JP5848951B2 - シール組立体セグメント継手 - Google Patents

Description

本出願は、総括的には回転機械に関し、より具体的には、スプリット継手を備えたセグメントを有する回転機械の部品間で使用して、そこを通り抜ける軸方向及び半径方向漏洩を制限するシール組立体に関する。

蒸気タービンなどのような回転機械では、シール組立体を使用して、２つの静止部品間並びに／或いは静止部品と回転部品の間にシールを形成してそこを通り抜ける漏洩を制限するようにする。そのようなシール組立体は、互いに隣接して配置された幾つかの弓形シールセグメントを有することができる。シールセグメントは一般的に、部品の一方の環状グルーブ内に配置することができる。各シールセグメントはさらに、他方の部品に対向したシール面を有することができる。シール機能は、シールセグメントのシール面及び対向する部品間に比較的緊密な間隙を形成することによって達成することができる。その他のタイプのシール組立体構成及び部品もまた公知である。

回転機械の運転時に、より具体的には始動時、運転停止時及び／又はその他の過渡運転時に、シール組立体の部品は、異なる熱膨張速度を受ける可能性がある。それらの熱膨張速度は、部品が膨張及び収縮する時にシールセグメント間の空間に悪影響を与えかつ該空間を通り抜ける漏洩を引き起こす可能性がある。例えば、セグメント間ギャップ漏洩は、多くの蒸気タービンの第一段ノズル位置などの周りで使用することができる多くの「ゼロ漏洩」シールにおける漏洩の主原因となる可能性がある。セグメント間ギャップ漏洩は、一層緊密な半径方向間隙を使用する場合に、大きな問題になっている。従って、シールセグメント間の漏洩を最小にすることにより、回転機械性能及び効率全体を改善することができる。

回転機械の第１の部品及び第２の部品間で使用するセグメントシールは通常、それらセグメントシールが弓形変形しかつシール面における半径方向間隙を大きく開いてそれを通り抜ける漏洩を伴わないような当接ギャップを該セグメント間に有するように設計される。間隙シールでは、当接ギャップ漏洩は比較的小さいが、シール歯がそれらの噛合いシール表面と接触した「ゼロ間隙」シールのケースにおけるようにシール歯間隙が小さい場合に、それらの間の比較的緩やかな動きの故に当接ギャップ漏洩が重要なものとなる可能性がある。シール歯における漏洩が非常に小さいので、当接ギャップ漏洩は、漏洩の主原因となる。

米国特許第７６３１８７９号明細書

従って、そこを通り抜けるセグメント間漏洩を制限すると同時に、異なる温度条件に適切に対応することができる改良型のシール組立体に対する要望が存在する。そのような改良型のシール組立体はまた、安価でありかつ信頼性がある部品を使用することにより機械性能及び効率全体を改善する。

従って、本出願は、回転機械の第１の部品及び第２の部品間で使用するシール組立体を提供する。本シール組立体は、第１の傾斜表面を備えた第１の端部を有する第１のシールセグメントと、第２の傾斜表面を備えた第２の端部を有する第２のシールセグメントとを含むことができる。第１のシールセグメントの第１の端部の第１の傾斜表面は、半径方向シールポイントから軸方向シールポイントまで延在する継手において、第２のシールセグメントの第２の端部の第２の傾斜表面と接触する。

本出願はさらに、回転機械の第１の部品及び第２の部品間で使用するシール組立体を提供する。本シール組立体は、第１の傾斜表面及び雌形部材を備えた第１の端部を有する第１のシールセグメントと、第２の傾斜表面及び雄形部材を備えた第２の端部を有する第２のシールセグメントとを含むことができる。第１のシールセグメントの第１の端部の第１の傾斜表面及び雌形部材は、半径方向シールポイントから軸方向シールポイントまで延在する継手において、第２のシールセグメントの第２の端部の第２の傾斜表面及び雄形部材と接触する。

本出願はさらに、回転機械を提供する。本回転機械は、第１の部品と、第２の部品と、第１の部品及び第２の部品間に配置されたシール組立体とを含むことができる。シール組立体は、第１の傾斜表面を備えた第１のシールセグメント及び第２の傾斜表面を備えた第２のシールセグメントを含み、第１のシールセグメントの第１の傾斜表面が継手の周りで第２のシールセグメントの第２の傾斜表面と接触するようにすることができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴及び改良は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

公知のシール組立体を備えた回転機械の一部分の断面図。 本明細書で説明することができるようなシール組立体を備えた回転機械の一部分の断面図。 一対の整合シール組立体セグメント表面の斜視図。 本明細書で説明することができるようなシール組立体の別の実施形態の側面図。

次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、蒸気タービンのような回転機械１０の一部分の断面図を示している。その全体を説明すると、回転機械１０は、図示するように互いに隣接して配置された第１の静止部品１５及び第２の静止部品２０を有することができる。第１の静止部品１５及び第２の静止部品２０間の漏洩を減少させるために、部品間境界部３０にシール組立体２５を設けることができる。境界部３０は、高圧領域３５及び低圧領域４０を分離することができる。

シール組立体２５は、弓形シールセグメント４５の環状アレイで形成することができる。各シールセグメント４５は、幾つかの突出シール歯５５を備えたシール面５０を有することができる。シール歯５５は、第２の静止部品２０の噛合い表面２２と係合して半径方向のシールポイントを形成する。シール側部表面５２は、圧力負荷によって押圧されて第１の静止部品１５上の噛合い表面８５と接触して軸方向の別のシールポイントを形成する。シール歯５５は、高圧領域３５から低圧領域４０に流れる蒸気のような流体媒体に対する部分的バリアとして作用しまた接触表面５２、８５は、半径方向のあらゆる漏洩を防止する。本明細書では、あらゆる数のシールセグメント４５を使用することができる。その他のタイプのシール組立体構成及び部品もまた公知である。

シールセグメント４５の半径方向外側部分は、フランジ６０を設置した一対のセグメントを含むことができる。フランジ６０は、シールセグメント４５から互いに離れるように軸方向反対方向に延在することができる。軸方向に縮小したネック部６５は、シール面５０及びフランジ６０間に延在することができる。シールセグメント４５は、第１の静止部品１５内に主として「Ｔ字」形断面を有する環状グルーブ７０内に配置することができる。環状グルーブ７０は、フック７５を設置した一対の静止部品によって静止部品１５の半径方向最内側部分に沿って形成することができる。設置したフック７５は、互いに向けて軸方向に延在してそれらの間にスロット８０を形成するようにすることができる。シールセグメント４５は、その軸方向に縮小したネック部６５が静止部品スロット８０内に嵌合されてその中で移動するように配置することができる。

本明細書に説明したシール組立体２５は、回転機械１０の多種多様な部品で有用なものとなることができる。本明細書の開示は、２つの静止部品１５、２０の使用について説明しているが、シール組立体２５はまた、タービンダイアフラム及びシャフト間のような静止部品と回転部品の間に配置することができることを理解されたい。本明細書では、その他のタイプの部品を使用することができる。さらに、部品１５、２０の半径方向配置は、外側に向いたシールを有しかつシール組立体２５の外側にシール噛合い表面を有するように逆にすることができる。さらに、２つの部品１５、２０はまた、軸方向対面位置に回転させることができる。

当接ギャップが存在しない場合には、シール組立体は、低圧領域４０から高圧領域３５を分離することができる。しかしながら、部品２０が熱的及び／又は機械的理由により相対的に収縮した（又はシール２５が相対的に膨張した）場合には、シールセグメント４５は、弓形変形しかつシール面５０及び部品２０上の噛合い表面２２間のシール歯間隙を大きく開いて、漏洩の大きな増加を引き起こす可能性がある。

図２は、本明細書で説明することができるような回転機械１００の一部分を示している。上述したように、回転機械１００は、第１の部品１１０及び第２の部品１２０を含む。上述したのと同様に、部品１１０、１２０は、静止及び／又は回転部品とすることができる。回転機械１００は、部品１１０、１２０間の境界部１４０に配置されたシール組立体１３０を含むことができる。シール組立体１３０は、幾つかの弓形シールセグメント１５０を含むことができる。各シールセグメント１５０は、その上に幾つかのシール歯１７０を備えたシール面１６０を含むことができる。あらゆる数のシール歯１７０を使用することができる。各シールセグメント１５０は同様に、フランジ１８０を設置した一対のセグメント及び軸方向縮小ネック部１９０を含むことができる。シールセグメントは、第１の部品１１０の環状グルーブ２００内に配置することができる。環状グルーブ２００は、ほぼ「Ｔ字」形断面を有することができる。環状グルーブ２００は、フック２１０を設置した一対の第１の部品によって形成することができ、フック２１０は、それらの間にスロット２２０を形成する。本明細書では、その他のタイプのシール組立体構成及び部品も使用することができる。

各シールセグメント１５０は、図３に示すように第１の端部２３０及び第２の端部２４０を含むことができる。第１のシールセグメント２５０及び第２のシールセグメント２６０は、継手２７０において接触することができる。本明細書では、あらゆる数のシールセグメント２５０を使用することができる。第１のシールセグメント２５０の第１の端部２３０は、継手２７０に沿って第２のシールセグメント２６０の第２の端部２４０と整列させることができる。（シールセグメント２５０の第１の端部２３０及び第２の端部２４０は、相対的位置関係のみのために説明している。いずれの端部も第１の端部又は第２の端部とすることができる。）
図３に示すように、第１のシールセグメント２５０の第１の端部２３０は第１の傾斜表面２８０を含むことができ、一方、第２のシールセグメント２６０の第２の端部２４０は第２の傾斜表面２９０を含むことができる。第１の傾斜表面２８０及び第２の傾斜表面２９０は、第１のシールセグメント２５０及び第２のシールセグメント２６０間に継手２７０を形成するようにオーバラップさせることを意図している。第１の傾斜表面２８０は雌形部材２８５とすることができまた第２の傾斜表面２９０は雄形部材２９５とすることができる（或いは、その逆にすることができる）。

端部２３０、２４０間の当接ギャップは、セグメント２５０、２６０が弓形変形するのではなく継手２７０に沿って互いに摺動することができるようになる。継手２７０の交差線は、両セグメント２５０、２６０が組合せ歯として結合しかつ噛合い表面１２２と係合した半径方向シールポイント３００から開始しまた両セグメント２５０、２６０が別の噛合い表面３８５と接触した軸方向シールポイント３１０で終端するので、端部２３０、２４０間の当接ギャップボリュームは従って、端部部材２８５、２９５間の下流当接ギャップボリュームから完全に分離される。このようにして、セグメント端部間の空間は、２つのボリュームに分割されかつこれら２つのボリューム間には開口連結部は全く存在しておらず、当接ギャップがシールされる。傾斜表面２８０、２９０は、それらが半径方向シールポイント３００及び軸方向シールポイント３１０間の空間を遮蔽する限り、異なるタイプのオーバラップ又は相補的構成を有することができる。傾斜表面２８０、２９０は、あらゆる相補的角度を有することができる。同様に、雌形部材２８５及び雄形部材２９５は、あらゆる相補的形状、深さ又はその他の構成を有することができる。

従って、本明細書で説明したシール組立体１３０は、半径方向及び軸方向の両方向のギャップ漏洩を防止する。シール組立体１３０は、そのような漏洩を防止するのに余分の部品又は付加的な構造を全く必要としないことが、特に重要である。それどころか、第１のシールセグメント２５０の第１の端部２３０の第１の傾斜表面２８０は、第２のシールセグメント２６０の第２の端部２４０の第２の傾斜表面２９０と整列して、実質的漏洩プルーフ又は漏洩防止継手２７０を形成する。従って、シール組立体１３０は、回転機械１００性能全体を改善することができ、比較的低コストとすることができかつ容易に装置設定及び実装することができる。さらに、シール組立体１３０は、継続的保守整備を殆ど必要としないものとすることができる。

図４は、本明細書で説明することができるようなシール組立体３２０の別の実施形態を示している。この実施形態では、シール組立体３２０もまた、第１のシールセグメント３４０及び第２のシールセグメント３５０を備えた幾つかの弓形シールセグメント３３０を含むことができる。シールセグメント３４０、３５０の各々は、上述したような第１の端部３６０及び第２の端部３７０を有することができる。端部３６０、３７０の１つは、ブラシシール３９０を含むことができる。ブラシシール３９０は、端部３６０、３７０の一方から延在し、シールセグメント３３０の長さに沿って延在しかつ他方の端部３６０、３７０の手前で終端することができる。隣接するセグメントの１つ上の端部３７０はまた、セグメント継手表面を横切って突出させることができる円周方向傾斜ブラシシール端部を受ける陥凹部分４００を含むことができる。本明細書では、その他の構成も使用することができる。

上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。

１０ 回転機械
１５ 第１の静止部品
２０ 第２の静止部品
２２ 噛合い表面
２５ シール組立体
３０ 境界部
３５ 高圧領域
４０ 低圧領域
４５ シールセグメント
５０ シール面
５２ シール側部表面
５５ シール歯
６０ フランジ
６５ ネック部
７０ グルーブ
７５ フック
８０ スロット
８５ 噛合い表面
１００ 回転機械
１１０ 第１の部品
１２０ 第２の部品
１３０ シール組立体
１４０ 境界部
１５０ シールセグメント
１６０ シール面
１７０ シール歯
１８０ フランジ
１９０ ネック部
２００ グルーブ
２１０ フック
２２０ スロット
２３０ 第１の端部
２４０ 第２の端部
２５０ 第１のシールセグメント
２６０ 第２のシールセグメント
２７０ 継手
２８０ 第１の傾斜表面
２８５ 雌形部材
２９０ 第２の傾斜表面
２９５ 雄形部材
３００ 半径方向シールポイント
３１０ 軸方向シールポイント
３２０ シール組立体
３３０ シールセグメント
３４０ 第１のシールセグメント
３５０ 第２のシールセグメント
３６０ 第１の端部
３７０ 第２の端部
３８０ 継手
３９０ ブラシシール
４００ インデンテッド部分

Claims (6)

1. 回転機械（１００）の第１の部品（１１０）と第２の部品（１２０）の間で使用するシール組立体（１３０）であって、当該シール組立体（１３０）が、
   軸方向に雌形部材（２８５）を形成する第１の傾斜表面（２８０）を備えた第１の端部（２３０）を有する第１のシールセグメント（２５０）と、
   軸方向に前記雌形部材（２８５）と嵌合するように構成された雄形部材（２９５）を形成する第２の傾斜表面（２９０）を備えた第２の端部（２４０）を有する第２のシールセグメント（２６０）と、
   前記第１のシールセグメント（２５０）および前記第２のシールセグメント（２６０）から延在する複数のシール歯（１７０）と、
   前記複数のシール歯の周りを、前記第１のシールセグメント（２５０）および前記第２のシールセグメント（２６０）から延在するブラシシール（３９０）と、
   を備え、
   前記第１のシールセグメント（２５０）の前記雌形部材（２８５）と、前記第２のシールセグメント（２６０）の前記雄形部材（２９５）とが連帯して、前記複数のシール歯のうちの少なくとも１つを形成し、
   第１のシールセグメント（２５０）の第１の端部（２３０）の第１の傾斜表面（２８０）が、半径方向シールポイント（３００）から軸方向シールポイント（３１０）まで軸方向に延在する継手（２７０）において、第２のシールセグメント（２６０）の第２の端部（２４０）の第２の傾斜表面（２９０）と接触する、
   シール組立体（１３０）。
2. 第１のシールセグメント（２５０）が、第１のセグメント第２の傾斜表面（２９０）を備えた第１のセグメント第２の端部（２４０）を含む、請求項１に記載のシール組立体（１３０）。
3. 第２のシールセグメント（２６０）が、第２のセグメント第１の傾斜表面（２８０）を備えた第２のセグメント第１の端部（２３０）を含む、請求項１又は請求項２に記載のシール組立体（１３０）。
4. 前記第１のシールセグメント（２５０）及び前記第２のシールセグメント（２６０）の各々が、一対の位置決めフランジ（１８０）及びネック部（１９０）を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシール組立体（１３０）。
5. 第１の傾斜表面（２８０）及び第２の傾斜表面（２９０）が、第１のシールセグメント（２５０）及び第２のシールセグメント（２６０）間で分割された歯（１７０）に沿って延在する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシール組立体（１３０）。
6. 前記継手（２７０）が、第１のシールセグメント（２５０）及び第２のシールセグメント（２６０）の高圧側（３５）から低圧側（４０）に延在する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシール組立体（１３０）。