で示された内側シリンダに関して同軸
に配設されていて、これ等のシリンダ20、22については
後から詳細に説明する。内側シリンダ22は総括的に符号
24で示されたステータを位置決めし、該ステータ24は、
環状の羽根支持リング26を含むように示されている。同
リングは、当業者にとって周知の態様でロータ12の羽根
16と交互する複数の固定ステータ羽根28を位置決めす
る。また、いわゆる制御段羽根15の列がロータ12に取着
されている。蒸気は、制御段羽根15を通った後、高圧蒸
気タービンの多くの蒸気段を構成する羽根16、28の列を
通る前に、室17からノズル室38を通るように指向され
る。

また、図示のように、内側シリンダ22と外側シリンダ
20との間には、蒸気出口環状室30が形成されている。使
用中には、蒸気は、第１図に矢印で示す方向にステータ
24とロータ12との間を流れ、高圧蒸気を集めるための出
口環状室30への途中で、羽根16、28の列を通って流れ
る。この環状室30を通過した蒸気は出口32の形態の装置
に案内され、この出口32が、当業者にとって周知のよう
に、蒸気を蒸気発生器の再熱部に戻しうる。その後、蒸
気は、蒸気タービンに戻り、中間圧力蒸気タービンと低
圧蒸気タービンとを経て、最終的には凝縮器に排出され
る。

また、第１図は、本発明の概念を実施したベル型シー
ル装置を符号34により総括的に示している。このシール
装置34は、外側シリンダ20の一部を形成する入口スリー
ブ36の適切な部分と、溶接その他の手段により内側シリ
ンダ22に一体的に取着されたノズル室38の部分との間の
効果的な封止を行うために設けられている。本発明のシ
ール部材に厳しい要求がなされるのは、熱膨張及び高圧
蒸気流の存在下におけるこれ等の部分の相対運動のため
である。

特に第２図〜第４図を参照すると、シール装置34自体
が２つの基本的要素、即ち符号40で総括的に示されたベ
ル型シール部材と、符号42で総括的に示された保持ナッ
ト部材とを含むものとして示されている。使用中、保持
ナット部材42は、封止面を与えるために必要であるだけ
でなく、これ等の関連部分間に必ず起こる運動を吸収す
る入口スリーブ36及びノズル室38の特定領域に関して、
ベル型シール部材を位置決めする。この点に関して、本
発明のシール部材は、部分間に繰り返しの回転運動又は
長い往復運動が無い点で、静止シールとして考えうる。
しかし、蒸気タービンを運転するのに必要な内圧に応答
して生ずるベル型シール部材のスカート部の半径方向の
成長とベル型シール部材の軸方向運動とは全体として限
られている。ベル型シール部材においては、この圧力は
確実な封止が形成されることを保証する点で有利であ
る。また、ベル型シール部材は整列のために半径方向に
変位しうる。

図示の好適な構造においては、入口スリーブ36は、流
入蒸気のための主入口通路48を画成するほぼ円筒形の滑
らかな内径面46を備えた主スリーブ本体部44を含んでお
り、流入蒸気は、蒸気タービンの運転中にこの主入口通
路48内を第１図及び第２図における矢印の方向に流れ
る。また、主スリーブ本体部44は、外径面50と、皿穴52
とを含んでおり、該皿穴52は、その上流端にある肩部56
と下流端にある機械加工された底端もしくは下端封止面
58との間に延在するねじ部54により部分的に画成されて
いる。

図示のように、保持ナット部材42を調節固定位置にロ
ックするための手段が雌ねじ切りされた開口60の形態で
設けられており、該開口60は、雄ねじが切られたロック
用締結具62を着脱自在に受け入れる。

ノズル室38について、第２図は、このノズル室38がほ
ぼ円筒形の外径面66と、大径のスリーブ受容面68と、テ
ーパの付いた肩面70と、符号72で総括的に示されたスカ
ート受容環状溝とを有する主本体部60を含むことを示し
ている。また、環状溝72は、外径側壁封止面74と、内径
側壁76と、丸みの付いた底壁78とにより形成されるもの
として図示されている。

これ等の部分はノズル室38内にネック部80を画成す
る。また、ネック部80は面取りされた端面82と最内方の
側壁面84とを含むのが好ましく、これ等の面は蒸気のた
めの入口通路48の連続部分を形成している。従って、第
２図において全体として符号86で総括的に示されたシー
ルキャビィテイーは保持ナット部材42の諸部分とネック
部80との間の近傍のスペースからなっている。

ベル型シール装置の諸部分自体を見ると、このシール
装置34は、半径方向内方に延びるフランジ部92と垂下す
るスカート部94とから形成された本体部90を有して総括
的に符号40で示されたベル型シール部材を含んでいる。

第２図及び第４図に最も良く示すように、フランジ部
92は、入口スリーブの下端封止面58に対峙する関係で配
設された、半径方向に延びる、機械加工済みの上端封止
面96と、軸方向に延びる内径面98と、了解されるよう
に、シール部材40を位置決めすべく係合されるようにな
っている下側フランジ支持面100とを有する。

ベル型シール部材40のスカート部94に関しては、同シ
ール部材40は、符号102で総括的に示されたラビリンス
シール領域と、符号104で総括的に示された案内・耐摩
耗領域とに分割されたスカート下縁部101を含むものと
して示されており、スカート下縁部101はスカート端面1
16で終端している。ラビリンスシール領域102は、円周
方向のシール溝108により分離された複数の円周方向に
延びるシール大径部106を含んでおり、一方、案内・耐
摩耗領域104は、軸方向に延びる複数の溝110を含んでお
り、該溝110間に複数の立ち上がり案内大径部112が形成
されている。好適な実施例においては、軸方向の溝110
は、ラビリンスシール領域102の近くの円周方向の溝で
終端している。この軸方向の溝110は、シール大径部106
の加工を容易にするため或は同シール大径部106に切り
込みが入るのを避けるため、テーパの付いた端部113を
有することができる。

次に、新規なシール装置34の別の要素について述べる
と、保持ナット部材42は、滑らかな内径面118と、スリ
ーブ肩部56に対峙するように、また、ある場合には該ス
リーブ肩部56に係合するように配設された平らな端面
（上端）120とを有する保持ナット本体部117を含むもの
として図示されている。保持ナット部材42は、入口スリ
ーブの皿穴52に形成されたねじ部54と協働するように螺
刻された外径面（取着許容手段）122を含んでいる。

保持ナット部材42の下流部は、シール部材40の下側フ
ランジ支持面100に係合することによって同シール部材4
0のフランジ部92に係合して同フランジ部92を位置決め
するようになっている部分的に歯もしくは刻み目の付い
た上側肩状表面126を有する環状の半径方向支持フラン
ジ部124の形態のシール部材支持・位置決め手段を含ん
でいる。

このフランジ部124には軸方向に延びる複数のスロッ
ト128が形成されていて、該スロット128は、保持ナット
部材42の上側肩状表面126と下側フランジ面130との間に
延在する。下側フランジ面130は、切頭円錐形であるこ
とが好ましく、その後縁131は円周方向に連続してい
て、内径面118の面取りされた縁部132に連なる。

本発明の重要な特徴は、保持ナット部材42にあつてそ
の下側フランジ面130と上側肩状表面126との間でフラン
ジ部124を貫いて延びるスロット128が高圧蒸気のための
複数の流体通路となっていて、シール部材のフランジ部
92にある下側フランジ支持面100に直接作用することで
ある。これにより、入口スリーブの下端封止面58に対し
てシール部材の上端封止面96を着座させるために高圧蒸
気にさらすことができるフランジ面の面積が増加する。

更に、先行技術においては保持ナット部材の半径方向
に延びていた軸方向のスロット128は、２つの主な封止
面58、96の間の隙間もしくは間隙を調節するためにレン
チを位置決めするのに利用されるが、これは付加的な目
的である。

スロット128は保持ナット部材の外径側に設けられて
いるので、保持ナット部材42の下側もしくは後縁部132
は平滑且つ連続になり、この領域の流れに過剰な擾乱を
生じさせるスロットその他の中断部は無い。この特徴
は、保持ナット部材42の下側フランジ面130をノズル室
ネック部80にある面取りされた表面82の角度と実質的に
平行であることが好ましい角度で切頭円錐形に形成する
特徴と組み合わさって、励振及び共振を軽減する傾向の
あるシールキャビィテイーを提供する。

使用のためシール装置を組み立てる場合について述べ
ると、蒸気タービンを組み立てる時に、内側シリンダの
下半部はロータに対して既知の方法で位置決めされ、そ
の後、内側シリンダ22の上半部がステータ羽根及びロー
タ羽根を交互にして下半部の上に位置決めされる。次い
で、内側シリンダ22の上半部を内側シリンダの下半部に
取着する。これは１つ又はそれ以上のノズル室部分をそ
のままにしているが、該ノズル室部分はその後外側シリ
ンダに対して対峙した関係に配置され、それからこれ等
の部分が組み立てられる。しかし、この組み立てが完了
する前に、特に第４図を参照すると分かるように、ベル
型シール部材40は、そのフランジ部92が保持ナット部材
42上に位置決めされて支持され、そして保持ナット部材
及びシール部材全体は、入口スリーブ36の下側もしくは
出口部分に対して第１図及び第２図に示す位置に持ち上
げられる。しかる後、保持ナットのねじ部もしくは螺刻
された外径面122が入口スリーブの本体部44にある対応
の部分54に係合され、シール部材のフランジ部92及び入
口スリーブの本体部44の対峙する面96、58間に予め計算
した隙間（約0.1mmが好ましい）ができるまで、保持ナ
ット部材42が回される。しかる後、ロック用締結具62を
固定して保持ナット部材42が更に回るのを防止する。こ
の時点で、外側シリンダ20は入口スリーブ36及びノズル
室38が整列した状態で内側シリンダ22上方の位置へと案
内されるので、シール部材のスカート部はノズル室本体
部64にある環状部72と整合する。

諸部品が組み立てられると、ノズル室本体部64の内側
封止面74と大径部112、106との間には、極く僅かの作用
空間もしくは高々若干の締まりばめが存在する。外側シ
リンダ20が内側シリンダ22の上方の適切な位置にしっか
り留どまっている時には、ベル型シール装置34は第２図
に示した配列にほぼなる。好適には、重力がシール部品
を下方に引っ張っていれば、第２図に示した0.1mmの自
由な遊びもしくは隙間“C"が図示のように存在する。

蒸気タービンを運転する時には、適当な幾つかの蒸気
弁を操作し、第１図に矢印で示すように高圧蒸気を入口
スリーブにある通路48に流し蒸気タービン10に貫流させ
る。入口通路48の高圧蒸気はシール部材40の周囲を経て
同入口通路から漏洩しようとする。しかし、シール部材
の真下及び半径方向内側の圧力はこの漏洩を防止するよ
うに働く２つの作用を持っている。第１の作用は、ノズ
ル室内側の蒸気圧力がシール部材のフランジ部の半径方
向に延びる下側フランジ支持面100に作用して、同下側
フランジ支持面100を軸方向上方もしくは上流側に押
し、シール本体部90全体を対峙した封止面58、96の液密
係合に向かって上方に付勢することである。シール部材
のスカート部内の蒸気圧力はスカート部94を外方へ湾曲
もしくは変形させようとし、また、この力と、熱膨張と
が組み合わさって、スカート下縁部102にある大径部10
6、112を押し、シール受容環状溝72及び側壁74との液体
の漏れない係合状態にする。

案内大径部112は、同大径部112と溝側壁74との間の最
初の接触の際に、環状溝72に対してベル型シール部材を
センタリング即ち中央に位置決めするのを支援するだけ
でなく、この構造は、良く知られているような付加的利
点をも有するものである。本発明は特定の原理もしくは
理論に基づく動作に限定されるものではないが、案内大
径部及び溝を使用することによりシール部材のスカート
部の機械的センタリングを行うことによって、もっと安
定で効果的な封止が得られるものと考えられる。

スカート部の最下方部分が封止されていた先行技術に
おいては、間欠的な漏洩によって、蒸気が間欠的に通過
することを許容される時に、不規則もしくは不均一なス
カート部の運動、振動及びこれ等の部分の望ましくない
共振さえも生じさせていた。これは、圧力降下及びスカ
ート部の位置決めがシール部材の同一要素もしくは部分
によって制御されるという事実によるものと考えられて
いた。本発明の構成では、これ等の機能は分かれてお
り、軸方向の大径部112及び溝110がスカート部の位置決
めを行い、一方、シール大径部106及びシール溝108が圧
力降下を制御する。漏洩は、もし有っても、間欠的もし
くは急峻な一連の圧力降下というよりは、むしろ比較的
に制御された緩やかな圧力降下としてラビリンスシール
領域に生ずる。

本発明の最後の特徴について述べると、ネック部80の
面取りされた端面82と保持ナット部材42の下側フランジ
面130との間にあるシールキャビィテイー86の諸部分
は、横方向の隙間というよりは、むしろ角度の付いた隙
間を形成するということである。これは、入口通路にお
ける圧力変動の傾向を軽減すること、即ちかかる変動の
値を低減することを図っている。隙間表面の角度は45゜
であることが現在好ましいと考えられているが、他の角
度でもよい。また、保持ナット部材の連続的な後縁132
は僅かな斜面を有するように示されているが、その長さ
及び角度は、通路48内の圧力、速度その他の蒸気状態に
応じて変更しうる。

本発明のシール部材を製作する際に使用される材料及
び関連の蒸気タービン部品の材料について述べると、シ
ール部材は、慎重に制御された熱膨張特性を有する耐熱
衝撃性の合金鋼材料から製作するのが普通である。好適
には、ベル型シール部材の熱膨張係数は、シール部材が
蒸気タービンの使用中の高温で“成長”してより緊密に
封止係合すると共に、除去及び交換のため室温で“収
縮”するように、周囲の部品よりも相対的に大きくなけ
ればならない。しかし、これ等の係数は、蒸気タービン
を運転する高圧蒸気の特徴である538℃（1000゜F）とい
う温度から考えて、特に大きい必要はない。

代表的には、入口スリーブはCr2.25％、W1.0％の含有
量を有する鍛造鋼合金が好ましい。外側シリンダは、Cr
1.25％、W0.5％の含有量を有する合金の鋳造品である。
ベル型シール部材自体は、好ましくは40−47ロックウェ
ル“C"硬度を有するコバルト−クロム−タングステン基
合金であり、かかる材料は、登録商法“ステライト（St
ellite）6"の名前で取引されているものを利用しうる。
この合金は、例えば弁座に使用されるのが典型的であ
り、中程度の硬度、周囲の部品よりも大きい熱膨張、高
温強度及び良好な耐熱衝撃性を有する。

蒸気タービンを運転するためのエネルギーを供給する
のに使用される媒体として蒸気を用いる場合について説
明したが、本発明には、高温空気その他の高温ガスのよ
うな圧力流体を使用する適用例も考えられる。従って、
蒸気その他の流体を説明するために“弾性流体”という
総括的な表現がこの明細書及び特許請求の範囲で屡々使
用されている。

従って、本発明は、上述したような利点及び特徴や本
発明に固有の利点及び特徴を含む幾多の新規な利点及び
特徴を有する新規なシール部材を提供するものである。
一例として本発明のシール部材の好適な形態を上に詳し
く述べたが、本発明の精神や特許請求の範囲から逸脱す
ることなく、その形態の構成を改変することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のベル型シール装置が用いられている
蒸気タービンの主な要素を示す部分垂直断面図、第２図
は、本発明のベル型シール装置の構成を一部断面、一部
立面で示す拡大図、第３図は、第２図の３−３線に沿っ
てベル型シール部材とノズル室の諸部分とを部分的に示
す断面図、第４図は、組み立てる前の入口スリーブ、保
持ナット部材及びベル型シール部材の諸部分を示す分解
斜視図である。 10……蒸気タービン、34……ベル型シール装置 36……入口スリーブ、38……ノズル室 40……ベル型シール部材 42……保持ナット部材 58……入口スリーブの下端封止面 74……ノズル室の側壁封止面 92……ベル型シール部材のフランジ部 94……ベル型シール部材のスカート部 96……フランジ部92の上端封止面 100……フランジ部92の下側フランジ支持面 101……スカート部94のスカート下縁部 102……スカート下縁部のラビリンスシール領域 104……スカート下縁部の案内・耐摩耗領域 106……領域102にあるシール大径部 108……領域102にあるシール溝 110……領域104にある溝 112……領域104にある案内大径部 116……スカート部94のスカート端面 117……保持ナット部材42の本体部 118……本体部117の内径面 120……本体部117の上端（端面） 122……螺刻された外径面（取着許容手段） 124……フランジ部（シール部材支持・位置決め手段） 126……フランジ部124の上側肩状表面 128……フランジ部124にあるスロット 130……フランジ部124の下側フランジ面

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半径方向内方に延びるフランジ部を含むベ
ル型シール部材と保持ナット部材とを有する蒸気タービ
ンのベル型シール装置であって、前記ベル型シール部材
の前記フランジ部は、上端封止面と、下側フランジ支持
面と、前記フランジ部から垂下すると共に、スカート端
面で終端するスカート下縁部を含む円筒形のスカート部
とを有し、使用中に、前記ベル型シール部材が所定の低
温度である時に、隣接して配置され半径方向内方に指向
するタービンノズル室の側壁封止面から、作動隙間と同
じ程度だけ僅かに離間するようになっており、且つ前記
ノズル室及び前記ベル型シール部材の温度が上昇した時
に、前記ノズル室の前記側壁封止面との封止係合状態に
半径方向に付勢されるようになっており、前記ベル型シ
ール部材は、前記上端封止面が関連の入口スリーブにあ
る下端封止面から若干離れてはいるが前記入口スリーブ
の前記下端封止面との端面係合状態の位置に前記ベル型
シール装置内の流体圧力の上昇に応じて可動であるよう
に、軸方向の動きが制限されている以外は可動に前記保
持ナット部材により位置決めされており、前記保持ナッ
ト部材は、滑らかな円筒形の内径面を有するナット本体
部と、同ナット本体部の上端近くにあって前記保持ナッ
ト部材を対応の入口スリーブの内部に除去可能に取着す
ることを許容する取着許容手段と、上側肩状表面及び下
側フランジ面により画定される半径方向のフランジ部の
形態をしたシール部材支持・位置決め手段とを含み、前
記フランジ部は、前記上側肩状表面及び前記下側フラン
ジ面の間に延在する複数のスロットを有していて、複数
の流体通路を画成し、前記流体が前記複数のスロットを
通って流れて前記ベル型シール部材の半径方向の前記フ
ランジ部に上向きの力を加え、前記ベル型シール部材を
その上端封止面と前記入口スリーブの下端封止面との間
の封止係合位置に偏位させている、蒸気タービンのベル
型シール装置。