JP3185148B2 - タービンシールの漏れを最小にするための方法と装置 - Google Patents
タービンシールの漏れを最小にするための方法と装置Info
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- JP3185148B2 JP3185148B2 JP54007497A JP54007497A JP3185148B2 JP 3185148 B2 JP3185148 B2 JP 3185148B2 JP 54007497 A JP54007497 A JP 54007497A JP 54007497 A JP54007497 A JP 54007497A JP 3185148 B2 JP3185148 B2 JP 3185148B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明の分野は、タービンシールである。本発明は、
タービンシールの流体の漏れ経路による作動流体の漏れ
を最小にする問題に取り組むために開発された。
タービンシールの流体の漏れ経路による作動流体の漏れ
を最小にする問題に取り組むために開発された。
発明の背景 タービンは、作用力に反応して回転する回転部材で特
徴づけられる周知のエネルギ変換装置である。通常この
力は、ロータから径方向に延びる一連のブレード列に過
熱蒸気のような高圧作動流体を送ることによって発生す
る。タービンの効率は、作動流体エネルギの回転部材の
回転への変換を最大化する能力に依存する。したがっ
て、作動流体をタービン内の作動空間に閉じ込めるため
に、回転部材の周囲にシール装置が使用される。
徴づけられる周知のエネルギ変換装置である。通常この
力は、ロータから径方向に延びる一連のブレード列に過
熱蒸気のような高圧作動流体を送ることによって発生す
る。タービンの効率は、作動流体エネルギの回転部材の
回転への変換を最大化する能力に依存する。したがっ
て、作動流体をタービン内の作動空間に閉じ込めるため
に、回転部材の周囲にシール装置が使用される。
タービンで使用されるシール装置は、蒸気シール、グ
ランドシール、ラビリンスシール、蒸気パッキン、ダイ
ヤフラムパッキン、及び圧力パッキンといった様々なも
のが知られている。これらのシールの基本的な構成要素
は、シールリングである。シールリングは、通常、複数
のアーチ状のシールリングセグメントからなるリング状
構造である。シールリングは、回転部材を取り囲み、そ
して、回転部材とタービンケーシング、または別の包囲
構造部との間の空間を占める。
ランドシール、ラビリンスシール、蒸気パッキン、ダイ
ヤフラムパッキン、及び圧力パッキンといった様々なも
のが知られている。これらのシールの基本的な構成要素
は、シールリングである。シールリングは、通常、複数
のアーチ状のシールリングセグメントからなるリング状
構造である。シールリングは、回転部材を取り囲み、そ
して、回転部材とタービンケーシング、または別の包囲
構造部との間の空間を占める。
タービンをシールする代表的なシールリングセグメン
トが、図1aの断面図に示されている。シールリングセグ
メント２は、支持構造部１の相補的なスロットによって
支持される基部３を備える。支持構造部は、タービンケ
ーシング、またはタービンの回転部材を囲む別の構造
部、またはタービンの回転部材の一部分である。タービ
ンケーシング、または別の包囲構造によって支持される
シールリングの場合、歯部４は、基部３から径方向の内
側に、タービンの回転部材６の径方向の外側面７に向か
って延びる。回転部材は、タービンのロータ、またはロ
ータから径方向の外側に向かって延びるブレード列を取
り囲むバンド、または別の回転部分でもよい。間隔Ｃを
有する径方向の間隙は、歯部４の縁部５と回転部材６の
表面７とを分離して、その間の接触を防止する。
トが、図1aの断面図に示されている。シールリングセグ
メント２は、支持構造部１の相補的なスロットによって
支持される基部３を備える。支持構造部は、タービンケ
ーシング、またはタービンの回転部材を囲む別の構造
部、またはタービンの回転部材の一部分である。タービ
ンケーシング、または別の包囲構造によって支持される
シールリングの場合、歯部４は、基部３から径方向の内
側に、タービンの回転部材６の径方向の外側面７に向か
って延びる。回転部材は、タービンのロータ、またはロ
ータから径方向の外側に向かって延びるブレード列を取
り囲むバンド、または別の回転部分でもよい。間隔Ｃを
有する径方向の間隙は、歯部４の縁部５と回転部材６の
表面７とを分離して、その間の接触を防止する。
シールを通って流体が流れると思われる経路は、漏れ
経路として知られている。図１に図示した構造では、漏
れ経路の作動流体は、歯部４の縁部５と回転部材６の表
面７との間の空間を通って漏れる傾向がある。シールに
向かって流れる作動流体は、ほぼラインＦによって示さ
れる方向の運動成分を有し、そして、さらにシールリン
グに対して相対的な回転運動成分を有する。シールの歯
部を通過する流体は、ほぼフローラインＴでで示された
経路に沿った運動を起こす絞り効果を受ける。シール上
流側のタービン部の作動圧力P1を仮定すると、シールを
通過した流体の圧力P2は、P1よりも小さくなる。
経路として知られている。図１に図示した構造では、漏
れ経路の作動流体は、歯部４の縁部５と回転部材６の表
面７との間の空間を通って漏れる傾向がある。シールに
向かって流れる作動流体は、ほぼラインＦによって示さ
れる方向の運動成分を有し、そして、さらにシールリン
グに対して相対的な回転運動成分を有する。シールの歯
部を通過する流体は、ほぼフローラインＴでで示された
経路に沿った運動を起こす絞り効果を受ける。シール上
流側のタービン部の作動圧力P1を仮定すると、シールを
通過した流体の圧力P2は、P1よりも小さくなる。
シールリングの別の形状もまた周知である。図1bは、
フック形状の基部３が支持構造部１の相補的なスロット
によって支持されている別のシールリング２を示す。基
部３に差し込まれたコーキングストリップ11は、シール
リング２をスロットに保持する。
フック形状の基部３が支持構造部１の相補的なスロット
によって支持されている別のシールリング２を示す。基
部３に差し込まれたコーキングストリップ11は、シール
リング２をスロットに保持する。
タービンシールの漏れ経路を通した流体漏れを最小に
する問題に取り組むための、タービンシール技術の当業
者に知られている４つの方法がある。第１の従来の方法
は、歯部の縁部と回転部材との間の径方向の間隙の間隔
を最小にすることである。この方法の有効性は、回転部
材が運転時の熱膨張と一時的な径方向のたわみを受ける
点で制限される。選択した間隔によって、回転部材と歯
部の縁部との間に接触が生じ、この結果、歯部に摩耗を
引き起こし、そして、径方向の間隙の間隔を増加する可
能性がある。
する問題に取り組むための、タービンシール技術の当業
者に知られている４つの方法がある。第１の従来の方法
は、歯部の縁部と回転部材との間の径方向の間隙の間隔
を最小にすることである。この方法の有効性は、回転部
材が運転時の熱膨張と一時的な径方向のたわみを受ける
点で制限される。選択した間隔によって、回転部材と歯
部の縁部との間に接触が生じ、この結果、歯部に摩耗を
引き起こし、そして、径方向の間隙の間隔を増加する可
能性がある。
流体の漏れを最小にするための第２の従来の方法は、
回転部材のセクションに沿って直列に多数の歯を設ける
ことである。多数の歯を使用するシールは、時にグラン
ドシールと呼ばれる。図1cは、回転部材６の面７に向か
って複数の歯４が延びる代表的な多数歯シールの断面図
である。作動流体は、流体の漏れ経路を通って、ほぼラ
インＦによって示される方向に流れる。各々の歯によっ
て形成される狭窄部は、図示したフローラインによって
示されるような流れを引き起こし、そして、各々の狭窄
部は、正味の圧力減少をもたらす。しかし、連続する各
々の狭窄部による圧力低減は、連続的に小さくなり、こ
のため、多数歯シールは、完全に漏れを除去することが
できない。個々の設計により設置可能な歯の数は、利用
可能な軸方向の空間の大きさといった別の要因によって
制限されるであろう。
回転部材のセクションに沿って直列に多数の歯を設ける
ことである。多数の歯を使用するシールは、時にグラン
ドシールと呼ばれる。図1cは、回転部材６の面７に向か
って複数の歯４が延びる代表的な多数歯シールの断面図
である。作動流体は、流体の漏れ経路を通って、ほぼラ
インＦによって示される方向に流れる。各々の歯によっ
て形成される狭窄部は、図示したフローラインによって
示されるような流れを引き起こし、そして、各々の狭窄
部は、正味の圧力減少をもたらす。しかし、連続する各
々の狭窄部による圧力低減は、連続的に小さくなり、こ
のため、多数歯シールは、完全に漏れを除去することが
できない。個々の設計により設置可能な歯の数は、利用
可能な軸方向の空間の大きさといった別の要因によって
制限されるであろう。
漏れを最小にするための第３の従来の方法は、多数歯
シール内の径方向の間隙の径方向の位置を変更すること
である。実例が図1dに示されている。この構成では、互
い違いの長さの歯４が回転部材６の高い部分９と低い部
分10とに対応するように設けられる。機能上同様の構成
が図1eに示され、この図では、歯４は、互い違いのパタ
ーンで、径方向の内側に回転部材６に向かって延び、そ
して、回転部材６から径方向の外側に延びている。これ
らの構成によって達成される漏れの最小化は、図1bの構
成によって達成される漏れの最小化よりも好ましい。し
かし、このような構成を利用できる可能性は、回転部材
の構造に左右され、そして、すべての場合にたいして、
利用可能ではない。
シール内の径方向の間隙の径方向の位置を変更すること
である。実例が図1dに示されている。この構成では、互
い違いの長さの歯４が回転部材６の高い部分９と低い部
分10とに対応するように設けられる。機能上同様の構成
が図1eに示され、この図では、歯４は、互い違いのパタ
ーンで、径方向の内側に回転部材６に向かって延び、そ
して、回転部材６から径方向の外側に延びている。これ
らの構成によって達成される漏れの最小化は、図1bの構
成によって達成される漏れの最小化よりも好ましい。し
かし、このような構成を利用できる可能性は、回転部材
の構造に左右され、そして、すべての場合にたいして、
利用可能ではない。
図1eに示した型式のシールが、フランス特許文献FR−
Ａ−365,995に開示されている。このシールは、流体の
流れに乗って運ばれた砂、金属粒子等が頂部を損傷する
ことなしに、パッキンを通過できるようにするため、歯
に切欠き、または通路を有する。
Ａ−365,995に開示されている。このシールは、流体の
流れに乗って運ばれた砂、金属粒子等が頂部を損傷する
ことなしに、パッキンを通過できるようにするため、歯
に切欠き、または通路を有する。
流体の漏れを最小にするための第４の従来の方法は、
歯が一般的な漏れの流れの方向ト反対方向に少なくとも
幾らかの角度を成すような角度でシールの歯が設けられ
るシールを設けることを含んでいる。実例が図1fに示さ
れている。時に「ヘリンボン」構造と呼ばれる本実例の
構造では、回転部材６から、そして、回転部材６の周囲
に配設された構造部１から延びる歯４は、ほぼラインＦ
によって示される経路に従う作動流体の流れの方向と幾
らか反対方向に向けられるような角度を成している。こ
の従来の方法は、ファウラー（Fouler）の米国特許3,89
7,169に示されているようなブレード列のカバーバンド
の周辺部で使用するたのに適用されてきている。この従
来の方法は、さらに、図1gに示した構造によって示され
るように、径方向の間隙の、径方向の位置を互い違いに
ずらす従来の方法と組み合わせられている。しかしなが
ら、後者型の設計は、熱膨張が低い用途でのみ使用可能
である。
歯が一般的な漏れの流れの方向ト反対方向に少なくとも
幾らかの角度を成すような角度でシールの歯が設けられ
るシールを設けることを含んでいる。実例が図1fに示さ
れている。時に「ヘリンボン」構造と呼ばれる本実例の
構造では、回転部材６から、そして、回転部材６の周囲
に配設された構造部１から延びる歯４は、ほぼラインＦ
によって示される経路に従う作動流体の流れの方向と幾
らか反対方向に向けられるような角度を成している。こ
の従来の方法は、ファウラー（Fouler）の米国特許3,89
7,169に示されているようなブレード列のカバーバンド
の周辺部で使用するたのに適用されてきている。この従
来の方法は、さらに、図1gに示した構造によって示され
るように、径方向の間隙の、径方向の位置を互い違いに
ずらす従来の方法と組み合わせられている。しかしなが
ら、後者型の設計は、熱膨張が低い用途でのみ使用可能
である。
タービン技術における当業者は、上記の４つの従来の
方法で、シール漏れを最小にしようとし、そして、当業
者固有のシール設計に、これらの従来の各々の方法を最
適化してきており、当業者は、漏れの所望の最小化を達
成するためのすべての方法が検討し尽くされたと考える
であろう。タービンシール分野の状況は、1988年のサン
ダースの操作＆保守スタッフのためのタービン蒸気経路
エンジニアリング（Sanders,Turbine steam Path Engin
eering for Operations ＆ Maintenance Staff,1998）
に掲載の論文によって全て示されており、その内容は、
本出願に参考として組み込まれている。
方法で、シール漏れを最小にしようとし、そして、当業
者固有のシール設計に、これらの従来の各々の方法を最
適化してきており、当業者は、漏れの所望の最小化を達
成するためのすべての方法が検討し尽くされたと考える
であろう。タービンシール分野の状況は、1988年のサン
ダースの操作＆保守スタッフのためのタービン蒸気経路
エンジニアリング（Sanders,Turbine steam Path Engin
eering for Operations ＆ Maintenance Staff,1998）
に掲載の論文によって全て示されており、その内容は、
本出願に参考として組み込まれている。
本発明の概要 本発明は、従来技術で前例がない、ここに説明したタ
ービンシールの漏れを最小にするのに役立つ構造と方法
で具体化される。本発明を具体化した構造は、シールリ
ングに対して相対的な作動流体の回転運動から、シール
リングの高圧側に隣接した領域に、作動流体の低圧力領
域を形成するための手段を備えたタービンシールとして
一般用語で説明されるであろう。低圧力領域を形成する
ための手段は、渦を発生して流し出す１以上の構造部を
有する。渦発生および流出構造部は、シールリングの歯
部に設けられたセグメントの後縁部を有し、これらの後
縁部は、シールリングの高圧側に、シールリングから外
側に向かって角度を成している。
ービンシールの漏れを最小にするのに役立つ構造と方法
で具体化される。本発明を具体化した構造は、シールリ
ングに対して相対的な作動流体の回転運動から、シール
リングの高圧側に隣接した領域に、作動流体の低圧力領
域を形成するための手段を備えたタービンシールとして
一般用語で説明されるであろう。低圧力領域を形成する
ための手段は、渦を発生して流し出す１以上の構造部を
有する。渦発生および流出構造部は、シールリングの歯
部に設けられたセグメントの後縁部を有し、これらの後
縁部は、シールリングの高圧側に、シールリングから外
側に向かって角度を成している。
本発明を具体化するさらに別の構造は、基部と、歯部
と、歯部の側面に隣接する経路に沿って流れる流体に渦
を発生して流し出すための手段とを有するシールリング
部として一般用語で説明されるであろう。渦を発生して
流し出すための手段は、シールリングから同一の方向に
外側に向かう１以上の歯部セグメントの１以上の後縁部
を有している。
と、歯部の側面に隣接する経路に沿って流れる流体に渦
を発生して流し出すための手段とを有するシールリング
部として一般用語で説明されるであろう。渦を発生して
流し出すための手段は、シールリングから同一の方向に
外側に向かう１以上の歯部セグメントの１以上の後縁部
を有している。
本発明を具体化する方法は、作動流体の回転運動か
ら、シールのシールリングの高圧側に隣接する漏れ経路
部の作動流体に低圧力領域を形成する方法として、一般
用語で説明されるであろう。この機能は、シールリング
外周の周囲の１以上の部分で作動流体に渦を発生させ流
し出すことによって実行される。この機能は、１以上の
歯部セグメントからなる歯部を有するシールリングを設
けることによって達成され、歯部分の１以上の後縁部
は、同一の方向に外側に向かって延びている。
ら、シールのシールリングの高圧側に隣接する漏れ経路
部の作動流体に低圧力領域を形成する方法として、一般
用語で説明されるであろう。この機能は、シールリング
外周の周囲の１以上の部分で作動流体に渦を発生させ流
し出すことによって実行される。この機能は、１以上の
歯部セグメントからなる歯部を有するシールリングを設
けることによって達成され、歯部分の１以上の後縁部
は、同一の方向に外側に向かって延びている。
本発明を具体化した構造を形成するための方法は、普
通のシールリングセグメントの歯部を１以上の歯部セグ
メントに区切り、そして、少なくとも一部分が外側に向
かって延びるように、１以上の歯部セグメントの、１以
上の後縁部を曲げることとして一般用語で説明されるで
あろう。セグメントは、例えば歯部分を剪断することに
より、歯部に切れ目を作ることで形成される。
通のシールリングセグメントの歯部を１以上の歯部セグ
メントに区切り、そして、少なくとも一部分が外側に向
かって延びるように、１以上の歯部セグメントの、１以
上の後縁部を曲げることとして一般用語で説明されるで
あろう。セグメントは、例えば歯部分を剪断することに
より、歯部に切れ目を作ることで形成される。
図面の説明 本発明のこれら及び別の特徴は、添付の図面を一緒に
考慮することで、以下の本発明の好ましい一実施形態の
詳細な説明から一層容易に理解されるであろう。
考慮することで、以下の本発明の好ましい一実施形態の
詳細な説明から一層容易に理解されるであろう。
図1aは、技術上周知の構造を有するシールリングを含
むタービンシールを示す図である。
むタービンシールを示す図である。
図1bは、技術上周知の別の構造を有するシールリング
を含むタービンシールを示す図である。
を含むタービンシールを示す図である。
図1cは、技術上周知の多数歯のタービンシールを示す
図である。
図である。
図1dは、技術上周知の高低の歯の配列を有する多数歯
のタービンシールを示す図である。
のタービンシールを示す図である。
図1eは、技術上周知の対向する構造部から互い違いに
延びる歯を有する多数歯のタービンシールを示す図であ
る。
延びる歯を有する多数歯のタービンシールを示す図であ
る。
図1fは、技術上周知の漏れの流れの反対方向に向かっ
て角度を成した歯を含む多数歯のタービンシールを示す
図である。
て角度を成した歯を含む多数歯のタービンシールを示す
図である。
図1gは、技術上周知の漏れの流れの反対方向に向かっ
て角度を成した歯を含む多数歯のタービンシールを示す
図である。
て角度を成した歯を含む多数歯のタービンシールを示す
図である。
図２は、シールリングセグメントの本発明に係る一実
施形態を示す図である。
施形態を示す図である。
図３は、タービンのブレード列の周囲に設けられたシ
ールの本発明に係る一実施形態を示す図である。
ールの本発明に係る一実施形態を示す図である。
図４は、ブレード列のカバーバンドに装着された複数
のシールリングを有するシールの本発明に係る一実施形
態を示す図である。
のシールリングを有するシールの本発明に係る一実施形
態を示す図である。
発明の詳細な説明 本発明を適用してなるシールリングセグメントは、図
２に示したシールリングセグメントの一部分の構造と一
致する構造を備えている。シールリングセグメントは、
基部20と、そこから径方向内側に向かって延びる歯部22
とを備えている。別の実施形態では、リングは、歯部が
基部から径方向外側に向かって延びるようにしてもよ
い。
２に示したシールリングセグメントの一部分の構造と一
致する構造を備えている。シールリングセグメントは、
基部20と、そこから径方向内側に向かって延びる歯部22
とを備えている。別の実施形態では、リングは、歯部が
基部から径方向外側に向かって延びるようにしてもよ
い。
歯部22は、１以上の歯部セグメント24の形態を備えて
いる。１以上の歯部セグメント24の１つ、または複数の
縁部は、歯部に設けられた切れ目27によって形成されて
いる。各々の歯部セグメントは、セグメントが使用され
るタービンの流体の流れの方向に対して相対的に後縁部
であると考えられる縁部を有する。１以上の後縁部の少
なくとも一部分は、シールリングから外側に向かって延
びている。図２は、後縁部の一部分が、通常のシールリ
ングの歯部の標準位置（点線で表示）に対して相対的に
外側に向かって延びている様子を示している。後縁部の
各々の外側に向かって延びた部分28は、流体の中に渦を
発生して流し出すことによって、シールリングに隣接し
て流れる流体の中に、ラインＲによって示される回転方
向に乱流を発生するように機能する。
いる。１以上の歯部セグメント24の１つ、または複数の
縁部は、歯部に設けられた切れ目27によって形成されて
いる。各々の歯部セグメントは、セグメントが使用され
るタービンの流体の流れの方向に対して相対的に後縁部
であると考えられる縁部を有する。１以上の後縁部の少
なくとも一部分は、シールリングから外側に向かって延
びている。図２は、後縁部の一部分が、通常のシールリ
ングの歯部の標準位置（点線で表示）に対して相対的に
外側に向かって延びている様子を示している。後縁部の
各々の外側に向かって延びた部分28は、流体の中に渦を
発生して流し出すことによって、シールリングに隣接し
て流れる流体の中に、ラインＲによって示される回転方
向に乱流を発生するように機能する。
図２によって示された構造、または相当する構造が、
図３と図４に示した本発明の実施形態に従って使用され
るであろう。図３は、一連のブレード翼44を囲む外部リ
ング42を備えるダイヤフラム40を含むタービンの部分断
面を示す図である。ブレード翼は、回転シャフト（図示
せず）から延びる回転ブレード列46に向かって作動流体
を流す。作動流体は、ほぼラインＦによって示される軸
方向に流れる。作動流体の一部は、ラインＬによって示
されるように、漏れ経路を通って、回転ブレード列46を
迂回する。この図示に関して、ブレード列46は、図示し
た上部が、ページから、見ている人に向かって動いてく
るように回転していると仮定する。
図３と図４に示した本発明の実施形態に従って使用され
るであろう。図３は、一連のブレード翼44を囲む外部リ
ング42を備えるダイヤフラム40を含むタービンの部分断
面を示す図である。ブレード翼は、回転シャフト（図示
せず）から延びる回転ブレード列46に向かって作動流体
を流す。作動流体は、ほぼラインＦによって示される軸
方向に流れる。作動流体の一部は、ラインＬによって示
されるように、漏れ経路を通って、回転ブレード列46を
迂回する。この図示に関して、ブレード列46は、図示し
た上部が、ページから、見ている人に向かって動いてく
るように回転していると仮定する。
シールリング50は、ブレード列46のカバーバンド48を
取り囲むようにタービン内部の支持構造部51に取り付け
られる。シールリング50は、複数のシールリングセグメ
ントからなる。シールリングセグメントは、基部52と、
内側に向かって延びる歯部54を備えている。このように
取り付けられたシールリングセグメントの歯部は、歯部
を通過した流体の圧力P2が、シールのタービンの上流側
の段における作動圧力P1よりも小さくなるように、漏れ
経路Ｌに沿って移動する作動流体に対する障壁として働
く。このように、シールリングは、タービンの最初の段
と、相対的により低い作動圧力を有する隣接する段とを
分離するシールをもたらす。この機能に基づき、より高
い作動圧力を有するタービンの段に面するシールの側面
は、シールの高圧側と呼ばれ、他方より低い作動圧力を
有するタービンの段に面するシールの側面は、シールの
低圧側と呼ばれる。シールリングの側面に関しては、同
様の従来の方法が当てはめられる。
取り囲むようにタービン内部の支持構造部51に取り付け
られる。シールリング50は、複数のシールリングセグメ
ントからなる。シールリングセグメントは、基部52と、
内側に向かって延びる歯部54を備えている。このように
取り付けられたシールリングセグメントの歯部は、歯部
を通過した流体の圧力P2が、シールのタービンの上流側
の段における作動圧力P1よりも小さくなるように、漏れ
経路Ｌに沿って移動する作動流体に対する障壁として働
く。このように、シールリングは、タービンの最初の段
と、相対的により低い作動圧力を有する隣接する段とを
分離するシールをもたらす。この機能に基づき、より高
い作動圧力を有するタービンの段に面するシールの側面
は、シールの高圧側と呼ばれ、他方より低い作動圧力を
有するタービンの段に面するシールの側面は、シールの
低圧側と呼ばれる。シールリングの側面に関しては、同
様の従来の方法が当てはめられる。
歯部54は、図２に示した構成の方法のように、１以上
の歯部セグメントとして設けられている。歯部セグメン
トの縁部56の外側に向かって延びた部分は、シールリン
グからシールの高圧側に、外側に向かって延びている。
歯部セグメントの外側に向かって延びた縁部は、シール
リング50に隣接した漏れ経路のシールリングに対して相
対的に回転して流れる作動流体に低圧力領域58を形成す
る。低圧力領域は、シールリングの歯部に隣接した経路
に沿った作動流体の流れと、外側に向かって延びた縁部
との干渉の結果として発生した乱流から生じる。外側に
向かって延びた縁部は、作動流体に渦を発生して流し出
すことによって乱流を発生する。したがって、圧力PLを
有する低圧力領域は、シールリングに隣接した漏れ経路
の部分の内部に形成される。この低い圧力が、シールを
通って発生する流体の漏れを、シールリングの高圧側に
隣接した領域の圧力が作動圧力P1と同じであった場合に
生じる流体の漏れよりも少なくする。
の歯部セグメントとして設けられている。歯部セグメン
トの縁部56の外側に向かって延びた部分は、シールリン
グからシールの高圧側に、外側に向かって延びている。
歯部セグメントの外側に向かって延びた縁部は、シール
リング50に隣接した漏れ経路のシールリングに対して相
対的に回転して流れる作動流体に低圧力領域58を形成す
る。低圧力領域は、シールリングの歯部に隣接した経路
に沿った作動流体の流れと、外側に向かって延びた縁部
との干渉の結果として発生した乱流から生じる。外側に
向かって延びた縁部は、作動流体に渦を発生して流し出
すことによって乱流を発生する。したがって、圧力PLを
有する低圧力領域は、シールリングに隣接した漏れ経路
の部分の内部に形成される。この低い圧力が、シールを
通って発生する流体の漏れを、シールリングの高圧側に
隣接した領域の圧力が作動圧力P1と同じであった場合に
生じる流体の漏れよりも少なくする。
図４は、カバーバンド62によって取り囲まれた回転ブ
レード列60を含むタービンの部分断面を示す図である。
作動流体は、ほぼ、ラインＦで示された軸方向に、回転
ブレード列60に向けて流れる。作動流体の一部は、ライ
ンＬで示された漏れ経路を通って、回転ブレード列60を
迂回する。この図示に関して、ブレード列60は、図示し
た上部が、見ている人から離れてページの方向に動くよ
うに回転していると仮定する。
レード列60を含むタービンの部分断面を示す図である。
作動流体は、ほぼ、ラインＦで示された軸方向に、回転
ブレード列60に向けて流れる。作動流体の一部は、ライ
ンＬで示された漏れ経路を通って、回転ブレード列60を
迂回する。この図示に関して、ブレード列60は、図示し
た上部が、見ている人から離れてページの方向に動くよ
うに回転していると仮定する。
シールは、コーキングストリップ66によってカバーバ
ンド62に取り付けられた、複数のシールリング64の形態
で設けられている。各々のシールリングは、複数のシー
ルリングセグメントからなる。各々のシールリングは、
基部68と歯部70とからなる。このように、取り付けられ
たシールリングの歯部は、歯部を通過した流体の圧力P2
が、シール上流側のタービンの段における流体の作動圧
力P1よりも小さくなるように、漏れ経路Ｌに沿って移動
する作動流体に対し障壁として働く。
ンド62に取り付けられた、複数のシールリング64の形態
で設けられている。各々のシールリングは、複数のシー
ルリングセグメントからなる。各々のシールリングは、
基部68と歯部70とからなる。このように、取り付けられ
たシールリングの歯部は、歯部を通過した流体の圧力P2
が、シール上流側のタービンの段における流体の作動圧
力P1よりも小さくなるように、漏れ経路Ｌに沿って移動
する作動流体に対し障壁として働く。
シールリング65の歯部セグメントの縁部72の一部分
は、シールの高圧側に向かって、シールリングから外側
に向かって延びている。図４に示されるような多数歯の
実施形態では、このようなシールリングを、シールの高
圧側に配置することが好ましい。歯部セグメントの外側
に向かって延びた縁部は、シールリング65に隣接した漏
れ経路のシールリングに対して相対的に回転して流れる
作動流体に低圧力領域74を形成する。低圧力領域は、シ
ールリングの歯部に隣接した経路に沿った作動流体の流
れと、外側に向かって延びた縁部との干渉の結果として
発生した乱流から生じる。外側に向かって延びた縁部
は、作動流体に渦を発生して流し出すことによって乱流
を発生する。したがって、圧力PLの低圧力領域は、シー
ルリングに隣接した漏れ経路の一部分に形成される。こ
の低圧力が、シールを通って発生する流体の漏れを、シ
ールリングの高圧側に隣接した領域の圧力が作動圧力P1
と同じであった場合に生じる流体の漏れよりも少なくす
る。
は、シールの高圧側に向かって、シールリングから外側
に向かって延びている。図４に示されるような多数歯の
実施形態では、このようなシールリングを、シールの高
圧側に配置することが好ましい。歯部セグメントの外側
に向かって延びた縁部は、シールリング65に隣接した漏
れ経路のシールリングに対して相対的に回転して流れる
作動流体に低圧力領域74を形成する。低圧力領域は、シ
ールリングの歯部に隣接した経路に沿った作動流体の流
れと、外側に向かって延びた縁部との干渉の結果として
発生した乱流から生じる。外側に向かって延びた縁部
は、作動流体に渦を発生して流し出すことによって乱流
を発生する。したがって、圧力PLの低圧力領域は、シー
ルリングに隣接した漏れ経路の一部分に形成される。こ
の低圧力が、シールを通って発生する流体の漏れを、シ
ールリングの高圧側に隣接した領域の圧力が作動圧力P1
と同じであった場合に生じる流体の漏れよりも少なくす
る。
種々の構造部が、渦を発生して流し出すために使用で
きる一方で、このような構造部の数は、関連する回転部
材との共振を最小にするように選択することが好まし
い。例えば、ブレード列と組み合わせた本発明の応用例
では、ブレードに対する渦発生および流出構造部の割合
が整数にならないように、渦発生および流出構造部の数
を選択することが好ましい。
きる一方で、このような構造部の数は、関連する回転部
材との共振を最小にするように選択することが好まし
い。例えば、ブレード列と組み合わせた本発明の応用例
では、ブレードに対する渦発生および流出構造部の割合
が整数にならないように、渦発生および流出構造部の数
を選択することが好ましい。
本発明を適用してなるリングセグメントは、技術上周
知の型式のリングセグメント、例えば、図1aと図1bに示
したリングセグメントから形成することが可能である。
このようなリングセグメントは、基部と、径方向の内側
に向かって延びる歯部を有している。これに代えて、リ
ングセグメントは、基部と、径方向の外側に向かって延
びる歯部を有しているかもしれない。本発明に従ってリ
ングセグメントを造るために、１以上の歯部セグメント
が、リングセグメントの歯部から形成される。この点に
関して、歯部にいかなる物理的変更も行うことなしに、
単一の歯部セグメントが、リングセグメントの歯部から
形成されることを特記しておく。１以上の歯部セグメン
トは、歯部に１以上の切れ目を形成することによって、
歯部から形成される。１以上の歯部セグメントの後縁部
は、少なくとも後縁部の一部分をシールリングセグメン
トから外側に向けて延びるように曲げられる。外側に向
かって延びる各々の後縁部は、同一の方向に延びていな
ければならない。歯部の切れ目は、所望の切れ目の位置
で歯部を剪断するような剪断力を加えることによって設
けられる。このような方法で形成されるリングセグメン
トは、その製造が簡単であるので好ましい。
知の型式のリングセグメント、例えば、図1aと図1bに示
したリングセグメントから形成することが可能である。
このようなリングセグメントは、基部と、径方向の内側
に向かって延びる歯部を有している。これに代えて、リ
ングセグメントは、基部と、径方向の外側に向かって延
びる歯部を有しているかもしれない。本発明に従ってリ
ングセグメントを造るために、１以上の歯部セグメント
が、リングセグメントの歯部から形成される。この点に
関して、歯部にいかなる物理的変更も行うことなしに、
単一の歯部セグメントが、リングセグメントの歯部から
形成されることを特記しておく。１以上の歯部セグメン
トは、歯部に１以上の切れ目を形成することによって、
歯部から形成される。１以上の歯部セグメントの後縁部
は、少なくとも後縁部の一部分をシールリングセグメン
トから外側に向けて延びるように曲げられる。外側に向
かって延びる各々の後縁部は、同一の方向に延びていな
ければならない。歯部の切れ目は、所望の切れ目の位置
で歯部を剪断するような剪断力を加えることによって設
けられる。このような方法で形成されるリングセグメン
トは、その製造が簡単であるので好ましい。
上述の特定の実施形態は、クレームした発明を実施す
るために、現在発明者が知る最良の構造と方法とを提供
する一方で、クレームした発明は、種々の別の実施形態
にできる。例えば、本発明は、ブレード列、ロータ、ま
たはその別の部分といったタービンの回転部材のあらゆ
る部分と組み合わせて使用できる。本発明は、多数歯シ
ールと多数のリングシールとを含めて、上述のような、
周知のすべてのシール構造と組み合わせて使用でき、そ
して、歯が回転部材に向かって径方向の内側に向かって
延びるようなシール、回転部材から径方向の外側に向か
って延びるようなシール、または両方に向かって延びる
ようなシールと組み合わせて使用できる。図３に示した
シールに関して、低圧力領域を形成するための手段は、
シールリングと一体である必要はなく、支持構造部の一
部分として、またはシールリングの上流側で使用される
別のリング型の装置に代えることができる。図２と図３
に示したシールリング構造に関して、歯部セグメント
は、歯部の切れ目で区切る必要はなく、歯部セグメント
を、必要な渦発生および流出手段も備えるような連続的
な歯部を形成する歯部セグメントとして設けることがで
きることが特記される。同様に、渦発生および流出手段
を含むシールリングが、図示した単一の歯型式である必
要はなく、単一の基部から延びる多数の並列の歯部を有
するようにできることが特記される。当業者は、次の請
求の範囲に規定されたような本発明の範囲から逸脱する
ことなしに、別の実施形態が利用可能であることを理解
するであろう。
るために、現在発明者が知る最良の構造と方法とを提供
する一方で、クレームした発明は、種々の別の実施形態
にできる。例えば、本発明は、ブレード列、ロータ、ま
たはその別の部分といったタービンの回転部材のあらゆ
る部分と組み合わせて使用できる。本発明は、多数歯シ
ールと多数のリングシールとを含めて、上述のような、
周知のすべてのシール構造と組み合わせて使用でき、そ
して、歯が回転部材に向かって径方向の内側に向かって
延びるようなシール、回転部材から径方向の外側に向か
って延びるようなシール、または両方に向かって延びる
ようなシールと組み合わせて使用できる。図３に示した
シールに関して、低圧力領域を形成するための手段は、
シールリングと一体である必要はなく、支持構造部の一
部分として、またはシールリングの上流側で使用される
別のリング型の装置に代えることができる。図２と図３
に示したシールリング構造に関して、歯部セグメント
は、歯部の切れ目で区切る必要はなく、歯部セグメント
を、必要な渦発生および流出手段も備えるような連続的
な歯部を形成する歯部セグメントとして設けることがで
きることが特記される。同様に、渦発生および流出手段
を含むシールリングが、図示した単一の歯型式である必
要はなく、単一の基部から延びる多数の並列の歯部を有
するようにできることが特記される。当業者は、次の請
求の範囲に規定されたような本発明の範囲から逸脱する
ことなしに、別の実施形態が利用可能であることを理解
するであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミトーラ，アンソニー，エフ アメリカ合衆国，12065 ニューヨーク 州，クリフトン パーク，キングズウッ ド ドライブ ３ (56)参考文献 特開 昭57−204375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−85540（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−116101（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 11/02 F16J 15/44
Claims (13)
- 【請求項１】タービン内の漏れ経路をシールするための
装置であって、 基部（52）と歯部（54）とを有するシールリング（50）
であり、該シールリングが、該シールリングを支持する
ための手段（51）によってタービンの回転可能な部材
（46）の周囲に同軸に支持されるようなシールリングか
らなり、該シールリング（50）は、歯部（22、54）を備
え、該歯部は、１以上の歯部セグメント（24）を備え、
該１以上の歯部セグメント（24）の前記シールリングに
対して相対的に回転して流れる流体の流れ方向に対する
１以上の後縁部（26、56）の一部分（28）がシールの高
圧側に向かって、シールから外側に向かって延びてな
り、該高圧側に向かってシールから外側に向かって延び
た部分と前記流体との干渉により前記流体に渦を発生さ
せる装置。 - 【請求項２】前記１以上の歯部セグメントが、歯部の中
に設けられた１以上の切れ目によって形成されてなる請
求項１に記載の装置。 - 【請求項３】シールリングを支持するための手段（62）
が、回転可能な部材（60）に備えられてなる請求項１ま
たは２に記載の装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装
置において使用するためのシールリングセグメントであ
って、該シールリングセグメントが、 基部（20）と、 該基部（20）から径方向に向かって延びる歯部（22）で
あって、該歯部（22）が１以上の歯部セグメント（24）
を有し、１以上の歯部セグメント（24）の前記シールリ
ングに対して相対的に回転して流れる流体の流れ方向に
対する１以上の後縁部（26）の一部分（28）がシールリ
ングセグメントから外側に向かって延び、すべての外側
に向かって延びた部分が同一の方向に延びている歯部と
を備えてなるシールリングセグメント。 - 【請求項５】１以上の歯部セグメント（24）が、歯部
（22）に設けられた１以上の切れ目（27）によって形成
されてなる請求項４に記載のシールリングセグメント。 - 【請求項６】前記同一の方向が、シールリングの高圧側
に向かってなる請求項４または５に記載のシールリング
セグメント。 - 【請求項７】後縁部（26）の前記一部分（28）が、前記
基部（20）から遠く離れた部分からなる請求項４乃至６
のいずれか１項に記載のシールリングセグメント。 - 【請求項８】シールリング（50）とタービンの回転部材
（46）との間の漏れ経路（Ｌ）を通った作動流体の漏れ
を制限するための方法であって、 前記シールリング（50）がシールリングセグメントから
なり、該シールリングセグメントが基部（20）から径方
向に向かって延びる歯部（22）からなり、該歯部（22）
が１以上の歯部セグメント（24）からなり、１以上の歯
部セグメント（24）の前記シールリングに対して相対的
に回転して流れる流体の流れ方向に対する１以上の後縁
部（26）の一部分（28）がシールリングセグメントから
外側に向かって延び、すべての外側に向かって延びた部
分が同一の方向に延び、前記後縁部（26）の外側に向か
って延びた部分（28）と前記流体との干渉によって渦を
発生させ、前記シールリングの高圧側に隣接した漏れ経
路の部分の流体に低圧力領域（58）を形成することを特
徴とする方法。 - 【請求項９】１以上の歯部セグメント（24）が、歯部
（22）に設けられた１以上の切れ目（27）によって形成
される請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】改良されたシールリングセグメントを形
成するための方法であって、 基部（20）と、該基部から径方向に向かって延びる歯部
（22）とを備えるシールリングセグメントを設け、 該歯部（22）から１以上の歯部セグメント（24）を形成
することを含んでなり、 前記歯部に対して相対的に回転して流れる流体の流れ方
向に対する後縁部（26）の一部分（28）がシールリング
セグメントから外側に向かって延びるように、１以上の
歯部セグメント（24）の１以上の後縁部（26）を曲げ、
該後縁部（26）の各々の外側に向かって延びた部分（2
8）が同一の方向に延ばされることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】１以上の歯部セグメント（24）が、歯部
（22）に１以上の切れ目（27）を形成することによって
形成される請求項10に記載の方法。 - 【請求項１２】１以上の切れ目（27）が、歯部（22）に
剪断力を加えることによって形成される請求項11に記載
の方法。 - 【請求項１３】関連する回転部材の共振を最小にするた
めに、後縁部を曲げられる歯部セグメント（24）の数を
選択するステップをさらに含んでなる請求項10乃至12の
いずれか１項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/643,192 US5735667A (en) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Method and apparatus for minimizing leakage in turbine seals |
| US643,192 | 1996-05-06 | ||
| PCT/US1997/007488 WO1997042400A1 (en) | 1996-05-06 | 1997-05-02 | Method and apparatus for minimizing leakage in turbine seals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11509603A JPH11509603A (ja) | 1999-08-24 |
| JP3185148B2 true JP3185148B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=24579748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54007497A Expired - Lifetime JP3185148B2 (ja) | 1996-05-06 | 1997-05-02 | タービンシールの漏れを最小にするための方法と装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5735667A (ja) |
| EP (1) | EP0897460B1 (ja) |
| JP (1) | JP3185148B2 (ja) |
| CN (1) | CN1075157C (ja) |
| AU (1) | AU705280B2 (ja) |
| CA (1) | CA2253219C (ja) |
| DE (1) | DE69731828T2 (ja) |
| ES (1) | ES2236808T3 (ja) |
| HK (1) | HK1019470A1 (ja) |
| WO (1) | WO1997042400A1 (ja) |
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| US20050053758A1 (en) * | 2001-10-25 | 2005-03-10 | Smith Walter J. | Method, apparatus and system for creating a brush seal |
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| US8262348B2 (en) * | 2008-04-08 | 2012-09-11 | Siemens Energy, Inc. | Turbine blade tip gap reduction system |
| EP2299062A1 (de) * | 2009-09-17 | 2011-03-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Dichtungssegment für eine Strömungsmaschine |
| DE102009042857A1 (de) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Gasturbine mit Deckband-Labyrinthdichtung |
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| JP5558138B2 (ja) * | 2010-02-25 | 2014-07-23 | 三菱重工業株式会社 | タービン |
| CN101922312B (zh) * | 2010-03-24 | 2013-11-06 | 北京航空航天大学 | 一种叶轮机械径向间隙泄漏损失的控制方法 |
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| DE202011105609U1 (de) * | 2011-09-12 | 2011-10-13 | Alstom Technology Ltd. | Labyrinthdichtung |
| EP2642081A1 (en) | 2012-03-21 | 2013-09-25 | Alstom Technology Ltd | Labyrinth seal for turbines |
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| CN106194278B (zh) * | 2016-07-29 | 2018-10-09 | 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 | 一种燃气涡轮发动机封严装置 |
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| JP7054582B2 (ja) * | 2018-08-03 | 2022-04-14 | 株式会社東芝 | シール装置およびターボ機械 |
| CN117027968B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-10-08 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | 汽轮机和汽封结构 |
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