JPH01247701A

JPH01247701A - 蒸気タービンのベル型シール装置

Info

Publication number: JPH01247701A
Application number: JP1033884A
Authority: JP
Inventors: Frank J Heymann; 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: 1989-10-03
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: CA1325029C; JP2516674B2; US4812105A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】ｌｌへ１１１、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、先行技術の説明勿１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、多年に互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０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３，９０７，３
０８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、−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的１６８〜２４５Ｋｇ／ｃｔａ２
（２４００〜３５００ｐ、ｓ、ｉ、）、温度的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、特別の保持ナツト部材により
、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
ツト部材は５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、保持ナツト部材の上方に指向した層
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巾に入る。

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ちのであるが、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
面の牽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、この弛緩状形
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がら、本発明の一最的な目的は、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持ナツト部材を有する
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、保持ナツ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、保持ナツ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（
上側屑状表面）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ツト
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、保持ナラ１へ部材及びノズル
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
ティ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ィーにおける蒸気圧力の変動によ
っ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ィ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ツ
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し実現するベル型シール装置
は、本発明によると、ベル型シール部材及び保持ナツト
部材を備え、該ベル型シール部材は、上方に指向した上
端封止面及び下方に指向した下側フランジ支持面を有し
て半径方向に延在するフランジ部と、ラビリンスシール
領域及び溝付きの案内表面領域に分けられたスカート下
縁部を備えたスカート部とを有しており、該保持ナツト
部材は、外径部に軸方向の清を有する支持フランジ部を
含んでいて、保持ナツト部材のフランジ部の下流側端面
とベル型シール部材のフランジ部の支持面との間に流体
の流路を形成している９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。

発明の好適な灸Ｉ乱二１１本発明力シール部材は種々の適用例において使用しろる
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であるが、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０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、゛下方゛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、パ下方”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。

次に図面を詳細に参照すると、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１
２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１
６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どの間を流れ、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、蒸気な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
す・ソト部材とを含むものとして示されている。使用中
、保持ナツト部材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、部分閉に繰り返しの
０２１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、属人５２とを含んでおり、該属人５２は、その上流
端にある肩部５６と下流端にあるＩＲ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、保持ナツト部材４２を調節固定住方にロ
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を着脱自在に受は入れる。

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、テーバの付いた肩面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ィーは保持ナツト部材４２の諸
部分とネック部８０との間の近伊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９
２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、機械加工済みの下端封
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４ｏ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メカ−下縁下縁部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１１６で終端している。

ラビリンスシール領域１０２は、円周方向のシール清１
０８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１０
４は、軸方向に延びる複数の清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１１
０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。この軸方向の渭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、テーバの付い
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、保持ナツト部材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とを有する保持ナツト本体部１１
７を含むものとして図示されている。保持ナツト部材４
２は、入口スリーブの国人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）１
２２を含んでいる。

保持ナツト部材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４０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
み目の付いた上側屑状表面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
ナツト部材４２の上側屑状表面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、保持ナツト部材４２にあってそ
の下側フランジ面１３０と上側屑状表面１２６との間で
フランジ部１２４を貫いて延びるスロワｌ−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ツ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は保持ナツト部材の外径側に設けられて
いるので、保持ナツト部材４２の下側もしくは後縁部１
３２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、保持ナツト部材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ィーを提供する。

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１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、それが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が保持ナツト部材４２上
に位置決めされて支持され、そして保持ナラ１〜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、保持ナツ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９
２及び入口スリーブの本体部４４の対峙する面９６．５
８間に予め計算した隙間（約０．１ｎｍが好ましい）が
できるまで、保持ナツト部材４２が回される。しかる後
、ロック用締結具６２を固定して保持ナツト部材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、掻く僅
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Ｌ方の適切な
位置にしっかり留とまっている時には、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
を経て同人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５
８．９６の液密係合に向が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１
０２にある大径部１０６．１１２を押し、シール受容環
状溝７２及び側壁７４との流木の漏れない停台状態にす
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らしくは部分に
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及び渭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１
０８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ｆ！Ｌ後の特徴について述べると、ネック部８
０の面取りされた端面８２と保持ナツト部材４２の下側
フランジ面１３０との間にあるシールキャビィティー８
６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、保持ナツト
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太きくなければ
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％、Ｗｌ、０
％の含有量を有する＃２造調合金が好ましい、外側シリ
ンダは、Ｃｒ１．２５％、ＷＯ９５％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４０−４７０ツクウエル“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
、登録商標“ステライト（Ｓｔｅｌ　Ｉ　１ｔｅ）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”という聡
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。−
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、−都
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
持ナツ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。１ｏ・・・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４ｏ
・・・ベル型シール部材４２・・・保持ナツト部材５８・・・入口スリーブの上端封止面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１
０４・・・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１０
２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・・・保持ナツト
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の上側層状表面１２８０９
．フランジ部１２４にあるスロット１３０・・・フラン
ジ部１２４の下側フランジ面出願人　　ウェスチングハ
ウス・ニレクチ〒＝７ラー３二手続補正書平成　１年　３月２３日

Claims

【特許請求の範囲】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
、該スカート下縁部は、その半径方向外面が、円周方向
に延びるシール溝により分離された複数の離間したシー
ル大径部を含むラビリンスシール領域と、前記スカート
端面から軸方向内方に延びる複数の交互する案内大径部
及び溝からなる案内・耐摩耗領域とに分けられており、
前記シール大径部及び前記案内大径部は、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
るようになつており、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内部もしくは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いる、蒸気タービンのベル型シ
ール装置。２）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内部もしくは前記ベ
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。