JP5026898B2 - タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、総括的にはタービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステム及び方法に関し、より具体的には、はめ込み形嵌合を備えたタービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステム及び方法に関する。

二重シェル型タービン構造では、内側シェルに対する外側シェルの軸方向位置合せは一般的に、タービンの内側及び外側シェル上のはめ込み形構成部品によって達成される。このはめ込み形嵌合構成部品は、内側シェル又は外側シェルによって形成された少なくとも１つのグルーブ（めす形又は溝部）と内側シェル又は外側シェルから延びる少なくとも１つのタング（おす形又は凸部）とを含む。タービンにおける圧力及び温度条件により、凸部構成部品がクリープ及び変形を生じることがある。はめ込み形構成部品は、金属間接触により位置合せされかつシールされるので、凸部におけるクリープ及び変形は、凸部を機械加工して取り除いて交換シェルの溝部との間での正確なシールを可能にするようにしなければならない。具体的には、凸部構成部品のシール表面は、タービン中心線に対する垂直面を回復するように機械加工して、構成部品間のシールの形成を可能にすることになる。こうした凸部構成部品の機械加工は、タービンの運転休止時に現場で行われ、大きな休止時間と工具及び労力に関する費用とを必要とする。
米国特許第６，４０２，４６８号公報

開示しているのは、タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステムであり、本システムは、少なくとも１つの第１のシェルセグメントを備えた第１のシェル組立体と、それから延びる凸部を備えた第２のシェル組立体と、第１のシェル組立体によって形成されかつ第２のシェル組立体から延びる、凸部とかみ合うように構成された溝部と、溝部内に配置可能であり、少なくとも１つの第１のシェルセグメントの少なくとも１つの表面と組合されかつ凸部のシール表面との間で少なくとも部分的にシール可能である少なくとも１つのキー構造体と、少なくとも１つのキー構造体の少なくとも一部分と組合される、溝部のテーパ表面とを含む。

また、開示しているのは、タービンシェル組立体を位置合せしかつシールする方法であり、本方法は、第１のシェル組立体の溝部内に少なくとも１つのキー構造体を配置する段階と、溝部内に第２のシェル組立体の凸部を配置する段階と、溝部内に凸部を配置する段階により第２のシェル組立体を第１のシェル組立体に嵌合させる段階と、少なくとも１つのキー構造体の少なくとも一部分を溝部のテーパ表面に向かって移動させる段階と、少なくとも１つのキー構造体の少なくとも一部分と溝部のテーパ表面との間の接触により該少なくとも１つのキー構造体の少なくとも一部分を凸部との接触状態に導く段階と、移動させる段階及び導く段階により少なくとも１つのキー構造体の少なくとも一部分と凸部との間に外側圧力シールを形成する段階とを含む。

本発明の上述の及びその他の特徴及び利点は、幾つかの図において同様の要素に同じ参照符号を付した添付図に関連して行った例示の実施形態の以下の詳細な説明から一層十分に理解されたい。

図１〜図３を参照すると、タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするシステム１０を示している。本システム１０により、外側シェル組立体のおす形構成部分の機械加工を必要とせずに、新品又は交換シェル組立体を既存のシェル組立体（ベルト及びサスペンダ設計におけるように両部品を新品にすることもできるが）と位置合せしかつシールすることが可能になる。従って、外側シェルの改造（新品内側シェルとの組合せのための）時に、既存のシェル組立体のおす形構成部品を機械加工してクリープ及び変形を取り除くことに関連するタービン休止時間及び労力／工具費用は、回避することができる。システム１０は、少なくとも１つの第１のシェルセグメント１４ａ〜ｂを含みかつ溝部１６を形成した３６０度の第１のシェル組立体１２(その一部分を示している)を含む。第１のシェルセグメント１４ａ〜ｂは接合されて円周方向組立体を形成し、形成溝部１６(各セグメントによって部分的に形成された)が、第１のシェル組立体１２の周りで３６０度延びるようになる。溝部１６は、３６０度の第２のシェル組立体２０から延びる凸部１８とかみ合うように構成され、この第２のシェル組立体２０は、該組立体２０を形成するように接合された少なくとも２つの第２のシェルセグメント(図示せず)を含む。凸部１８は、シール表面２１を含む。また、溝部１６は、組合せ表面２４、テーパ表面２６及び少なくとも１つの位置合せスロット２２を含む。例示的な実施形態では、テーパ表面２６は、図１Ａに示すように、組合せ表面２４から凸部１８のシール表面２１に向かって離れる方向に傾斜している。位置合せスロット２２、組合せ表面２４及びテーパ表面２６のそれぞれの機能について、開示内容に沿ってさらにより詳細に説明する。第１のシェル組立体１２及び第２のシェル組立体２０、並びにそのそれぞれの特徴形状部及び構成部品は、二重シェル型タービン構造（これは、完全には図示していない）において使用される。第１のシェル組立体１２は、内側シェルセグメント(シェルセグメント１４ａ〜ｂに相当する)を備えた内側シェル組立体とすることができ、また第２のシェル組立体２０は、外側シェル組立体とすることができることを理解されたい。同様に、第１のシェル組立体１２は、外側シェルセグメント(シェルセグメント１４ａ〜ｂに相当する）を備えた外側シェル組立体とすることができ、また第２のシェル組立体２０は、内側シェル組立体とすることができることを理解されたい。しかしながら、図は、内側シェルとして第１のシェル組立体１２を示しかつ外側シェル組立体として第２のシェル組立体２０を示しているので、下記において、内側シェル組立体及び内側シェルセグメントは、内側シェル組立体１２及び内側シェルセグメント１４ａ〜ｂと呼ぶことにし、また外側シェル組立体は、外側シェル組立体２０と呼ぶことにする。

システム１０はまた、少なくとも１つのキー構造体２８を含む。記載に沿ってさらに説明するように、キー構造体２８及び該キー構造体が溝部１６の表面(具体的には、テーパ表面２６)と共に機能する方法は、内側シェル組立体１２と外側シェル組立体２０との間にシールを形成するのに重要な構成要素である。キー構造体２８は、凸部１８のシール表面２１と位置合せスロット２２、組合せ表面２４及びテーパ表面２６(キー構造体２８のどの部分を呼ぶかに応じて)のうちの少なくとも１つとの間で溝部１６内に配置可能である。例示的な実施形態では、各内側シェルセグメント１４ａ〜ｂによって形成された溝部１６は、キー構造体２８を含むことになる。

キー構造体２８は、位置合せセグメント３０及びシールセグメント３２を含む。位置合せセグメント３０は、開示内容に沿ってさらに説明するように、溝部１６の位置合せスロット２２内に配置され、キー構造体２８の位置合せを支援する。例示的な実施形態では、シールセグメント３２は、溝部１６のテーパ表面２６と組合せ可能でありかつかみ合い可能であるテーパ部分３３を含む。シールセグメント３２は、２つのセクション、すなわちシールセクション３２ａ及び組合せセクション３２ｂを有するものとして示すことができる。シールセクション３２ａは、溝部１６全体の周りで３６０度延びることができ、例えばロープ溝３６（ロープ溝３６は、シールセグメント３２によって形成される）内に配置された柔軟性たわみロープ３４、Ｃシール、Ｍシール又は半径方向歯構成のようなシール装置３４を含むことができる。組合せセクション３２ｂ（これは、溝部１６の周りで３６０度延びることができるか又は延びることができない）は、溝部１６の組合せ表面２４においてキー構造体２８を内側シェルセグメント１４ａ〜ｂと組合せる。例示的な実施形態では、組合せセクション３２ｂは、少なくとも１つの軸方向スロット３８を形成し、組合せ表面２４は、少なくとも１つのネジ付き空洞４０を形成しており、少なくとも１つのネジ装置４２が、軸方向スロット３８及びネジ付き空洞４０に螺合されて、キー構造体２８を内側シェルセグメント１４ａ又は１４ｂに組合せる。軸方向スロット３８は、組合せ表面４０と固定組合せ状態になるネジ装置４２に対してキー構造体２８を軸方向に移動させることを可能にするように構成されることを理解されたい。この移動が可能であることは、図２に示すように、ネジ装置と軸方向スロット３８との間の間隙ギャップ４４ａ〜ｂによって明らかになる。

例示的な実施形態では、システム１０はまた、少なくとも１つのアクチュエータ４６を含むことができる。アクチュエータ４６は、溝部１６内に配置され、キー構造体２８のシール部分３２をテーパ表面２６に向かって作動させることができるあらゆる装置とすることができる。実施例として、アクチュエータ４６は、シール部分３２と溝部１６の壁４８との間に配置された圧縮ばねとすることができる。

上記したシステム１０の構成部品の場合に、次にシステム１０が位置合せしかつシールする方法について説明する。位置合せに関して、内側シェル組立体１２は、３６０度の凸部１８及び溝部１６嵌合により外側シェル組立体２０と軸方向に位置合せされる。この嵌合は、内側シェルセグメント１４ａ〜ｂと外側シェルセグメント(タービン外側シェル組立体２０に含まれる)との間に金属間接触を伴い、内側シェル組立体１２の正確な軸方向位置を維持する。例示的な実施形態では、溝部１６は、凸部１８の側壁７２ａ〜ｂにおける変形に適応するのに十分なほど大きい幅７０を含むことになる。キー構造体２８もまた、溝部１６内に見られる位置合せスロット２２内への位置合せセグメントの配置により内側シェルセグメント１４ａ〜ｂ(例示的な実施形態では各内側シェルセグメント対して１つのキー構造体２８)と位置合せされる。例示的な実施形態では、位置合せスロット２２は、各内側シェルセグメント１４ａ又は１４ｂの比較的中心部に配置され、ネジ装置４２は、特定の内側セグメント１４ａ又は１４ｂの位置合せスロット２２の各相対的側部においてシールセグメント３２(具体的には組合せセクション３２ｂ)を組合せ表面２４と組合せる。

システム１０の構成部品を含まないシステムでは、凸部１８及び溝部１６嵌合はまた、高圧排出領域５０を高温再加熱領域５２から分離する圧力シールを形成するのに主として役立つことになる。この嵌合は、システム１０によって圧力シールを形成するのに部分的に役立つが、キー構造体２８はシールの有効性を向上させて、改造時に凸部１８の側壁表面７２ａ〜ｂを現場で機械加工する必要性を排除するのに役立つ。

システム１０におけるシールの形成に関して、キー構造体２８は、内側シェル組立体１２及び外側シェル組立体２０の両方のセグメントに当接する圧力シールを形成する。内側シェル組立体１２に関して、内側圧力シール５４は、溝部１６のテーパ表面２６とシールセグメント３２のテーパ部分３３との間の接触部において形成可能である。テーパ部分３３は、テーパ表面２６とほぼ同一の角度で延びることによって該テーパ表面と位置合せされるように構成される。高圧排出領域５０内に流入しかつ該高圧排出領域５０を形成する加圧流体及び/又はアクチュエータ４６からの付加外力により、テーパ部分３３は、テーパ表面２６と強制的に接触状態にされる。例示的な実施形態では、この接触により、内側圧力シール５４が形成される。加えて、圧力低下及び／又はアクチュエータ４６からの外力により、シールセグメント３２(キー構造体２８の残りの部分と共に)が凸部１８のシール表面２１と接触状態になるようにテーパ表面２６に沿って移動／摺動する。付加外力と共に接触部におけるテーパ表面２６及びテーパ部分３３の両方の角度により導かれることにより、結果としてシール表面２１に向かった移動が生じる。

例示的な実施形態はキー構造体２８のテーパ部分３３を含むが、キー構造体２８のあらゆる部分が、テーパ表面２６との間で接触、位置合せ及び／又はシールを構成するように設計することができることを理解されたい。このキー構造体２８の任意選択的部分は、テーパ部分３３と同様にはテーパせず、代わりに例えば凸部−溝部嵌合のようなあらゆる他の組合せ手段によるテーパ表面２６との位置合せ／かみ合いのものとすることができ、この凸部−溝部嵌合では、キー構造体は凸部を含むことになりまたテーパ表面２６は溝部を含むことになる。さらに、例示的な実施形態はまた、内側圧力シール５４を形成したキー構造体２８を含むが、キー構造体２８(テーパ部分３３又はそれ以外の部分)はまた、単にテーパ表面２６と組合せて、ガイドとしては作用するが、内側圧力シール５４を形成しないものとすることができる。

次に外側シェル組立体２０との間のシールの形成に関して、キー構造体２８は、シールセクション３２のシール装置３４がシール表面２１と接触しかつ外側圧力シール５６を形成するまで、凸部１８のシール表面２１に向かって移動する。これは、上記に述べた外側シェル組立体２０に当接する圧力シールである。初期圧力低下(高温再加熱領域５２と高圧排出領域５０との間での)及び／又はアクチュエータ４６により外側圧力シール５６も形成されると、高圧排出領域５０と高温再加熱領域５２との間における圧力差が形成され、シール５６がさらに強化される。システム１０によって形成された外側圧力シール５６は、新品の内側シェルセグメントの溝部１６についての改造時に、凸部１８のシール表面２１を現場で機械加工してクリープ及び変形(長期使用にわたる高い温度及び圧力条件により生じた)を取り除く必要性を排除する。この外側圧力シール５６は、タービン中心線に対して垂直な表面を備える(又は回復する)ように側壁表面７２ａ〜ｂを機械加工せずに達成することができる。これが達成されるのは、シール装置３４(例えば、ロープ溝３６内に配置された柔軟性たわみロープ３５又は半径方向歯の構成のような)が、シール表面２１と接触かつシール状態になるように押し付けられ、この接触により、シールが形成されることになるからである。従って、改造のために凸部１８を機械加工すること及びこの機械加工に関連する費用が、排除される。

次に特に図２を参照すると、セグメント１４ａ及び１４ｂは、突合せ継手９０において継手凸部９１及び継手溝部９２により位置合せされる。キー構造体２８、具体的にはシールセクション３２ａのテーパ部分３３は、突合せ継手９０を介して延びて、このセグメントの位置合せ突合せ継手領域におけるシールの形成を可能にすることを理解されたい。

図４を参照すると、たわみ空洞６２及び圧縮フランジ６４を備えたシステム１０の実施形態を示す。たわみ空洞６２及び圧縮フランジ６４は、キー構造体２８のシールセクション３２によって形成される。たわみ空洞６２を含むシールセクション３２は、内側圧力シール５４が形成された時に圧縮フランジ６４をたわみ空洞６２内に押し込むことができるために低い剛性を有する。この「より軟らかな」シールセクション３２により、内側シェル組立体１２及び外側シェル組立体２０のシェルセグメント上に作用する応力による損傷の可能性が低下する。

図５を参照すると、タービンシェル組立体を位置合せしかつシールする方法１００を示しており、本方法は、作動ブロック１０２に示すように、第１のシェル組立体１２の溝部１６内にキー構造体２８を配置する段階と溝部１６内に第２のシェル組立体２０の凸部１８を配置する段階とを含む。溝部１６は、第１のシェル組立体１２（少なくとも１つの第１のシェルセグメント１４ａ〜ｂを含む）の周りで３６０度延びることができ、また凸部１８は、溝部１６の周りでの３６０度において該溝部１６内に配置することができる。

本方法１００はまた、作業ブロック１０４に示すように、溝部１６内に凸部１８を配置する段階により第２のシェル組立体２０を第１のシェル組立体１２に嵌合させる段階を含む。キー構造体２８もまた、各キー構造体２８の位置合せセグメント３０を溝部１６における位置合せスロット２２内に嵌合させる段階と少なくとも１つのネジ装置４２を第１のシェル組立体１２によって形成された少なくとも１つのネジ付き空洞４０内に少なくとも１つの軸方向スロット３８を通して螺合することにより少なくとも１つのキー構造体２８を第１のシェル組立体１２に螺合させる段階とにより、第１のシェル組立体１２と組合せかつ嵌合させることができる。

本方法１００はさらに、作業ブロック１０６に示すように、少なくとも１つのキー構造体２８の少なくとも一部分を溝部１６のテーパ表面２６に向かって移動させる段階と、少なくとも１つのキー構造体２８の少なくとも一部分と溝部１６のテーパ表面との間の接触により該少なくとも１つのキー構造体２８の少なくとも一部分を凸部１８との接触状態に導く段階とを含む。例示的な実施形態では、テーパ表面２６と接触することになるキー構造体２８の一部分は、テーパ部分３３となることになり、この接触により、テーパ部分３３とテーパ表面２６との間に内側圧力シール５４の形成が可能になることになる。本方法１００においてさらに含むのは、作業ブロック１０８において示すように、移動させる段階及び導く段階により、少なくとも１つのキー構造体２８の少なくとも一部分と凸部１８との間に外側圧力シール５６を形成する段階である。内側及び外側圧力シール５４及び５６の両方はそれぞれ、溝部１６の周りでの３６０度において第１のシェル組立体１２と凸部１８との間をシールすることができる。また、内側及び外側圧力シール５４及び５６は、アクチュエータ４６及び溝部１６の高圧排出領域５０と高温再加熱領域５４との間の圧力差のうちの少なくとも１つにより該内側及び外側圧力シール５４及び５６を形成する位置にキー構造体２８を作動させることができる。

例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の要素に対して様々な変更を加えることができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることは当業者には分かるであろう。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、特定の情況又は実態を本発明の教示に適合させるように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、提出した特許請求の範囲の技術的範囲内に属するあらゆる実施形態を含むことになることが重要である。さらに、特に述べない限り、第１の、第２の、などの用語のいかなる使用も、何らの順序又は重要性をも示すものではなく、むしろ第１の、第２の、などの用語は、１つの要素を他の要素と区別するために使用している。

タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステムの概略断面図。 図１における領域１の拡大図。 タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステムにおける軸方向凸部及び溝部嵌合の概略平面図。 タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステムにおける軸方向凸部及び溝部嵌合の概略部分断面図。 タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステムにおける、たわみ空洞６２を備えた軸方向凸部及び溝部嵌合の概略断面図。 タービンシェル組立体を位置合せしかつシールする方法を示すブロック図。

符号の説明

１０ システム
１２ 第１のシェル組立体
１４ａ〜ｂ 第１のシェルセグメント
１６ 形成グルーブ（メス部材または溝状部）
１８ タング（オス部材または舌状部）
２０ 第２のシェル組立体
２１ シール表面
２２ 位置合せスロット
２４ 組合せ表面
２６ テーパ表面
２８ キー構造体
３０ 位置合せセグメント
３２ シールセグメント
３２ａ シールセクション
３２ｂ 組合せセクション
３３ テーパ部分
３４ シール装置
３５ 柔軟性たわみロープ
３６ ロープ溝
３８ 軸方向スロット
４０ ねじ付き空洞
４２ ねじ装置
４４ａ〜４４ｂ 間隙ギャップ
４６ アクチュエータ
４８ 壁
５０ 高圧排出領域
５２ 高温再熱領域
５４ 内側圧力シール
５６ 外側圧力シール
６２ たわみ空洞
６４ 圧縮フランジ
７０ 幅
７２ａ〜ｂ 側壁
９０ 突合せ継手
９１ 継手凸部
９２ 継手溝部
１００ 方法
１０２ 作業ブロック
１０４ 作業ブロック
１０６ 作業ブロック
１０８ 作業ブロック

Claims (6)

1. タービンシェル組立体を位置合せしかつシールするためのシステム（１０）であって、
   少なくとも１つの第１のシェルセグメント（１４ａ〜ｂ）を備えた第１のシェル組立体（１２）と、
   凸部（１８）を備えた第２のシェル組立体（２０）と、
   前記第１のシェル組立体（１２）によって形成されかつ前記第２のシェル組立体（２０）から延びる前記凸部（１８）とかみ合うように構成された溝部（１６）と、
   前記溝部（１６）内に配置可能であり、前記少なくとも１つの第１のシェルセグメント（１４ａ〜ｂ）の少なくとも１つの表面（２４）と接触し、かつ前記凸部（１８）のシール表面（２１）との間で少なくとも部分的にシール可能である少なくとも１つのキー構造体（２８）と、
   前記少なくとも１つのキー構造体（２８）の少なくとも一部分と接触する前記溝部（１６）のテーパ表面（２６）と、
   を含み、
   前記溝部（１６）が、前記第１のシェル組立体（１２）の周りで３６０度延び、
   前記凸部（１８）が、前記溝部（１６）の周りでの３６０度において該溝部（１６）内に嵌合可能であり、
   前記少なくとも１つのキー構造体（２８）の各々が、前記溝部（１６）の周りでの３６０度において前記凸部（１８）のシール表面（２１）との間でシール可能であるシールセグメント（３２）と、前記溝部(１６)内に配置されかつ前記少なくとも１つの第１のシェルセグメント（１４ａ〜ｂ）の各々によって形成された位置合せスロット（２２）内部に配置可能である位置合せセグメント（３０）とを含む、
   システム（１０）。
2. 前記シールセグメント（３２）が、シール装置（３４）を含み、
   前記シール装置（３４）が、前記シールセグメント(３２)と前記凸部（１８）のシール表面（２１）とのシール性を可能にする、
   請求項１記載のシステム（１０）。
3. 前記シールセグメント（３２）が、少なくとも１つの軸方向スロット（３８）を形成し、
   前記第１のシェルセグメント（１４ａ〜ｂ）が、少なくとも１つのネジ付き空洞を形成し、
   前記キー構造体(２８)及び第１のシェルセグメント（１４ａ〜ｂ）が、前記少なくとも１つの軸方向スロット（３８）及び少なくとも１つのネジ付き空洞（４０）内に螺合した少なくとも１つのネジ装置により結合され、
   前記少なくとも１つの軸方向スロット（３８）が、前記キー構造体（２８）の軸方向移動を可能にするように構成される、
   請求項１記載のシステム（１０）。
4. 前記シールセグメント（３２）が、たわみ空洞（６２）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
5. 前記溝部（１６）内に配置されかつ前記キー構造体（２８）の少なくとも一部分を前記テーパ表面（２６）に向かって作動させることが可能である少なくとも１つのアクチュエータ（４６）をさらに含む、請求項１記載のシステム（１０）。
6. 前記溝部（１６）のテーパ表面（２６）が、前記少なくとも１つのキー構造体（２８）のテーパ部分（３３）との間でシール可能である、請求項１記載のシステム（１０）。
   

Images