パッキングシールロータランド
【課題】パッキングシールで利用されるロータランドを提供すること。
【解決手段】１つの実施形態において、パッキングシール（８６）は、環状歯状部（９４）と整列した複数のランド（９６）を有する。各ランド（９６）は、回転部品（７０、８２）の回転軸線に対して対向する軸方向側部（１１２）を有する。各ランド（９６）はまた、対向する側部（１１２）の少なくとも１つにおいて凹部（１１６）を有する。
【解決手段】１つの実施形態において、パッキングシール（８６）は、環状歯状部（９４）と整列した複数のランド（９６）を有する。各ランド（９６）は、回転部品（７０、８２）の回転軸線に対して対向する軸方向側部（１１２）を有する。各ランド（９６）はまた、対向する側部（１１２）の少なくとも１つにおいて凹部（１１６）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、パッキングシールに関し、より詳細には、パッキングシールで利用されるロータランドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パッキングシールは、蒸気タービン、ガスタービン、発電機、及び圧縮機などの回転機械における回転部品と固定部品との間に利用することができる。回転機械は、回転部品の１以上の段間に流体を流し、出力を発生し、又は流体を加圧することができる。パッキングシールは、段間すなわち各段への入口及び／又は各段の出口に配置され、固定部品と回転部品の間の流体漏洩を低減することができる。パッキングシールは一般に、流体の流れを抑制する制限部を形成するために、ロータランドと界接する一連のシールを含む。残念なことに、流体はこの界接部に向かって直接流れることが多く、結果としてより大きな漏洩を生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５００３９６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある一部の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態において、システムは、回転機械と、該回転機械の回転部品及び固定部品間に配置されたパッキングシールとを含む。パッキングシールは、回転部品の回転軸線に沿って互いに間隔を置いて配置された第１の軸方向位置に配置される複数の歯状部と、複数の歯状部と軸方向に整列して第１の軸方向位置に配置された複数のランドと、を含む。ランドは各々、回転軸線に対して互いに対向する第１及び第２の軸方向側部と、第１の側部又は第２の側部、或いは両方にある凹部とを含む。
【０００６】
第２の実施形態において、システムは、タービンエンジンのパッキングリングと整列するように構成された環状ランドを有するロータを含む。環状ランドは、第１の半径位置から第２の半径位置にある半径方向表面に延びる半径方向突出部を含む。半径方向表面は、パッキングリングと整列するように構成される。半径方向突出部が、第１及び第２の半径位置の間に第１の軸方向寸法を有し、半径方向突出部が、第２の半径位置に第２の軸方向寸法を有する。第１の軸方向寸法が第２の軸方向寸法よりも少なくとも約２０パーセント小さい。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、シュラウドと複数のブレードを有するロータとの間で装着するよう構成されるパッキングシールを含む。パッキングシールは、環状歯状部と整列するよう構成された半径方向表面を有する環状ランドと、ロータから半径方向表面に延び、且つ互いに対向して延びる第１及び第２の側部とを含む。第１の側部は、ロータの回転軸に対して第２の側部に向かって少なくとも部分的に延びる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】パッキングシールを利用することができ、ガスタービン、蒸気タービン、及びＨＲＳＧを有する複合サイクル発電システムの実施形態の概略フロー図。
【図２】図１の蒸気タービンの１つの実施形態の側断面図。
【図３】図２のパッキングシールの１つの１つの実施形態の断面図。
【図４】パッキングシールを通る流体を示す図３のパッキングシールの断面図。
【図５】図３の弓状線５−５内でとったパッキングシールのロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図６】上流側凹部を利用するロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図７】下流側凹部を利用したロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図８】湾曲凹部を利用するロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図９】矩形凹部を利用するロータランドの１つの実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。
【００１０】
次に、本発明の１以上の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態の説明を簡潔にする目的で、本明細書では、実際の実施の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示は、凹型のロータランドを有するパッキングシールを対象とする。パッキングシールは、一般に、ロータを囲み、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機、又は発電機などの回転機械内で高圧領域と低圧領域とを分離するパッキングリングを含む。ロータに向かって半径方向内向きに歯状部が延びて、ロータから半径方向外向きに突出するロータランドと界接することができる。歯状部とロータランドとの間にチャンバが形成され、シールを通って流れる流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、これにより高圧領域から低圧領域への流体の漏洩を最小限にすることができる。ロータランドは、チャンバの大きさを増大させ、流体流を導き、及び／又は再循環を吸気することを目的とした１以上の凹部を有することができる。詳細には、凹部は、圧力分布を改善して、各歯状部とロータランドとの間の界接面にかかる圧力を低減することができる。例えば、凹部は、流体流の旋回を誘起又は増大させることができる。このようにして、凹部は、流体漏洩を低減し、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換を促進することができる。しかしながら、シール歯状部と界接するロータランド表面の幅は、依然として、シール歯状部及び／又はロータランドの軸方向移動中でもシール歯状部とロータランドが確実に界接するのに十分とすることができる。換言すると、凹部が界接部に隣接して配置されても界接は不変にすることができる。
【００１３】
図１は、パッキングシールを利用することができる複合サイクル発電システム２の実施形態の概略フロー図である。システム２は、ガスタービン４、蒸気タービン６、及び熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム８を含むことができる。ガスタービン４内では、シンガスなどの燃料は、「トッピング」又はＢｒａｙｔｏｎサイクルで出力を発生するよう燃焼することができる。ガスタービン４からの排気ガスは、ＨＲＳＧシステム８に供給され、「ボトミング」又はＲａｎｋｉｎｅサイクルで蒸気を発生することができる。特定の実施形態において、ガスタービン４、蒸気タービン６、及びＨＲＳＧシステム８は、統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント内に含めることができる。
【００１４】
ガスタービン４は、一般に、燃料（例えば、ガス又は液体燃料）を燃焼させて第１の負荷１４を駆動することができる。第１の負荷１４は、例えば、電力を生成するための発電機とすることができる。ガスタービン４は、タービン１６、燃焼器又は燃焼室１８、及び圧縮機２０を含むことができる。ガスタービン４からの排気ガスは、蒸気タービン６（ＨＲＳＧシステム８を通って）に供給され、第２の負荷２４を駆動することができる。第２の負荷２４はまた、電力を生成するための発電機とすることができる。しかしながら、第１及び第２の負荷１４、２４の両方は、ガスタービン４及び蒸気タービン６により駆動することができる他のタイプの負荷であってもよい。加えて、ガスタービン４及び蒸気タービン６は、例示的な実施形態に図示されるように、別個の負荷１４及び２４を駆動することができるが、ガスタービン４及び蒸気タービン６はまた、縦一列の形態で利用して、単一のシャフトにより単一負荷を駆動することもできる。例示的な実施形態において、蒸気タービン６は、１つの低圧セクション２６（ＬＰ ＳＴ）、１つの中圧セクション２８（ＩＰ ＳＴ）、及び１つの高圧セクション３０（ＨＰ ＳＴ）を含むことができる。しかしながら、蒸気タービン６並びにガスタービン４の特定の構成は、実装時固有とすることができ、セクションの何れかの組み合わせを含むことができる。
【００１５】
図２はまた、ガスタービン４からの熱を利用して蒸気タービン６用の蒸気を生成するためのＨＲＳＧシステム８を含む。図示の実施形態におけるＨＲＳＧシステム８の部品は、簡略的に表現されており、限定を意図するものではない。むしろ、図示のＨＲＳＧシステム８は、こうしたＨＲＳＧシステムの一般的な動作を伝えるために示されている。ガスタービン４からの加熱排気ガス３４は、ＨＲＳＧシステム８に移送され、蒸気タービン６を駆動するのに用いられる。低圧セクション２６からの排気は、凝縮器３６に配向することができる。更に、凝縮器３６からの凝縮物は、復水ポンプ３８を用いてＨＲＳＧシステム８の低圧セクションに配向することができる。
【００１６】
次いで、凝縮物は、ガスにより給水を加熱するよう構成されたデバイスである低圧エコノマイザ４０（ＬＰＥＣＯＮ）を通って流れることができ、これを利用して凝縮物を加熱することができる。凝縮物は、低圧エコノマイザ４０から低圧蒸発器４２（ＬＰＥＶＡＰ）又は中圧エコノマイザ４４（ＩＰＥＣＯＮ）に向けて配向することができる。低圧蒸発器４２からの蒸気は、蒸気タービン６の低圧セクション２６に戻すことができる。同様に、凝縮物は、中圧エコノマイザ４４から中圧蒸発器４６（ＩＰＥＶＡＰ）又は高圧エコノマイザ４８（ＨＰＥＣＯＮ）に向けて配向することができる。加えて、中圧エコノマイザ４４からの蒸気は、燃料ガスヒータ（図示せず）に送ることができ、ここで蒸気を用いて、ガスタービン４の燃焼室１８で使用するための燃料ガスを加熱することができる。中圧蒸発器４６からの蒸気は、蒸気タービン６の中圧セクション２８に送ることができる。この場合も同様に、例示の実施形態は、単にＨＲＳＧシステムの一般的な動作を示しているので、エコノマイザ、蒸発器、及び蒸気タービン６間の接続は、実施毎に変わることができる。
【００１７】
最後に、高圧エコノマイザ４８からの凝縮物は、高圧蒸発器５０（ＨＰＥＶＡＰ）に配向することができる。高圧蒸発器５０から出る蒸気は、１次高圧過熱器５２及び最終高圧過熱器５４に配向することができ、ここで蒸気が過熱されて、最終的には蒸気タービン６の高圧セクション３０に送られる。蒸気タービン６の高圧セクション３０からの排気は、蒸気タービン６の中圧セクション２８に配向することができ、蒸気タービン６の中圧セクション２８からの排気は、蒸気タービン６の低圧セクション２６に配向することができる。
【００１８】
段間過熱低減器５６は、１次高圧過熱器５２及び最終高圧過熱器５４間に配置することができる。段間過熱低減器５６は、最終高圧過熱器５４からの蒸気の排気温度をよりロバストに制御することを可能にすることができる。具体的には、段間過熱低減器５６は、最終高圧過熱器５４から出る蒸気の排気温度が所定値を上回るときには常に、最終高圧過熱器５４の上流側にある過熱蒸気内に低温の給水噴霧を噴射することによって、最終高圧過熱器５４を出る蒸気の温度を制御するよう構成することができる。
【００１９】
加えて、蒸気タービン６の高圧セクション３０からの排気は、１次再熱器５８及び２次再熱器６０内に配向することができ、ここで排気が再熱された後、蒸気タービン６の中圧セクション２８内に配向される。１次再熱器５８及び２次再熱器６０はまた、段間過熱低減器６２と関連付けて、再熱器からの排出蒸気温度を制御することができる。具体的には、段間過熱低減器６２は、２次再熱器６０から出る蒸気の排気温度が所定値を上回るときには常に、２次再熱器６０の上流側にある過熱蒸気内に低温の給水噴霧を噴射することによって、２次再熱器６０を出る蒸気の温度を制御するよう構成することができる。
【００２０】
システム２のような複合サイクルシステムにおいて、高温排気は、ガスタービン４から流れてＨＲＳＧシステム８を通過することができ、該高温排気を用いて高圧高温の蒸気を生成することができる。次いで、ＨＲＳＧシステム８により生成された蒸気は、発電のために蒸気タービン６を通ることができる。加えて、生成蒸気はまた、過熱蒸気を使用できる他の何れかのプロセスに供給することができる。ガスタービン生成サイクルは、多くの場合「トッピングサイクル」と呼ばれ、蒸気タービン生成サイクルは、多くの場合「ボトミングサイクル」と呼ばれる。図１に示すようにこれら２つのサイクルを組み合わせることによって、複合サイクル発電システム２は、両サイクルにおいてより高い効率をもたらすことができる。詳細には、トッピングサイクルからの排気熱を取り込み、ボトミングサイクルで使用するための蒸気を生成するのに用いることができる。勿論、複合サイクル発電システム２は、単に例証として定められており、限定を意図するものではない。本明細書で説明されるロータランド及びパッキングシールは、何れかの好適な用途で利用されるガスタービン４及び蒸気タービン６などの回転機械で使用することができる。特定の実施形態において、ロータランド及びパッキングシールは、タービン１６、圧縮機２０、高圧蒸気タービン３０、中圧蒸気タービン２８、低圧蒸気タービン２６、及び／又はＨＲＳＧシステム２内で利用することができる。
【００２１】
図２は、図１の高圧セクション３０、中圧セクション２８、及び低圧セクション２６を含む蒸気タービン６の実施形態を図示している。蒸気タービン６は、例えば、図１のＨＲＳＧシステム８から蒸気を受け取ることができる種蒸気入口ポート６４を含む。蒸気は、軸線７２を中心として回転するシャフト７０上に装着され円周方向に間隔を置いて配置された一連のブレード６６を流れることができる。蒸気は、高圧セクション３０から中圧セクション２８に入り、シャフト７０上に装着され円周方向に間隔を置いて配置された別の一連のブレード７３を流れることができる。特定の実施形態において、蒸気は、加熱を受けた後に中圧セクション２８に流入することができる。
【００２２】
蒸気は、中圧セクション２８からクロスオーバ管体７４及び入口ボックス７６を通って低圧セクション２６に流れることができる。低圧セクション２６内では、蒸気は、軸線７２を中心として回転するシャフト８２上に装着され円周方向に間隔を置いて配置された一連のブレード７８を反対の軸方向に流れることができる。シャフト８２は、軸方向の対向する端部に配置されたフランジ８３を含むことができ、一方端部上でシャフト８２をシャフト７２に結合し、他方端部上で発電機シャフト（図示せず）にシャフト８２を結合する。
【００２３】
段６６及び７８の周囲及び／又は間の蒸気の漏洩を最小限にするために、高圧セクション３０及び中圧セクション２８内にパッキングケーシング８４を含めることができる。具体的には、パッキングケーシング８４は、回転軸線７２の回りを囲む軸方向に間隔を置いて配置された固定シェルを含むことができ、該固定シェルは、回転軸線７２に向けて半径方向内方に延びるパッキングシール８６を含む。パッキングシール８６は、シャフト７０及び８２から突出するロータランドと界接して、パッキングシール８６を通る蛇行経路を形成する歯状部を含み、これにより蒸気漏洩を最小限にすることができる。
【００２４】
図３は、図２に示す中圧セクション２８内に配置されたパッキングシール８６の１つの実施形態を図示している。パッキングシール８６は、蒸気タービンの関連状況の範囲で示されているが、本明細書で説明されるパッキングシールは、とりわけ、ガスタービン、圧縮機、蒸気タービン、又は発電機などの何れかの好適な回転機械内で利用することができる。更に、パッキングシール８６は、段間又は段の入口及び／又は出口付近に配置することができる。
【００２５】
パッキングシール８６は、シャフト８２の回りを囲むパッキングケーシング８４を含む。パッキングリング８８は、シャフト８２を囲むパッキングシール８６に装着される。１つだけのパッキングリング８８が例示されているが、特定の実施形態において、複数のパッキングリング８８を回転機械内の段間に軸方向（方向８９）に間隔を置いて配置することができる。各パッキングリング８８は、パッキングケーシング８４からシャフト８２に向かって半径方向（方向９１）に延びる、弓状シールセグメント９０の環状アレイを含む。各シールセグメント９０は、シャフト８２に向けて半径方向（方向９１）に突出する環状歯状部９４を備えた環状シール表面９２を含む。歯状部９４は、界接位置９７にてシャフト８２から半径方向外向き（方向９１）に突出する環状ロータランド９６と整列し且つ界接することができる。歯状部９４はまた、界接位置９９にてロータランド９６間に配置されたシャフト８２の表面９８と整列し且つ界接することができる。パッキングシール８６を通る蒸気などの流体の流れを制限するために、歯状部９４、ロータランド９６、及び表面９８間に小間隙が存在することができる。
【００２６】
ロータランド９６は、シール歯状部９４及びロータランド９６により形成されるチャンバ１００のサイズを増大させるように設計された略非矩形（例えば、略三角形）の形状を有することができる。特定の実施形態において、チャンバ１００の増大サイズは、パッケージシール８６を流れる流体のより多くの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、これによりパッケージシール８６を通る流体漏洩を最小限にするように設計することができる。更に、ロータランド９６の形状は、各ロータランド９６及びシール歯状部９４の上流側部及び／又は下流側の圧力分布を改善するよう設計することができる。例えば、ロータランド９６の形状は、流体流の再循環又は旋回（例えば、小スケールの渦及び／又は大スケールの渦流）を誘導又は誘起し、これにより各ランド９６及び歯状部９４間の界接部に向かう直接流を低減することができる。従って、流体流は、界接部に接して通過（例えば、歯状部９４と垂直に）して直接軸方向（方向８９）に流れるのではなく、界接部に沿って又はわたって（例えば、歯状部９４に平行に）半径方向（方向９１）に流れ易い傾向がある。
【００２７】
図４は、パッキングシール８６の一部を通る流体の流れを図示している。矢印１０２及び１０４は全体的に流体の流れを示している。しかしながら、他の実施形態では、パッキングシール８６内の流れ、渦、及び／又は渦流の形状は変わる可能性がある。矢印１０２は全体的に、パッキング歯状部９４とロータランド９６との間のギャップを通る流体の流れを示している。流体の運動エネルギーは、流体がギャップの各々を通って流れるにつれて低下することができる。ロータランド９６の三角形状は、流体がロータランド９６の三角形凹部の上流側部に接触したときに旋回、再循環、及び／又は逆流１０３を生成することができる。特定の実施形態において、逆流１０３は、約４５〜１８０度転向して、反対方向に向かって流れることができる。逆流１０３は、パッキングシール８６を流れる流体の運動エネルギーの低減に寄与することができる。ロータランド９６の三角形状はまた、ロータランド９６の三角凹部の下流側部に旋回流１０４を生成することができる。特定の実施形態において、旋回流１０４は、パッキングシール８６を流れる流体の運動エネルギーの低減に寄与することができる。更に、ロータランド９６の三角形状は、チャンバ１００のサイズを増大させることができる。特定の実施形態において、三角凹部は、パッキングシール通る流体漏洩を約５から２５パーセント及びその間の全ての部分的範囲で最小限にすることができる。
【００２８】
図５は、図４に示すロータランド９６の１つの断面図である。ロータランド９６は、シール歯状部９４の１つと界接する半径方向表面１０６を含む。半径方向表面１０６は、シール歯状部９４の先端よりも実質的に大きな軸方向寸法又は幅１０８を有する。幅１０８は、回転機械の作動中にシール歯状部９４及び／又はロータランド９６が軸方向（すなわち、図２に示す回転軸線７２と相対的）に移動する可能性があるときでも、シール歯状部９４がロータランド９６の半径方向表面１０と確実に整合するのに十分な長さにすることができる。特定の実施形態によれば、幅１０８は、約１．３〜１２．７ｍｍ（５０〜５００ミル）、及びその間の全ての部分的範囲とすることができる。摩擦の可能性を低減し、シール歯状部９４とロータランド９６との間の流体流を制限するために、シール歯状部９４と半径方向表面１０６との間に間隙１１０が存在することができる。特定の実施形態において、間隙１１０は、約０．３〜２．５ｍｍ（１０〜１００ミル）とすることができ、更に正確には約１．３ｍｍ（５０ミル）とすることができる。
【００２９】
ロータランド９６はまた、半径方向表面１０６から延びる（図３に示す軸線７２に向かって半径方向内向きに）対向する側部１１２を含むことができる。対向側部１１２は、互いに向かって収束し、第２の軸方向寸法すなわち幅１１４を定めることができる。幅１１４は、表面９８により略定められる、軸線７２（図２）の回りの半径方向位置又はその上方に配置することができる。幅１１４は、一般に、幅１０８よりも小さくすることができる。例えば、幅１１４は、幅１０８よりも少なくとも約１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセント小さくすることができる。
【００３０】
対向側部１１２は、全体的に破線１１８で定められる環状凹部１１６を形成することができる。凹部１１６は各々、チャンバ１０の各々に付加的な容積をもたらす三角形状を有することができる。凹部１１６は、ロータランド９６の軸方向中心に向かって内方に延びるより大きい方の寸法又は深さ１２０を有することができる。特定の実施形態によれば、深さ１２０は、半径方向表面１０６の幅１０８の少なくとも約１、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセントとすることができる。より正確には、深さ２０は、幅１０８の少なくとも約２０パーセントとすることができる。ロータランド９６はまた、高さ１２２で表面９８から半径方向外向きに延びることができる。特定の実施形態において、高さ１２２は、約１．３〜１２．７ｍｍ（５０〜５００ミル）、及びその間の全ての部分的範囲とすることができる。
【００３１】
勿論、相対寸法１０８、１１０、１１４、及び１２０、並びにロータランド９６の幾何形状は、単に例証として定められており、限定を意図するものではない。例えば、凹部１１６の各々の深さ１２０は、互いに異なっていてもよい。別の実施例では、幅１０８及び１１４の相対寸法は変えることができる。更に、凹部１１６は、側部１１２の一方又は両方を含めることができる。更に、凹部１１６は、とりわけ、山形、矩形、方形、長円、湾曲、半円、又は三日月など、他の幾何形状を有することができる。従って、図６〜９は、異なるタイプの凹部を利用したロータランドの他の実施形態を示している。しかしながら、任意の好適な凹部形状をロータランド９６の１つ又は両方の側部１１２に利用することができる。更に、側部１１２は、同じか、或いは異なるタイプの凹部を有することができる。
【００３２】
図６は、１つの凹部１１６がロータランド１２４の上流側部１１２に配置されたロータランド１２４を図示している。側部１１２は、ロータランド１２４の軸方向中心に向かって延びて凹部１１６を形成し、対向する側部１２６は、半径方向表面１０６に略垂直に延びて比較的直線状の側部１２６を形成する。半径方向の内側寸法又は幅１２８は、半径方向表面１０６の幅よりも小さくすることができる。
【００３３】
図７は、１つの凹部１１６がロータランド１３０の下流側部１１２に配置されたロータランド１３０を図示している。図６に示すロータランド１２４と同様に、凹部１１６は、内側半径方向寸法又は幅１２８が半径方向表面１０６の幅１０８よりも小さくなるように、幅１２８を縮小することができる。但しこの実施形態では、凹部１１６は、ロータランドの下流側部１１２に配置することができ、対向する直線状側部１２６は、上流側部１２６に配置することができる。
【００３４】
図８は、互いに向かって収束して半円状凹部１３４（例えば、凹形、Ｃ字形、又はＵ字形）を形成する湾曲した側部１３２を備えたロータランド１３１を図示する。各凹部１３４は、より大きい方の寸法又は深さ１３６でロータランド１３１の軸方向中心に向かって収束することができる。特定の実施形態によれば、深さ１３６は、半径方向表面１０６の幅１０８の少なくとも約１、５、１０、１５、２０、３０、４０、又は５０パーセントとすることができる。より正確には、深さ１３６は、幅１０８の少なくとも約２０パーセントとすることができる。凹部１３４は、互いに向かって収束して、ロータランド１３１のより小さい寸法又は幅１３７を形成することができる。幅１３７は、表面９８と半径方向表面１０６との間の半径方向の何れかの位置に配置することができる。特定の実施形態において、幅１３７は、幅１０８よりも少なくとも約１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセント小さくすることができる。更に、幅１３７は、表面９８と比較的同じ半径方向位置に配置されたロータランド１３１の幅１３８よりも小さくすることができる。幅１３８は、幅１０８と実質的に等しくすることができ、或いは、幅１０８よりも大きいか、又は小さくてもよい。
【００３５】
図９は、互いに向かい且つロータランド１４０の軸方向中心に向かって延びた側部１４１を有するロータランド１４０を図示している。略平行な側部１４２が側部１４１に略垂直に延びて、矩形凹部１４４を形成している。側部１４１及び１４２は、Ｔ字形ロータランド１４０を形成することができる。各凹部１４４は深さ１４６を有することができる。特定の実施形態によれば、深さ１４６は、半径方向表面１０６の幅１０８の少なくとも約１、５、１０、１５、２０、３０、４０、又は５０パーセントとすることができる。より正確には、深さ１４６は、幅１０８の少なくとも約２０パーセントとすることができる。凹部１４４は、互いに向かって延びて、ロータランド１４０のより小さい寸法又は幅１４８を形成することができる。幅１４８は、表面９８により略定められる、軸線７２（図２）の回りの半径方向位置に配置することができる。更に、幅１４８は、一般に、幅１０８よりも小さくすることができる。例えば、幅１４６は、幅１０８よりも少なくとも約１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセント小さくすることができる。
【００３６】
ロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４０は、パッケージシール８６を流れる流体のより多くの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、これにより漏洩を最小限にしてシールを向上させるように設計することができる。具体的には、ロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４０の各々は、チャンバ１００（図３）のサイズを増大させるように設計された凹部１１６、１３４、及び１４４を含むことができる。凹部１１６、１３４、及び１４４はまた、流体流の再循環及び／又は旋回を誘起し、これによりロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４１とシール歯状部９４との間の界接部に向かう直接流を低減可能になることによって、各ロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４０の各々の上流側及び／又は下流側の圧力分布を改善することができる。
【００３７】
更に、ロータランドの相対形状、寸法、及びサイズは変わることができる。例えば、湾曲側部（図８）は、ロータランドの一方の側部に配置することができ、直線状側部（図７）、角度付き側部（図５）、又は矩形側部１４１及び１４２（図９）は、ロータランドの反対の側部に配置される。更に、ロータランド及び／又は凹部の相対高さ、幅、及び深さは変わることができる。更に、特定の高さ、幅、深さ、及び／又はロータランドとシール歯状部との間の間隙は、回転機械のサイズなどの要因に応じて変わることができる。凹部の任意の好適な幾何形状及び／又は組み合わせを利用して、チャンバ１００（図３）の少なくとも１つの容積を増大させ、及び／又は流体の再循環、スワール及び／又は反転流を誘起するよう設計された凹状部をロータランドに提供することができる。
【００３８】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
２ 複合サイクルシステム
４ ガスタービン
６ 蒸気タービン
８ ＨＲＳＧシステム
１４ 第１の負荷
１６ タービン
１８ 燃焼器
２０ 圧縮機
２４ 第２の負荷
２６ 低圧セクション
２８ 中圧セクション
３０ 高圧セクション
３４ 排出ガス
３６ 凝縮器
３８ 復水ポンプ
４０ 低圧エコノマイザ
４２ 低圧エコノマイザ
４４ 中圧エコノマイザ
４６ 中圧蒸発器
４８ 高圧エコノマイザ
５０ 高圧蒸発器
５２ 高圧過熱器
５４ 最終高圧過熱器
５６ 段間過熱低減器
５８ １次再熱器
６０ ２次再熱器
６２ 段間過熱低減器
６４ 主蒸気入口ポート
６６ ＨＰブレード
７０ ＨＰシャフト
７２ 軸線
７３ ブレード
７４ クロスオーバ管体
７６ ノズルボックス
７８ ブレード
８２ ＩＰシャフト
８３ フランジ
８４ パッキングケーシング
８６ パッキングシール
８８ パッキングリング
８９ 軸方向
９０ シールセグメント
９１ 半径方向
９２ シール表面
９４ シール歯状部
９６ ロータランド
９７ 界接位置
９８ 表面
９９ 界接位置
１００ チャンバ
１０２ 矢印
１０３ 反転流
１０４ 旋回流
１０６ 半径方向表面
１０８ 幅
１１０ 間隙
１１２ 側部
１１４ 幅
１１６ 凹部
１１８ 破線
１２０ 深さ
１２２ 高さ
１２４ ロータランド
１２６ 側部
１２８ 幅
１３０ ロータランド
１３１ ロータランド
１３２ 側部
１３４ 凹部
１３６ 深さ
１３８ 幅
１４０ ロータランド
１４２ 側部
１４４ 凹部
１４６ 幅
１４８ 深さ
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、パッキングシールに関し、より詳細には、パッキングシールで利用されるロータランドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パッキングシールは、蒸気タービン、ガスタービン、発電機、及び圧縮機などの回転機械における回転部品と固定部品との間に利用することができる。回転機械は、回転部品の１以上の段間に流体を流し、出力を発生し、又は流体を加圧することができる。パッキングシールは、段間すなわち各段への入口及び／又は各段の出口に配置され、固定部品と回転部品の間の流体漏洩を低減することができる。パッキングシールは一般に、流体の流れを抑制する制限部を形成するために、ロータランドと界接する一連のシールを含む。残念なことに、流体はこの界接部に向かって直接流れることが多く、結果としてより大きな漏洩を生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５００３９６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある一部の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態において、システムは、回転機械と、該回転機械の回転部品及び固定部品間に配置されたパッキングシールとを含む。パッキングシールは、回転部品の回転軸線に沿って互いに間隔を置いて配置された第１の軸方向位置に配置される複数の歯状部と、複数の歯状部と軸方向に整列して第１の軸方向位置に配置された複数のランドと、を含む。ランドは各々、回転軸線に対して互いに対向する第１及び第２の軸方向側部と、第１の側部又は第２の側部、或いは両方にある凹部とを含む。
【０００６】
第２の実施形態において、システムは、タービンエンジンのパッキングリングと整列するように構成された環状ランドを有するロータを含む。環状ランドは、第１の半径位置から第２の半径位置にある半径方向表面に延びる半径方向突出部を含む。半径方向表面は、パッキングリングと整列するように構成される。半径方向突出部が、第１及び第２の半径位置の間に第１の軸方向寸法を有し、半径方向突出部が、第２の半径位置に第２の軸方向寸法を有する。第１の軸方向寸法が第２の軸方向寸法よりも少なくとも約２０パーセント小さい。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、シュラウドと複数のブレードを有するロータとの間で装着するよう構成されるパッキングシールを含む。パッキングシールは、環状歯状部と整列するよう構成された半径方向表面を有する環状ランドと、ロータから半径方向表面に延び、且つ互いに対向して延びる第１及び第２の側部とを含む。第１の側部は、ロータの回転軸に対して第２の側部に向かって少なくとも部分的に延びる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】パッキングシールを利用することができ、ガスタービン、蒸気タービン、及びＨＲＳＧを有する複合サイクル発電システムの実施形態の概略フロー図。
【図２】図１の蒸気タービンの１つの実施形態の側断面図。
【図３】図２のパッキングシールの１つの１つの実施形態の断面図。
【図４】パッキングシールを通る流体を示す図３のパッキングシールの断面図。
【図５】図３の弓状線５−５内でとったパッキングシールのロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図６】上流側凹部を利用するロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図７】下流側凹部を利用したロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図８】湾曲凹部を利用するロータランドの１つの実施形態の断面図。
【図９】矩形凹部を利用するロータランドの１つの実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。
【００１０】
次に、本発明の１以上の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態の説明を簡潔にする目的で、本明細書では、実際の実施の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示は、凹型のロータランドを有するパッキングシールを対象とする。パッキングシールは、一般に、ロータを囲み、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機、又は発電機などの回転機械内で高圧領域と低圧領域とを分離するパッキングリングを含む。ロータに向かって半径方向内向きに歯状部が延びて、ロータから半径方向外向きに突出するロータランドと界接することができる。歯状部とロータランドとの間にチャンバが形成され、シールを通って流れる流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、これにより高圧領域から低圧領域への流体の漏洩を最小限にすることができる。ロータランドは、チャンバの大きさを増大させ、流体流を導き、及び／又は再循環を吸気することを目的とした１以上の凹部を有することができる。詳細には、凹部は、圧力分布を改善して、各歯状部とロータランドとの間の界接面にかかる圧力を低減することができる。例えば、凹部は、流体流の旋回を誘起又は増大させることができる。このようにして、凹部は、流体漏洩を低減し、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換を促進することができる。しかしながら、シール歯状部と界接するロータランド表面の幅は、依然として、シール歯状部及び／又はロータランドの軸方向移動中でもシール歯状部とロータランドが確実に界接するのに十分とすることができる。換言すると、凹部が界接部に隣接して配置されても界接は不変にすることができる。
【００１３】
図１は、パッキングシールを利用することができる複合サイクル発電システム２の実施形態の概略フロー図である。システム２は、ガスタービン４、蒸気タービン６、及び熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム８を含むことができる。ガスタービン４内では、シンガスなどの燃料は、「トッピング」又はＢｒａｙｔｏｎサイクルで出力を発生するよう燃焼することができる。ガスタービン４からの排気ガスは、ＨＲＳＧシステム８に供給され、「ボトミング」又はＲａｎｋｉｎｅサイクルで蒸気を発生することができる。特定の実施形態において、ガスタービン４、蒸気タービン６、及びＨＲＳＧシステム８は、統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント内に含めることができる。
【００１４】
ガスタービン４は、一般に、燃料（例えば、ガス又は液体燃料）を燃焼させて第１の負荷１４を駆動することができる。第１の負荷１４は、例えば、電力を生成するための発電機とすることができる。ガスタービン４は、タービン１６、燃焼器又は燃焼室１８、及び圧縮機２０を含むことができる。ガスタービン４からの排気ガスは、蒸気タービン６（ＨＲＳＧシステム８を通って）に供給され、第２の負荷２４を駆動することができる。第２の負荷２４はまた、電力を生成するための発電機とすることができる。しかしながら、第１及び第２の負荷１４、２４の両方は、ガスタービン４及び蒸気タービン６により駆動することができる他のタイプの負荷であってもよい。加えて、ガスタービン４及び蒸気タービン６は、例示的な実施形態に図示されるように、別個の負荷１４及び２４を駆動することができるが、ガスタービン４及び蒸気タービン６はまた、縦一列の形態で利用して、単一のシャフトにより単一負荷を駆動することもできる。例示的な実施形態において、蒸気タービン６は、１つの低圧セクション２６（ＬＰ ＳＴ）、１つの中圧セクション２８（ＩＰ ＳＴ）、及び１つの高圧セクション３０（ＨＰ ＳＴ）を含むことができる。しかしながら、蒸気タービン６並びにガスタービン４の特定の構成は、実装時固有とすることができ、セクションの何れかの組み合わせを含むことができる。
【００１５】
図２はまた、ガスタービン４からの熱を利用して蒸気タービン６用の蒸気を生成するためのＨＲＳＧシステム８を含む。図示の実施形態におけるＨＲＳＧシステム８の部品は、簡略的に表現されており、限定を意図するものではない。むしろ、図示のＨＲＳＧシステム８は、こうしたＨＲＳＧシステムの一般的な動作を伝えるために示されている。ガスタービン４からの加熱排気ガス３４は、ＨＲＳＧシステム８に移送され、蒸気タービン６を駆動するのに用いられる。低圧セクション２６からの排気は、凝縮器３６に配向することができる。更に、凝縮器３６からの凝縮物は、復水ポンプ３８を用いてＨＲＳＧシステム８の低圧セクションに配向することができる。
【００１６】
次いで、凝縮物は、ガスにより給水を加熱するよう構成されたデバイスである低圧エコノマイザ４０（ＬＰＥＣＯＮ）を通って流れることができ、これを利用して凝縮物を加熱することができる。凝縮物は、低圧エコノマイザ４０から低圧蒸発器４２（ＬＰＥＶＡＰ）又は中圧エコノマイザ４４（ＩＰＥＣＯＮ）に向けて配向することができる。低圧蒸発器４２からの蒸気は、蒸気タービン６の低圧セクション２６に戻すことができる。同様に、凝縮物は、中圧エコノマイザ４４から中圧蒸発器４６（ＩＰＥＶＡＰ）又は高圧エコノマイザ４８（ＨＰＥＣＯＮ）に向けて配向することができる。加えて、中圧エコノマイザ４４からの蒸気は、燃料ガスヒータ（図示せず）に送ることができ、ここで蒸気を用いて、ガスタービン４の燃焼室１８で使用するための燃料ガスを加熱することができる。中圧蒸発器４６からの蒸気は、蒸気タービン６の中圧セクション２８に送ることができる。この場合も同様に、例示の実施形態は、単にＨＲＳＧシステムの一般的な動作を示しているので、エコノマイザ、蒸発器、及び蒸気タービン６間の接続は、実施毎に変わることができる。
【００１７】
最後に、高圧エコノマイザ４８からの凝縮物は、高圧蒸発器５０（ＨＰＥＶＡＰ）に配向することができる。高圧蒸発器５０から出る蒸気は、１次高圧過熱器５２及び最終高圧過熱器５４に配向することができ、ここで蒸気が過熱されて、最終的には蒸気タービン６の高圧セクション３０に送られる。蒸気タービン６の高圧セクション３０からの排気は、蒸気タービン６の中圧セクション２８に配向することができ、蒸気タービン６の中圧セクション２８からの排気は、蒸気タービン６の低圧セクション２６に配向することができる。
【００１８】
段間過熱低減器５６は、１次高圧過熱器５２及び最終高圧過熱器５４間に配置することができる。段間過熱低減器５６は、最終高圧過熱器５４からの蒸気の排気温度をよりロバストに制御することを可能にすることができる。具体的には、段間過熱低減器５６は、最終高圧過熱器５４から出る蒸気の排気温度が所定値を上回るときには常に、最終高圧過熱器５４の上流側にある過熱蒸気内に低温の給水噴霧を噴射することによって、最終高圧過熱器５４を出る蒸気の温度を制御するよう構成することができる。
【００１９】
加えて、蒸気タービン６の高圧セクション３０からの排気は、１次再熱器５８及び２次再熱器６０内に配向することができ、ここで排気が再熱された後、蒸気タービン６の中圧セクション２８内に配向される。１次再熱器５８及び２次再熱器６０はまた、段間過熱低減器６２と関連付けて、再熱器からの排出蒸気温度を制御することができる。具体的には、段間過熱低減器６２は、２次再熱器６０から出る蒸気の排気温度が所定値を上回るときには常に、２次再熱器６０の上流側にある過熱蒸気内に低温の給水噴霧を噴射することによって、２次再熱器６０を出る蒸気の温度を制御するよう構成することができる。
【００２０】
システム２のような複合サイクルシステムにおいて、高温排気は、ガスタービン４から流れてＨＲＳＧシステム８を通過することができ、該高温排気を用いて高圧高温の蒸気を生成することができる。次いで、ＨＲＳＧシステム８により生成された蒸気は、発電のために蒸気タービン６を通ることができる。加えて、生成蒸気はまた、過熱蒸気を使用できる他の何れかのプロセスに供給することができる。ガスタービン生成サイクルは、多くの場合「トッピングサイクル」と呼ばれ、蒸気タービン生成サイクルは、多くの場合「ボトミングサイクル」と呼ばれる。図１に示すようにこれら２つのサイクルを組み合わせることによって、複合サイクル発電システム２は、両サイクルにおいてより高い効率をもたらすことができる。詳細には、トッピングサイクルからの排気熱を取り込み、ボトミングサイクルで使用するための蒸気を生成するのに用いることができる。勿論、複合サイクル発電システム２は、単に例証として定められており、限定を意図するものではない。本明細書で説明されるロータランド及びパッキングシールは、何れかの好適な用途で利用されるガスタービン４及び蒸気タービン６などの回転機械で使用することができる。特定の実施形態において、ロータランド及びパッキングシールは、タービン１６、圧縮機２０、高圧蒸気タービン３０、中圧蒸気タービン２８、低圧蒸気タービン２６、及び／又はＨＲＳＧシステム２内で利用することができる。
【００２１】
図２は、図１の高圧セクション３０、中圧セクション２８、及び低圧セクション２６を含む蒸気タービン６の実施形態を図示している。蒸気タービン６は、例えば、図１のＨＲＳＧシステム８から蒸気を受け取ることができる種蒸気入口ポート６４を含む。蒸気は、軸線７２を中心として回転するシャフト７０上に装着され円周方向に間隔を置いて配置された一連のブレード６６を流れることができる。蒸気は、高圧セクション３０から中圧セクション２８に入り、シャフト７０上に装着され円周方向に間隔を置いて配置された別の一連のブレード７３を流れることができる。特定の実施形態において、蒸気は、加熱を受けた後に中圧セクション２８に流入することができる。
【００２２】
蒸気は、中圧セクション２８からクロスオーバ管体７４及び入口ボックス７６を通って低圧セクション２６に流れることができる。低圧セクション２６内では、蒸気は、軸線７２を中心として回転するシャフト８２上に装着され円周方向に間隔を置いて配置された一連のブレード７８を反対の軸方向に流れることができる。シャフト８２は、軸方向の対向する端部に配置されたフランジ８３を含むことができ、一方端部上でシャフト８２をシャフト７２に結合し、他方端部上で発電機シャフト（図示せず）にシャフト８２を結合する。
【００２３】
段６６及び７８の周囲及び／又は間の蒸気の漏洩を最小限にするために、高圧セクション３０及び中圧セクション２８内にパッキングケーシング８４を含めることができる。具体的には、パッキングケーシング８４は、回転軸線７２の回りを囲む軸方向に間隔を置いて配置された固定シェルを含むことができ、該固定シェルは、回転軸線７２に向けて半径方向内方に延びるパッキングシール８６を含む。パッキングシール８６は、シャフト７０及び８２から突出するロータランドと界接して、パッキングシール８６を通る蛇行経路を形成する歯状部を含み、これにより蒸気漏洩を最小限にすることができる。
【００２４】
図３は、図２に示す中圧セクション２８内に配置されたパッキングシール８６の１つの実施形態を図示している。パッキングシール８６は、蒸気タービンの関連状況の範囲で示されているが、本明細書で説明されるパッキングシールは、とりわけ、ガスタービン、圧縮機、蒸気タービン、又は発電機などの何れかの好適な回転機械内で利用することができる。更に、パッキングシール８６は、段間又は段の入口及び／又は出口付近に配置することができる。
【００２５】
パッキングシール８６は、シャフト８２の回りを囲むパッキングケーシング８４を含む。パッキングリング８８は、シャフト８２を囲むパッキングシール８６に装着される。１つだけのパッキングリング８８が例示されているが、特定の実施形態において、複数のパッキングリング８８を回転機械内の段間に軸方向（方向８９）に間隔を置いて配置することができる。各パッキングリング８８は、パッキングケーシング８４からシャフト８２に向かって半径方向（方向９１）に延びる、弓状シールセグメント９０の環状アレイを含む。各シールセグメント９０は、シャフト８２に向けて半径方向（方向９１）に突出する環状歯状部９４を備えた環状シール表面９２を含む。歯状部９４は、界接位置９７にてシャフト８２から半径方向外向き（方向９１）に突出する環状ロータランド９６と整列し且つ界接することができる。歯状部９４はまた、界接位置９９にてロータランド９６間に配置されたシャフト８２の表面９８と整列し且つ界接することができる。パッキングシール８６を通る蒸気などの流体の流れを制限するために、歯状部９４、ロータランド９６、及び表面９８間に小間隙が存在することができる。
【００２６】
ロータランド９６は、シール歯状部９４及びロータランド９６により形成されるチャンバ１００のサイズを増大させるように設計された略非矩形（例えば、略三角形）の形状を有することができる。特定の実施形態において、チャンバ１００の増大サイズは、パッケージシール８６を流れる流体のより多くの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、これによりパッケージシール８６を通る流体漏洩を最小限にするように設計することができる。更に、ロータランド９６の形状は、各ロータランド９６及びシール歯状部９４の上流側部及び／又は下流側の圧力分布を改善するよう設計することができる。例えば、ロータランド９６の形状は、流体流の再循環又は旋回（例えば、小スケールの渦及び／又は大スケールの渦流）を誘導又は誘起し、これにより各ランド９６及び歯状部９４間の界接部に向かう直接流を低減することができる。従って、流体流は、界接部に接して通過（例えば、歯状部９４と垂直に）して直接軸方向（方向８９）に流れるのではなく、界接部に沿って又はわたって（例えば、歯状部９４に平行に）半径方向（方向９１）に流れ易い傾向がある。
【００２７】
図４は、パッキングシール８６の一部を通る流体の流れを図示している。矢印１０２及び１０４は全体的に流体の流れを示している。しかしながら、他の実施形態では、パッキングシール８６内の流れ、渦、及び／又は渦流の形状は変わる可能性がある。矢印１０２は全体的に、パッキング歯状部９４とロータランド９６との間のギャップを通る流体の流れを示している。流体の運動エネルギーは、流体がギャップの各々を通って流れるにつれて低下することができる。ロータランド９６の三角形状は、流体がロータランド９６の三角形凹部の上流側部に接触したときに旋回、再循環、及び／又は逆流１０３を生成することができる。特定の実施形態において、逆流１０３は、約４５〜１８０度転向して、反対方向に向かって流れることができる。逆流１０３は、パッキングシール８６を流れる流体の運動エネルギーの低減に寄与することができる。ロータランド９６の三角形状はまた、ロータランド９６の三角凹部の下流側部に旋回流１０４を生成することができる。特定の実施形態において、旋回流１０４は、パッキングシール８６を流れる流体の運動エネルギーの低減に寄与することができる。更に、ロータランド９６の三角形状は、チャンバ１００のサイズを増大させることができる。特定の実施形態において、三角凹部は、パッキングシール通る流体漏洩を約５から２５パーセント及びその間の全ての部分的範囲で最小限にすることができる。
【００２８】
図５は、図４に示すロータランド９６の１つの断面図である。ロータランド９６は、シール歯状部９４の１つと界接する半径方向表面１０６を含む。半径方向表面１０６は、シール歯状部９４の先端よりも実質的に大きな軸方向寸法又は幅１０８を有する。幅１０８は、回転機械の作動中にシール歯状部９４及び／又はロータランド９６が軸方向（すなわち、図２に示す回転軸線７２と相対的）に移動する可能性があるときでも、シール歯状部９４がロータランド９６の半径方向表面１０と確実に整合するのに十分な長さにすることができる。特定の実施形態によれば、幅１０８は、約１．３〜１２．７ｍｍ（５０〜５００ミル）、及びその間の全ての部分的範囲とすることができる。摩擦の可能性を低減し、シール歯状部９４とロータランド９６との間の流体流を制限するために、シール歯状部９４と半径方向表面１０６との間に間隙１１０が存在することができる。特定の実施形態において、間隙１１０は、約０．３〜２．５ｍｍ（１０〜１００ミル）とすることができ、更に正確には約１．３ｍｍ（５０ミル）とすることができる。
【００２９】
ロータランド９６はまた、半径方向表面１０６から延びる（図３に示す軸線７２に向かって半径方向内向きに）対向する側部１１２を含むことができる。対向側部１１２は、互いに向かって収束し、第２の軸方向寸法すなわち幅１１４を定めることができる。幅１１４は、表面９８により略定められる、軸線７２（図２）の回りの半径方向位置又はその上方に配置することができる。幅１１４は、一般に、幅１０８よりも小さくすることができる。例えば、幅１１４は、幅１０８よりも少なくとも約１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセント小さくすることができる。
【００３０】
対向側部１１２は、全体的に破線１１８で定められる環状凹部１１６を形成することができる。凹部１１６は各々、チャンバ１０の各々に付加的な容積をもたらす三角形状を有することができる。凹部１１６は、ロータランド９６の軸方向中心に向かって内方に延びるより大きい方の寸法又は深さ１２０を有することができる。特定の実施形態によれば、深さ１２０は、半径方向表面１０６の幅１０８の少なくとも約１、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセントとすることができる。より正確には、深さ２０は、幅１０８の少なくとも約２０パーセントとすることができる。ロータランド９６はまた、高さ１２２で表面９８から半径方向外向きに延びることができる。特定の実施形態において、高さ１２２は、約１．３〜１２．７ｍｍ（５０〜５００ミル）、及びその間の全ての部分的範囲とすることができる。
【００３１】
勿論、相対寸法１０８、１１０、１１４、及び１２０、並びにロータランド９６の幾何形状は、単に例証として定められており、限定を意図するものではない。例えば、凹部１１６の各々の深さ１２０は、互いに異なっていてもよい。別の実施例では、幅１０８及び１１４の相対寸法は変えることができる。更に、凹部１１６は、側部１１２の一方又は両方を含めることができる。更に、凹部１１６は、とりわけ、山形、矩形、方形、長円、湾曲、半円、又は三日月など、他の幾何形状を有することができる。従って、図６〜９は、異なるタイプの凹部を利用したロータランドの他の実施形態を示している。しかしながら、任意の好適な凹部形状をロータランド９６の１つ又は両方の側部１１２に利用することができる。更に、側部１１２は、同じか、或いは異なるタイプの凹部を有することができる。
【００３２】
図６は、１つの凹部１１６がロータランド１２４の上流側部１１２に配置されたロータランド１２４を図示している。側部１１２は、ロータランド１２４の軸方向中心に向かって延びて凹部１１６を形成し、対向する側部１２６は、半径方向表面１０６に略垂直に延びて比較的直線状の側部１２６を形成する。半径方向の内側寸法又は幅１２８は、半径方向表面１０６の幅よりも小さくすることができる。
【００３３】
図７は、１つの凹部１１６がロータランド１３０の下流側部１１２に配置されたロータランド１３０を図示している。図６に示すロータランド１２４と同様に、凹部１１６は、内側半径方向寸法又は幅１２８が半径方向表面１０６の幅１０８よりも小さくなるように、幅１２８を縮小することができる。但しこの実施形態では、凹部１１６は、ロータランドの下流側部１１２に配置することができ、対向する直線状側部１２６は、上流側部１２６に配置することができる。
【００３４】
図８は、互いに向かって収束して半円状凹部１３４（例えば、凹形、Ｃ字形、又はＵ字形）を形成する湾曲した側部１３２を備えたロータランド１３１を図示する。各凹部１３４は、より大きい方の寸法又は深さ１３６でロータランド１３１の軸方向中心に向かって収束することができる。特定の実施形態によれば、深さ１３６は、半径方向表面１０６の幅１０８の少なくとも約１、５、１０、１５、２０、３０、４０、又は５０パーセントとすることができる。より正確には、深さ１３６は、幅１０８の少なくとも約２０パーセントとすることができる。凹部１３４は、互いに向かって収束して、ロータランド１３１のより小さい寸法又は幅１３７を形成することができる。幅１３７は、表面９８と半径方向表面１０６との間の半径方向の何れかの位置に配置することができる。特定の実施形態において、幅１３７は、幅１０８よりも少なくとも約１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセント小さくすることができる。更に、幅１３７は、表面９８と比較的同じ半径方向位置に配置されたロータランド１３１の幅１３８よりも小さくすることができる。幅１３８は、幅１０８と実質的に等しくすることができ、或いは、幅１０８よりも大きいか、又は小さくてもよい。
【００３５】
図９は、互いに向かい且つロータランド１４０の軸方向中心に向かって延びた側部１４１を有するロータランド１４０を図示している。略平行な側部１４２が側部１４１に略垂直に延びて、矩形凹部１４４を形成している。側部１４１及び１４２は、Ｔ字形ロータランド１４０を形成することができる。各凹部１４４は深さ１４６を有することができる。特定の実施形態によれば、深さ１４６は、半径方向表面１０６の幅１０８の少なくとも約１、５、１０、１５、２０、３０、４０、又は５０パーセントとすることができる。より正確には、深さ１４６は、幅１０８の少なくとも約２０パーセントとすることができる。凹部１４４は、互いに向かって延びて、ロータランド１４０のより小さい寸法又は幅１４８を形成することができる。幅１４８は、表面９８により略定められる、軸線７２（図２）の回りの半径方向位置に配置することができる。更に、幅１４８は、一般に、幅１０８よりも小さくすることができる。例えば、幅１４６は、幅１０８よりも少なくとも約１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、又は９０パーセント小さくすることができる。
【００３６】
ロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４０は、パッケージシール８６を流れる流体のより多くの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換し、これにより漏洩を最小限にしてシールを向上させるように設計することができる。具体的には、ロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４０の各々は、チャンバ１００（図３）のサイズを増大させるように設計された凹部１１６、１３４、及び１４４を含むことができる。凹部１１６、１３４、及び１４４はまた、流体流の再循環及び／又は旋回を誘起し、これによりロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４１とシール歯状部９４との間の界接部に向かう直接流を低減可能になることによって、各ロータランド９６、１２４、１３０、１３１、及び１４０の各々の上流側及び／又は下流側の圧力分布を改善することができる。
【００３７】
更に、ロータランドの相対形状、寸法、及びサイズは変わることができる。例えば、湾曲側部（図８）は、ロータランドの一方の側部に配置することができ、直線状側部（図７）、角度付き側部（図５）、又は矩形側部１４１及び１４２（図９）は、ロータランドの反対の側部に配置される。更に、ロータランド及び／又は凹部の相対高さ、幅、及び深さは変わることができる。更に、特定の高さ、幅、深さ、及び／又はロータランドとシール歯状部との間の間隙は、回転機械のサイズなどの要因に応じて変わることができる。凹部の任意の好適な幾何形状及び／又は組み合わせを利用して、チャンバ１００（図３）の少なくとも１つの容積を増大させ、及び／又は流体の再循環、スワール及び／又は反転流を誘起するよう設計された凹状部をロータランドに提供することができる。
【００３８】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
２ 複合サイクルシステム
４ ガスタービン
６ 蒸気タービン
８ ＨＲＳＧシステム
１４ 第１の負荷
１６ タービン
１８ 燃焼器
２０ 圧縮機
２４ 第２の負荷
２６ 低圧セクション
２８ 中圧セクション
３０ 高圧セクション
３４ 排出ガス
３６ 凝縮器
３８ 復水ポンプ
４０ 低圧エコノマイザ
４２ 低圧エコノマイザ
４４ 中圧エコノマイザ
４６ 中圧蒸発器
４８ 高圧エコノマイザ
５０ 高圧蒸発器
５２ 高圧過熱器
５４ 最終高圧過熱器
５６ 段間過熱低減器
５８ １次再熱器
６０ ２次再熱器
６２ 段間過熱低減器
６４ 主蒸気入口ポート
６６ ＨＰブレード
７０ ＨＰシャフト
７２ 軸線
７３ ブレード
７４ クロスオーバ管体
７６ ノズルボックス
７８ ブレード
８２ ＩＰシャフト
８３ フランジ
８４ パッキングケーシング
８６ パッキングシール
８８ パッキングリング
８９ 軸方向
９０ シールセグメント
９１ 半径方向
９２ シール表面
９４ シール歯状部
９６ ロータランド
９７ 界接位置
９８ 表面
９９ 界接位置
１００ チャンバ
１０２ 矢印
１０３ 反転流
１０４ 旋回流
１０６ 半径方向表面
１０８ 幅
１１０ 間隙
１１２ 側部
１１４ 幅
１１６ 凹部
１１８ 破線
１２０ 深さ
１２２ 高さ
１２４ ロータランド
１２６ 側部
１２８ 幅
１３０ ロータランド
１３１ ロータランド
１３２ 側部
１３４ 凹部
１３６ 深さ
１３８ 幅
１４０ ロータランド
１４２ 側部
１４４ 凹部
１４６ 幅
１４８ 深さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械（６、１６、２０）と、
前記回転機械（６）の回転部品（７０、８２）及び固定部品（８４）間に配置されたパッキングシール（８６）と、
を備えたシステム（２）であって、前記パッキングシール（８６）が、前記回転部品（７０、８２）の回転軸線に沿って互いに間隔を置いて配置された第１の軸方向（８９）位置に配置される複数の歯状部（９４）と、前記複数の歯状部（９４）と軸方向に整列して第１の軸方向（８９）位置に配置された複数のランド（９６）とを含んでおり、前記ランド（９６）が各々、前記回転軸線に対して互いに対向する第１及び第２の軸方向側部（１１２）と、第１の側部（１１２）又は第２の側部（１１２）、或いは両方（１１２）にある凹部（１１６）とを含んでいる、システム（２）。
【請求項２】
前記凹部（１１６）が略三角形の凹部を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記凹部（１１６）が略矩形の凹部を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記凹部（１１６）が湾曲した凹部を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の歯状部（９４）が環状歯状部であり、前記複数のランド（９６）が環状ランドであり、前記凹部（１１６）が、前記ランド（９６）に軸方向内向きに延びる環状凹部である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
第１及び第２の軸方向側部（１１２）が対向する凹部（１１６）を含み、該対向する凹部（１１６）が互いに向かって収束する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
前記凹部（１１６）が、第１の方向（１０２）で第１の側部から第２の側部に向かう流体流に接して前記ランド（９６）の第１の軸方向側部（１１２）上に配置される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記回転機械（６、１６、２０）が、前記パッキングシール（８６）を有する蒸気タービン（６）を含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
タービンエンジン（６）のパッキングリング（８８）と整列するように構成された環状ランド（９６）を含むロータを備えたシステム（２）であって、
前記環状ランド（９６）が、第１の半径位置から第２の半径位置にある半径方向表面（１０６）に延びる半径方向突出部（９６、１２９、１３０、１３１、１４０）を含み、前記半径方向表面（１０６）が、前記パッキングリング（８８）と整列するように構成され、前記半径方向突出部が、第１及び第２の半径位置の間に第１の軸方向寸法（１１４、１２８、１３１、１４８）を有し、前記半径方向突出部が、第２の半径位置に第２の軸方向寸法（１０８）を有し、第１の軸方向寸法（１１４、１２８、１３１、１４８）が、第２の軸方向寸法（１０８）よりも少なくとも約２０パーセント小さい、システム。
【請求項１０】
前記半径方向突出部が、略三角形の突出部（１２４、１３０）又は略Ｔ字形の突出部（１４０）を含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１】
回転機械（６、１６、２０）と、
前記回転機械（６）の回転部品（７０、８２）及び固定部品（８４）間に配置されたパッキングシール（８６）と、
を備えたシステム（２）であって、前記パッキングシール（８６）が、前記回転部品（７０、８２）の回転軸線に沿って互いに間隔を置いて配置された第１の軸方向（８９）位置に配置される複数の歯状部（９４）と、前記複数の歯状部（９４）と軸方向に整列して第１の軸方向（８９）位置に配置された複数のランド（９６）とを含んでおり、前記ランド（９６）が各々、前記回転軸線に対して互いに対向する第１及び第２の軸方向側部（１１２）と、第１の側部（１１２）又は第２の側部（１１２）、或いは両方（１１２）にある凹部（１１６）とを含んでいる、システム（２）。
【請求項２】
前記凹部（１１６）が略三角形の凹部を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記凹部（１１６）が略矩形の凹部を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記凹部（１１６）が湾曲した凹部を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の歯状部（９４）が環状歯状部であり、前記複数のランド（９６）が環状ランドであり、前記凹部（１１６）が、前記ランド（９６）に軸方向内向きに延びる環状凹部である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
第１及び第２の軸方向側部（１１２）が対向する凹部（１１６）を含み、該対向する凹部（１１６）が互いに向かって収束する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
前記凹部（１１６）が、第１の方向（１０２）で第１の側部から第２の側部に向かう流体流に接して前記ランド（９６）の第１の軸方向側部（１１２）上に配置される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記回転機械（６、１６、２０）が、前記パッキングシール（８６）を有する蒸気タービン（６）を含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
タービンエンジン（６）のパッキングリング（８８）と整列するように構成された環状ランド（９６）を含むロータを備えたシステム（２）であって、
前記環状ランド（９６）が、第１の半径位置から第２の半径位置にある半径方向表面（１０６）に延びる半径方向突出部（９６、１２９、１３０、１３１、１４０）を含み、前記半径方向表面（１０６）が、前記パッキングリング（８８）と整列するように構成され、前記半径方向突出部が、第１及び第２の半径位置の間に第１の軸方向寸法（１１４、１２８、１３１、１４８）を有し、前記半径方向突出部が、第２の半径位置に第２の軸方向寸法（１０８）を有し、第１の軸方向寸法（１１４、１２８、１３１、１４８）が、第２の軸方向寸法（１０８）よりも少なくとも約２０パーセント小さい、システム。
【請求項１０】
前記半径方向突出部が、略三角形の突出部（１２４、１３０）又は略Ｔ字形の突出部（１４０）を含む、請求項９記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６１４４１（Ｐ２０１０−２６１４４１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８３６７（Ｐ２０１０−９８３６７）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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