回転機の静止部品のためのシムシール組立体および組み立て方法

【課題】回転機のためのシール組立体を提供する。
【解決手段】シール組立体16は、複数のシールプレートを含むシムシール14を含んでおり、これらのシールプレートはC字型シムシールまたは箱型シムシールを形成する。C字型シムシールは、対向する第2側部より幅が狭い第1側部を含んでおり、C字型シムシールの第2側部が、ステータ部品の間にあるスロット内に位置決めするための内向きの角度を有する少なくとも2つの真っ直ぐな面の間に隙間を含む。箱型シールは、2つの対向する側部または角に複数の切欠きを含むことで、高圧流体が箱型シムシールの空洞を占めることが可能になる。シールは、回転機の隣接するステータ部品10の間にある1つまたは複数のスロット18に挿入することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般に、漏洩を抑えるためのシールに関し、より詳細には回転機の静止部品の間にある隙間からの漏洩を抑えるためのシムシールに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、例えばガスタービンなどの工業用の回転機において、シュラウド、ノズルおよびダイヤフラムなどのステータの隣接する静止部品における漏洩を制御するのに多様なシールが使用されている。高圧領域から低圧領域へのガスの経路から外へ、あるいはガス経路内へのガス漏れは一般に望ましいことではない。例えばガスタービンのタービン領域におけるガス経路の漏洩は、ガスタービンの効率を下げ、これにより燃料コストが上がることになる。したがって圧縮機からタービンの周りに、あるいはタービンを囲むように形成される抽出された空気の漏洩を制御するために複数のシールが設けられる。またガスタービンの燃焼室領域におけるガス経路の漏洩により、所望されるパワーレベルを維持するために燃焼温度を上げる必要が出てくる。燃焼温度を上げることで、NOxやCO生成が増大することなる。静止部品は、それぞれ異なる形状の面を有する場合が多く、高温条件下でそれぞれ異なって膨張するため調整不良を引き起こす可能性がある。
【0003】
クロスシールが、ガスタービンのステータ領域におけるガス経路が漏洩する隙間に使用されてきた。一般にクロスシールは、各側に布の層を有する中央のシムを備える。クロスシールは、シールに有意な剛性を与えずに耐摩耗性を与える。しかしながらクロスシールは、両側面を通り抜ける望ましくない漏洩を防ぐことができない。クロスシールはまた、2つの静止部品の間にある隙間の中に圧着させる、あるいは非弾性式に湾曲させる場合があり、これにより望まれるほど効果的にはこの隙間を密閉することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許出願公開第2010/0247300号明細書
【発明の概要】
【0005】
したがって回転機の静止部品の隙間の間の漏洩を抑えることが望ましい。
【0006】
本発明の一実施形態によって、回転機のためのシール組立体が提供される。このシール組立体は、回転機のステータ部品の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められたシムシールと、C字型のシムシールを形成する複数のシールプレートを含んでいる。シムシールは、第1側部と第2側部によって結合された2つの真っ直ぐな面を備える。第1側部は、第2側部より幅が小さく、第2側部は、ステータの間にあるスロット内にシムシールを挿入することを可能にするための隙間と内向きの角度を有する。
【0007】
本発明の一実施形態によって、タービン要素のためのシムシールが提供される。このシムシールは、1つまたは複数のシールプレートを含み、このプレートは、タービン構成要素の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められた箱型のシムシールを形成している。箱型のシムシールは、曲率を有する角を含む矩形の断面形状を有する。
【0008】
本発明の一実施形態によって、回転機における漏洩を抑える方法が提供される。この方法は、シムシールの第1側部を回転機の第1ステータ部品の第1スロット内に挿入するステップを含む。この方法はまた、シムシールの第2側部を回転機の第2ステータ部品の第2スロット内に挿入するステップを含んでおり、この場合シムシールは、箱型シムシールまたはC字型シムシールを形成するように接合された1つまたは複数のシールプレートを備えている。
【0009】
本発明の上記のならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な記載を読むことでよりよく理解されることになるが、この図面では、同様の文字は図面全体を通して同様の部品を指している。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態による、漏洩を抑えるためのシール組立体を備えた回転機の静止部品の一部の断面図である。
【図2】本発明の別の実施形態による、回転機のシムシールの断面図である。
【図3】本発明の一実施形態による回転機のシムシールの斜視図である。
【図4】本発明の別の実施形態による、回転機のシムシールの斜視図である。
【図5】本発明の一実施形態による回転機における漏洩を抑える方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の多様な実施形態の要素を紹介する際、冠詞「1つの(a)」、「1つの(an)」、「この(the)」および「該(said)」は、1つまたは複数の要素があることを意味することが意図されている。用語「備える」、「含む」および「有する」は、包括的であり、列記された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味することが意図されている。任意の例の作動パラメータは、開示される実施形態の他のパラメータを除外するものではない。
【0012】
図1は、回転機のステータ部分の代表例を示しており、これは全体が参照番号10として記載されており、本発明の一実施形態によるシール組立体16を形成するシムシール14と共に静止部品12を有する。回転機は、複数の静止部品の間の各々のスロット内に配置される複数のシムシール14を含むことができることに留意されたい。一実施形態において、各々のシムシール14は、C字型の構造を含むことができる。別の実施形態において、各々のシムシール14は、箱型の構造を含むことができる。所望であれば、C字型構造と箱型構造を組み合わせたものを使用することもできる。ステータ部分10は、流体の流路の周りの回転機の任意のステータ領域であってもよいことに留意されたい。静止部品12は回転機の他の静止部品と共に、複数のスロット18が、静止部品12の間に含まれるように配置されてよい。一実施形態において、シムシール14の第1の半分は、第1の静止したシュラウド要素のスロット18の中に配置され、シムシール14の第2の半分は、回転機の第2の隣接する静止したシュラウド要素のスロット(図2の要素19によって示される)の中に配置される。シール組立体16は、複数のシムシール14を有しており、スロット18を通る流体の流れが最小限になるのを保証し、これにより回転機が作動中漏洩が抑えられて高い効率を維持することが可能になる。一実施形態においてシムシール14は、C字型または箱型構造の中に位置する1つの層を含むことで、さらに漏洩を最小限にする。シムシール14の詳細は、以下にさらに記載する。
【0013】
図2は、本発明の一実施形態による回転機のシムシール14の断面図である。この実施形態に示されるように、シムシール14は複数のシールプレート面22、24、26、28、30、32を含んでおり、これらの面が、静止部品12、13の間にあるスロット18、19の中に配置されるC字型のシムシール14を形成する。本明細書で使用される場合、「スロット」は、静止部品の一方にある単独のスロット、あるいは2つの隣接するスロットによって形成される集合的な領域のいずれかを指すことができる。シールプレート24および30は、C字型のシムシール14の2つの真っ直ぐな面を形成する。複数のシールプレート面22、26、28、32を利用して、静止部品12と13の間にあるスロット18、19の中に組み立てる際シムシール位置を決めるのを補助することができる。C字型シムシール14は、第1側部34を含んでおり、これは一実施形態によると第2側部36の幅d2より小さい幅d1を有する。第1側部34は、シールプレート26と28を含んでおり、これらは合わせて接合されて角40を形成しており、その一方で第2側部36は、シールプレート22と32を有しており、これらはある角度でそれぞれシールプレート24と30に接続されるが、互いに直接接続されるわけではない。シムシール14を回転機に挿入する際、シールプレート22および32の角度の付いた面が、静止部品の間のスロット18にシムシール14を挿入するのを補助するのに対し、シールプレート26、28の角度の付いた面は、回転機の隣接する要素を、そのスロットが第1側部34を収容することができるように位置決めするために空間を残すように補助する。第2側部36において、シムシール14のC字型構造はまた可変の隙間37を含む。隙間37は、C字型シムシール14が、接着剤や任意の他の装着手段を使用せずに静止部品12のスロット18内に配置することができるように設計されており、この隙間は、静止部品13が、静止部品12のすぐ隣に組み立てられるまでスロット18でしっかりと保持される。シールプレート22、32および26、28は、調整不良にならないように組み立てる際に役に立っている。一実施形態においてシムシール14が、折り曲げ工程によって1枚の一体式のプレートから作製され得ることで、可変の隙間37を備えた第2側部36を容易に形成することができる。さらにシールの作動中、第2側部36にある隙間37によって、高圧流体がC字型構造の空洞を占めることが可能になり、この隙間は、シムシール14の高圧部分を横切る圧力を均一にすることで、高い圧力がシムシール14のシールプレート30の内側の面に主に作用するように役立っている。第1側部34と第2側部36は共に、長さxだけ隔てられており、この場合、C字型シムシールの長さ「x」は、幅「d1」または「d2」より大きいため、細長いC字型シムシールを形成する。スロット18に挿入する前は、第2側部36の幅「d2」は、静止部品12のスロット18の幅より大きい。C字型構造の第1側部34および第2側部36の幅が可変であることにより、シムシール14を押し込み式に保持することが可能になる。このように押し込み式に保持することにより、シールプレート24および30は、静止部品12の間にあるスロット18、19の壁に近接した状態を維持し、これにより回転機の作動中の密閉状態を維持し、シムシール14をスロット18、19内に保持することができる。さらに一実施形態において、シールプレート22、24、26、28、30、32によって形成された各々の角38、40、42、44および46は、小さな曲率半径を有する。さらに一実施形態において、シールプレート26および28は、複数の切欠き(図2には示されないが、例えば図3では切欠き60によって、図4では切欠き80および81によって表されている)を含むことで、高圧流体がC字型シムシール14によって形成される空洞をより簡単に占めることが可能になる。
【0014】
一実施形態において、シムシール14のシールプレートの厚さは、1インチ(2.54センチメートル)のおよそ15000分の1であってよい。任意の構造上および熱的に好適な材料をシールプレートに使用することができ、高温弾性材料が推奨される。シムシール14の材料の非制限的な例には、例えばHaynes Internationalより入手可能ニッケルモリブデンクロム合金が含まれてよい。これに加えて本明細書で使用される場合、「接合された」または「接続された」は、別個のプレートが物理的に装着される実施形態、ならびに一体式のプレートを折り曲げることで複数のプレートを形成する実施形態を包含することが意図されている。
【0015】
さらに一実施形態において図2のシムシール14は、1つの層(図2には示されないが、例えば図3には層53によって表されている)を含むことで、シールプレート24または30が機能しない場合でも漏洩を抑えることができる。このような層はまた、シムシール14に補助的な構造上の支持を提供することもできる。層の非制限的な例には、ガラスプレート、セラミック構造体または金属が編み込まれたクロスが含まれる。長さの点におけるシムシール14およびいずれの補助層のサイズは、スロット18、19の長さに応じたものであってもよく、これらのスロットの長さは、回転機の様々な場所のステータにおいて異なる場合があることに留意されたい。
【0016】
図3は、本発明の別の実施形態による回転機のシムシール50の斜視図である。図3の実施形態では、シムシール50は、シールプレート52、54、56および58によって形成された箱型シムシールである。回転機の静止部品を組み立てる際、本発明の一実施形態によってシールプレート52または56の一方を特定の静止部品のスロットに接着することができる。この箱型シムシール50は、好ましくは湾曲した角を有する矩形の断面を含んでいる。シムシール50は、回転機の静止部品の間の隙間に締まり嵌めすることで漏洩を抑えることができる。例えばシムシール50のサイズは、回転機の様々な場所における静止部品の間の隙間のサイズに応じて選択することができ、この場合シムシール50の側部の長さと横幅は、静止部品の間の隙間の長さと横幅にほぼ等しい。この実施形態では、シールプレート52と56は細長く、互いに平行になるように位置合わせされており、その一方でシールプレート54と58は、その側部に複数の切欠き60を含む。一実施形態において複数の切欠き60が、対向する側部54、58の中央に対称的に配置される。この複数の切欠き60よって、高圧流体が箱型シムシール50の空洞を占めることが可能になる。これによりシムシール50の箱型構造が変形するのを阻止し、漏洩が制御される。一実施形態において、シムシール50のシールプレート52、54、56、58の厚さはおよそ15ミル(0.375ミリメートル)であってよい。シムシール50の材料の非制限的な例には、例えばHaynes Internationalより入手可能ニッケルモリブデンクロム合金が含まれてよい。さらに一実施形態において、シムシール50は、補助層53を含むことで、シールプレート52または56が機能しない場合でも漏洩を抑えることができる。このような層はまた、シムシール50に対する補助的な構造上の支持を与えることもできる。層53の非制限的な例には、ガラスプレート、セラミック構造体または金属が編み込まれたクロスが含まれる。C字型の実施形態のように、箱型の実施形態では、別個のプレートが一緒に装着される、あるいは一体式のシートが湾曲部を含むことができる。
【0017】
図4は、本発明の別の実施形態による回転機のシムシール70の斜視図である。この実施形態においてシムシール70は、平坦なシールプレート72、74、76、78で形成された箱型シムシールであり、湾曲した角に複数の切欠き80を備える。この複数の切欠き80によって、高圧流体が箱型シムシール70の空洞を占めることが可能になる。これによりシムシール70の箱型構造が変形するのを阻止し、回転機の静止部品の間にある隙間からの漏洩が制御される。一実施形態において複数の切欠き80は、平坦なシールプレート74および78にあるシムシール70の対向する側部における垂直切欠き81として示されるように垂直方向設けられる場合がある。別の実施形態において、シムシール70は切欠きを全く含まない場合もある。
【0018】
図5は、本発明の一実施形態による回転機の漏洩を抑える方法100のフローチャートである。ステップ102において、方法は、箱型シムシールまたはC字型シムシールであるシムシールの第1部分を静止部品の第1スロットに挿入するステップを含む。一実施形態において、方法は、シムシールのC字型断面を形成するステップを含む。別の実施形態において、方法は、箱型シムシールを形成するステップを含む。ステップ104において、方法は、第1静止部品のすぐ隣に第2の静止部品を配置するステップを含む。この第2静止部品は、第2スロットを有しており、この第2の部品を位置決めする際、シムシールの第2部分がこの第2スロットに挿入される。回転機のステータ部品の間にある複数のスロットの中の複数のシムシールを利用して、複数のスロットからの漏洩を抑える。一実施形態において方法はまた、漏洩を抑えることに対してシールプレートが機能しない場合に備えて、ガラスもしくはセラミックの層または金属が編み込まれたクロスをシムシール内に設けるステップ、さらにシムシールに追加的な構造上の支持を与えるステップも含む。
【0019】
有利には本シール組立体および方法によって、回転機の静止部品の隙間の間の漏洩が確実に抑えられる。C字型または箱型構造のシムシールが効果的に密閉することにより、ガスまたは蒸気タービンあるいは他の回転機における静止部品の隙間における付随的に発生する漏洩を減少させることにつながる。これはさらに、回転機の複合的なサイクル効率を高め、作動コストを下げることになる。本シール組立体と方法によって漏洩が抑えられるため、これにより回転機の作動中のパワーレベルを維持するための燃焼温度を下げることができる。
【0020】
さらに、当業者であれば、種々の実施形態からの様々な特徴の互換性を認識するであろう。同様に、記載される様々な方法ステップおよび特徴、ならびにこのような方法および特徴のための他の既知の等価物を当業者によって組み合わせ適合させることで、本開示の原理に従う付加的な組立体や技術を構築することができる。当然のことながら、上記に記載したこのような全ての目的または利点は必ずしも、任意の特定の実施形態によって実現されるわけではないことを理解されたい。したがって、例えば当業者は、本明細書に記載される組立体や技術が、必ずしも本明細書に教示または提案され得る他の目的や利点を達成せずに、本明細書で教示される1つの利点または複数の利点を達成する、あるいは最適化するように具現化あるいは実施され得ることを認識するであろう。
【0021】
本発明の特定の特徴のみを本明細書に示し記載してきたが、当業者は多くの修正形態や変更形態を思い付くであろう。したがって添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨の範囲内にあるこのような全ての修正形態や変更形態を包含することが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【0022】
10 ステータ部分
12、13 静止部品
14 シムシール
16 シール組立体
18、19 スロット
22、24、26、28、30、32 シールプレート
34 第1側部
36 第2側部
37 可変の隙間
38、40、42、44、46 角
1 第1側部の幅
2 第2側部の幅
x 長さ
50 シムシール
52、54、56、58 シールプレート
53 層
60 切欠き
70 シムシール
72、74、76、78 シールプレート
80、81 切欠き
102:シムシールの第1側部を、回転機の第1ステータ部品の第1スロットに挿入する。
104:第1ステータ部品に隣接するように第2ステータ部品を位置決めしながら、シムシールの第2側部を、回転機の第2ステータ部品の第2スロットに挿入し、シムシールは、箱型シムシールまたはC字型シムシールを形成するように接合された複数のシールプレートを備える。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転機のステータ部品の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められ、C字型のシムシールを形成する複数のシールプレートを有するシムシールを備える、回転機のためのシール組立体であって、
該シムシールが、第1側部と第2側部によって結合された2つの真っ直ぐな面を備えており、前記第1側部が該第2側部より幅が狭く、前記2側部が、前記ステータ部品の間にある前記スロット内に前記シムシールを挿入することを可能にするための隙間と内向きの角度を有する、
シール組立体。
【請求項2】
前記スロットの中に挿入する前は、前記第2側部の幅は、前記スロットの幅より大きい、請求項1記載のシール組立体。
【請求項3】
前記第1側部と前記第2側部がそれぞれ、曲率を有する少なくとも2つの角を含む、請求項1記載のシール組立体。
【請求項4】
前記シムシールが、前記複数のシールプレート内に、金属が織り込まれたクロスの層、またはガラスプレートもしくはセラミック構造体を備える、請求項1記載のシール組立体。
【請求項5】
前記シールプレートがニッケルモリブデンクロム合金を含む、請求項1記載のシール組立体。
【請求項6】
前記C字型シムシールの前記第1側部が、複数の切欠きを含む、請求項1記載のシール組立体。
【請求項7】
前記シムシールが、折り曲げられて前記複数のシールプレートを形成する1枚の一体式のプレートを備える、請求項1記載のシール組立体。
【請求項8】
タービン部品の間にあるスロット内に位置決めするようにサイズが決められた箱型シムシールを形成する複数のシールプレートを備えたタービン部品用のシムシールであって、該箱型シムシールが、曲率を有する角を含む矩形の断面形状を有する
シムシール。
【請求項9】
前記箱型シムシールが、2つの真っ直ぐな面を結合する2つの対向する側部に複数の切欠きを備えることにより、高圧流体が前記箱型シムシールの空洞を占めることを可能にする、請求項8記載のシムシール。
【請求項10】
前記切欠きが、前記対向する側部の中央に対称的に配置される、請求項9記載のシムシール。
【請求項11】
前記箱型シムシールが、前記2つの真っ直ぐな面を結合する2つの対向する側部によって形成される角に配置された複数の切欠きを含む、請求項8記載のシムシール。
【請求項12】
前記複数の切欠きが、前記角に水平方向に成形される、あるいは前記対向する側部に垂直方向に成形される、請求項11記載のシムシール。
【請求項13】
前記箱型シムシールが、前記複数のシールプレートの間に金属が織り込まれたクロス層またはガラスプレート層もしくはセラミック材料層を備える、請求項8記載のシムシール。
【請求項14】
前記シールプレートがニッケルモリブデンクロム合金を含む、請求項8記載のシムシール。
【請求項15】
回転機における漏洩を抑える方法であって、
シムシールの第1側部を、前記回転機の第1ステータ部品の第1スロットに挿入するステップと、
前記第1ステータ部品に隣接するように第2ステータ部品を位置決めしながら、前記シムシールの第2側部を、前記回転機の前記第2ステータ部品の第2スロットに挿入するステップとを含み、
前記シムシールが、箱型シムシールまたはC字型シムシールを形成するように接合された複数のシールプレートを備える、
方法。
【請求項16】
前記C字型シムシールが、第1および第2側部によって結合された2つの真っ直ぐな面を含み、該第1側部が、第1の幅の閉鎖した側部であり、該第2側部は開放した側部であり、該第1の幅より広く、前記スロットに挿入する前は、前記スロットの幅より大きい第2の幅を有しており、前記シムシールを挿入するステップが、前記第2の側部を圧迫するステップと、前記シムシールを前記スロット内で位置決めするステップと、この圧迫作用を緩めるステップとを含む、請求項15記載の方法。
【請求項17】
前記第1側部が、複数の切欠きを含むことにより、高圧流体が、前記C字型シムシールの空洞を占めることを可能にする、請求項16記載の方法。
【請求項18】
前記シムシールが、2つの対向する側部または角に複数の切欠きを含む箱型シムシールを含むことにより、高圧流体が、前記箱型シムシールの空洞を占めることを可能にする、請求項15記載の方法。
【請求項19】
前記シムシールが、前記シールプレート内にガラスもしくはセラミックの層または金属が編み込まれたクロスを含む、請求項15記載の方法。
【請求項20】
前記シムシールが、折り曲げられて前記複数のシールプレートを形成する1枚の一体式のプレートを備える、請求項15記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−113444(P2013−113444A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−257111(P2012−257111)
【出願日】平成24年11月26日(2012.11.26)
【出願人】(390041542)ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Fターム(参考)】