JP2000034904A - ダイアフラムパッキンリングダブテ―ル上のフック直径を設定する方法 - Google Patents

ダイアフラムパッキンリングダブテ―ル上のフック直径を設定する方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】蒸気タービンにおいて、時間の経過につれて当
初の設計形状および／または公差を喪失するダイアフラ
ムパッキンリングダブテール上のフック直径を再設定す
る方法を提供する。 【解決手段】ロータを収容するためのタービンダイアフ
ラムであって、半径方向内側の穴および内方に凹んだダ
ブテール溝を有するダイアフラム４４本体および前記ダ
ブテール溝内に配置されたダブテールをそれぞれ有する
複数のパッキンリングセグメントを含み、前記ダブテー
ル溝が該溝内に開口された半径方向開口を規定するフッ
ク部分を含んでおり、該フック部分がロータの中心によ
って規定される中心を有するフック直径を設定する表面
を含んでおり、そしてダイアフラム中に軸方向に対向す
る方向に据え付けられそしてダブテール溝内に突出した
別個の素子６６，６８によってフック部分が半径方向外
方に延長されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は総じて蒸気タービンに係わり、よ
り詳細には時間の経過につれて当初の設計形状および／
または公差を喪失するダイアフラムパッキンリングダブ
テール上のフック直径を再設定する方法に係わる。
【０００２】
【背景および要約】多くの回転機械では、回転部品と静
止部品の間にシールが設けられている。例えば、蒸気タ
ービンでは、例えば、静止部品（例えばダイアフラム）
およびタービンロータの周りおよび間に３６０°ラビリ
ンスシールを形成する複数の弧状シールリングセグメン
トを有するシールを使用するのが慣例である。典型的に
は、弧状シールリングセグメントは、機械の回転軸の周
りに同心であり従ってロータのシーリング表面に同心で
あるように設計された静止部品内の環状溝中に配置され
る。各弧状シールセグメントはロータのシーリング表面
に対向して弧状シール面を担持している。ラビリンスタ
イプのシールでは、シール面は半径方向に向けて整列さ
れた軸方向に間隔をおかれた歯を担持しており、これら
の歯はロータのシーリング表面を形成する整列された軸
方向に延びる環状溝から半径方向に間隔をおかれてい
る。別の態様では、ロータはシール面上の整列された歯
に対して半径方向に対向して平滑な表面を持つこともで
きる。いずれにしても、シーリング作用は作動媒体、即
ち蒸気がシールによって規定される曲がりくねった経路
内の比較的緊密なクリアランス中を通過するときに、こ
の作動媒体の乱流を形成させることによって達成され
る。
【０００３】典型的な据え付けでは、シールセグメント
を支持するダイアフラムまたはその他の静止部品中の環
状溝は、ダブテール型をしていて、対向して軸方向に配
列された位置決めフランジまたはフックを有し、フック
間にスロットが規定されている。ここに記載の例示の実
施態様では、弧状シールリングセグメントがそれぞれの
半−環状ダブテール溝内に挿入できるようにタービンダ
イアフラムは長さ方向に分割される。特に、弧状セグメ
ントは同様にダブテール形状をした装着部分を有してお
り、ダブテール溝内に配置されるために一対のフランジ
が互いに遠ざかるよう軸方向に向けられており、半径方
向に向けられた首部がセグメントのシール面とフランジ
を結合しており、この首部はダブテール溝の位置決めフ
ランジによって規定されるスロット内に配置されてい
る。首部は従って据え付けられた時点で弧状シール面を
溝の半径方向内方に担持し、従ってダブテール溝の位置
決めフランジはシール面対ロータの半径方向位置を決定
する。いわゆる「フック直径」はロータ中心から半径方
向外方に向けフックまたは位置決めフランジの半径方向
外側表面まで測定される。
【０００４】蒸気タービンの場合、通常の作動条件下で
は、タービンダイアフラム（タービンの高圧、中圧およ
び低圧セクションにおけるものを含めて）はその当初の
円形形状および／または仕様公差を失う傾向がある。こ
れは特に上記に述べたパッキンリングダブテール溝に言
うことができ、公差から外れると、所望されない蒸気の
洩れあるいは所望されない部品のこすれを起こす可能性
があり、これら両者によってタービン効率の喪失を引き
起こす可能性がある。
【０００５】円形からの逸脱／公差からの逸脱の問題を
修正するためには溶接が代表的に使用されている。この
方法は位置決めフランジまたはフックに沿った溶接修理
あるいは場合によってはダブテールを完全に充填するこ
とが必要とされる。そこで溶接プロセスの高い熱のため
に適当な熱処理法を介して応力除去が必要となる。その
最終工程はダブテールを当初の公差まで再度機械加工す
ることである。この方法は時間もかかり費用もかかる。
【０００６】
【発明の要約】本発明は回転機械シール特に蒸気タービ
ンダイアフラムパッキンリングダブテールに対する簡単
な修理方法を提供するものである。例示の実施の態様で
は、リーマ仕上げした穴を、ロータ軸に平行に延長し、
フック間の半径方向スロット内に開口するように、ダブ
テールフックの対向する側にあける。穴の直径の比較的
に小さな部分がフックの半径方向外方にあり、即ちダブ
テール溝内に突出している。次いで標準の円形の鋼棒材
から作られた精密ダウエルが挿入されてその場に溶接さ
れる。これらのダウエルもまたダブテールフックの半径
方向外側に、即ちダブテール溝内に突出し、これにより
フック直径を拡大する。挿入に先だって、ダウエルの半
径方向外側部分をその軸方向部分に沿って機械加工して
フラットを提供し、このフラットが新しいフック直径を
決定しそしてシールダブテールの半径方向内方に面する
表面に対する着座表面を提供するようにダウエルを据え
付ける。ダウエルをその場に固定するのに単に少量の溶
接材料しか必要とされず、その結果ダブテールフックに
殆どあるいは全く歪みが生ぜず、これによりその後に応
力除去する必要が省かれる。シールセグメントを据え付
ける前に、ダウエル上のフラットを若干更に機械加工す
ることにより当初（または修整）フック直径を精密に再
度設定する。
【０００７】過度な機械加工作業および応力除去の必要
性を省くことにより、蒸気タービンに対する補修のため
の運転休止（これはタービンの「休止時間」に対するユ
ーティリティー顧客にかかる高いコストのために強いて
より短いことが要求される）は実質的に減少される。よ
り詳しくは、本発明は顧客の時間の節約並びにより簡単
に管理され費用のよりかからない運転休止計画をもたら
す。
【０００８】本発明は従来のラビリンスシールのみなら
ず、より最近に開発された組合せ型のブラシシール／ラ
ビリンスシール、およびシール部品の装着にダブテール
または類似に形状付けられたスロットが用いられるその
他のシール配置にも適用できる。従って、より広い観点
から見て、本発明は、半径方向内側の穴および内方に凹
んだダブテール溝を有するダイアフラム本体および前記
ダブテール溝内に配置された複数のパッキンリングセグ
メントを含み、前記ダブテール溝が該溝内に開口された
半径方向開口を規定するフック部分を含んでおり、該フ
ック部分がロータの中心によって規定される中心を有す
るフック直径を設定する表面を含んでおり、そしてダイ
アフラム中に軸方向に対向する方向に据え付けられた別
個の素子によって前記フック部分が半径方向外方に延長
されている、ロータを収容するためのタービンダイアフ
ラム、に係わる。
【０００９】別の観点から見て、本発明は、両者間にス
ロットを規定してダブテール溝の部分を形成する軸方向
に間隔をおかれた一対のフックを含むタービンダイアフ
ラムダブテール溝のフック直径であって、ロータからフ
ックの半径方向外側表面まで延びているフック直径を再
規程する方法にして、ａ）ダブテール溝から存在するパ
ッキンリングシールセグメントを取り出し、ｂ）軸方向
に間隔をおかれたフックを少なくとも部分的に貫通して
穴をあけ、該穴を軸方向に延長させてその少なくとも部
分をフックの半径方向外方にあるようにし、ｃ）ダウエ
ルの少なくとも一部がフックのそれぞれの半径方向外方
にあるように穴のそれぞれの中にダウエルを挿入し、そ
してｄ）ダウエル各々の前記一部を機械加工して新しい
フック直径を設定する、工程を含む方法、に係わる。
【００１０】本発明のその他の目的および利点は以下の
詳細な記述から明らかとなろう。
【００１１】
【図面の詳細な記述】ここに本発明の好適な実施の態様
について詳細に参照し、本発明の一例を添付の図面にお
いて例説する。図１を参照すると、タービンハウジング
１４内に回転するよう装着されたタービンシャフト１２
を有する、総じて１０で示される蒸気タービンの一部が
例示されている。ラビリンスシール１６の形態のパッキ
ンリングシールはタービンシャフト１２の周りに配置さ
れた複数の弧状シールリングセグメント（その一つが１
８に示されている）を含み、各セグメントはダブテール
装着部分２０およびシーリング部分２２を有する。シー
リング部分２２はシーリング面２３および半径方向内方
に向かう歯２４を有し、これらがロータ内のそれぞれ環
状***および溝２６、２７と協同して蒸気のための曲が
りくねった経路を提供している。一般に、ラビリンスシ
ール１６は高圧領域から低圧領域へ（矢印Ａの方向に流
れる）蒸気の流れに比較的大きな数の部分障壁を置くこ
とによって機能する。各障壁はタービンシャフト１２の
軸に並行に流れようとする蒸気を曲がりくねった経路に
従うように強制し、これにより圧力降下が起きる。ラビ
リンスシール１６におけるあらゆる圧力降下の総和は定
義によれば高圧領域および低圧領域２８および３０間の
圧力差である。
【００１２】既に説明したように、環状シーリングリン
グの最初の設置およびそれらの改修および置換を含めた
維持に伴う主要な問題の一つはシールリングセグメント
１８をロータ１２のシーリング面の周りに同心に維持
し、タービンダイアフラム３８内に置かれたダブテール
溝３６の位置決めまたはフックフランジ３２、３４のい
かなる歪み、偏心または非標準寸法に拘わらず、シール
面を均一な半径方向クリアランスに置く必要性である。
即ち、シールリング支持構造の位置決めフランジまたは
フックの半径方向外側表面４０、４２はしばしば使用お
よび摩耗につれてロータ軸に対して楕円または偏心を帯
び、これによりシールリングセグメント１８を位置決め
フランジ表面４０、４２に固定するとシール面２３とロ
ータ１２のシーリング表面との間に非−均一な半径方向
クリアランスが生ずる。
【００１３】それ故に、本発明は、使用および摩耗ある
いは位置決めフランジの非−標準寸法によるタービンハ
ウジングの位置決めフランジ３２、３４の如何なる円形
からの逸脱あるいは偏心にも拘わらず、セグメント１８
のシール面２３とロータ１２のシーリング面との間に均
一な半径方向クリアランスを再設定するものである。本
発明は従来および正圧可変クリアランスタイプのラビリ
ンスシールリングのいずれにも適用できる。本発明は既
述したブラシシールの据え付けに対するクリアランスお
よび公差の再設定にも有用である。
【００１４】図２を参照すると、図１に示されたダイア
フラム３８に類似してよく、蒸気タービンのＨＰ、ＩＰ
またはＬＰセクションに配置できる、静止タービン部品
４４は総じて４６で示されるダブテール溝を含んでい
る。この溝は一対の軸方向に間隔をおかれた位置決めフ
ランジまたはフック４８、５０を含んでおり、これらは
互いに向かい合っており両者間に半径方向開口またはス
ロット５２を規定している。ダブテールの「フック直
径」は従ってタービンロータの軸からフック４８、５０
の半径方向外側表面５４、５６までの距離として測定さ
れ、そしてこの直径がシールの精密な半径方向位置決め
にとって重要であることが認識されよう。
【００１５】使用中に当初の公差を失いあるいは歪みま
たは円形から外れたダイアフラムに対しては、修理は通
常作業場で行われ、典型的にはダイアフラムと全てのシ
ールセグメントを取り外しその後新しいシールセグメン
トを据え付けることを要する。ダイアフラムそれ自体は
上記に簡単に記載したように溶接によって補修されるの
が代表的である。
【００１６】図２は本発明の例示的な実施の態様に従っ
てダイアフラム４４自体の修理の第一工程を例示してい
る。最初、ダイアフラムとシールセグメントを取り外し
た後、ダブテール溝４６の対向する側からダイアフラム
を通して軸方向の穴５８、６０をあける。詳細には、図
２の左側を参照すると、穴５８は穴の主要な弦部分がフ
ック表面５４の半径方向外方にあるような半径方向位置
に置かれる。この配置は、穴の直径と概略等しい直径の
如何なるピンまたはダウエルの一部がフックの上方に半
径方向の方向に突出し、これにより更に以下に説明する
ように、新しいより大きいフック直径を設定する。同様
なダウエルを受容するために、ダブテールの対向側に同
様な穴をあける。必要ならば、穴５８、６０は６２、６
４それぞれに示されるように、座ぐりできる。
【００１７】図３、４、６および７を参照すると、穴５
６、５８内に挿入されるダウエルまたはピン６６、６８
が標準の円形の鋼材から作られる。図６および７に最も
良く見られるように、ピン６６の一端が機械加工されて
半径方向肩部７１まで延びるフラット７０が形成される
ことに注意されたい。更に、以下に説明される目的のた
めに７２で示されるように、フラット表面の一縁部をフ
ラットを横切って面取りする。フック５６の軸方向長さ
はフック５４とは異なるが、ピンは実質的に同一の長さ
でよい。
【００１８】ダウエルまたはピン６６、６８は、それら
の内側縁部（即ち、ダブテール溝に面する縁部）がスロ
ット５２を規定するフック４８、５０の対向表面８０、
８２の直ぐ手前（軸方向）にあるまで挿入する。好適な
実施の態様では、ピン６６、６８の長さはピンの後方端
が図３に最も良く見られるように穴５４、５６内の凹所
に収まるような長さである。残りの凹所自体は溶接材料
８４、８６で充填でき、これによりプラグ溶接を生じて
ダウエルをその場に保持する。しかしながら、溶接材料
の量はフックダブテールの歪みが起こらず従って応力除
去工程が必要とされない程に十分少ない。
【００１９】据え付け後、フラット７０は機械加工され
て新たな表面７０′とされ、当初または改修されたフッ
ク直径を精密に再設定する。据え付け時の図７のダウエ
ルと機械加工後の図４のダウエルを比較することにより
最も良く見られる断面積の変化に気付かれたい。機械加
工の完了後、ダブテール喉部または首部域（スロット５
２の対向側面上）を掃除して必要ならパッキンリングク
リアランスのためにピンまたはダウエルを同一平面にす
る。
【００２０】ダウエルの面取り縁部７２はパッキンリン
グセグメントをパッキンリング組立方向に向けるように
配備される。パッキンリングセグメント７８の縁部７６
上には相補形面取り７４が形成される。この配置はセグ
メントを図４の矢印Ａの方向に向けてダブテール内の所
定位置に円周方向に滑動するのを容易にする。組立の間
においてすらもパッキンリングセグメントを半径方向内
方の方向に向けて、即ち、ロータに向けて駆動するスプ
リングがダブテール内に設定されているときには面取り
を導入することが特に重要である。
【００２１】図５に示される別の配置では、ピンまたは
ダウエル８８、９０は座ぐり部分９２、９４内に突出す
るように伸ばされる。これによって９６、９８に示され
るようにピンの後端の周りにピンまたはダウエルをすみ
肉溶接することが可能となる。典型的なシナリオでは、
パッキンリングセグメントに対する装荷計算により各シ
ールセグメントに要するピンまたはダウエルの数が決ま
ろう。例えば、セグメント（各１８０°ダイアフラムセ
グメント内に典型的には３つのパッキンリングセグメン
トが据え付けられる）毎に４乃至６個のピンを設けるこ
とができる。これは各セグメントの側面毎に２乃至３個
のピンまたはダウエルを含む。
【００２２】更に大きな装荷要件に対しては、追加の担
持面が必要とされる可能性があり、これはピンまたはダ
ウエルよりもむしろ担持パッド１００を利用して達成で
きる。このようなパッドの一つが図８に示されている。
その据え付けは上記したところと同様であるが、パッド
の挿入を可能にするためにアクセス穴１０２を再成形す
る。
【００２３】本発明は現在のところ最も実際的で好まし
い実施の態様と考えられるものに関連して記載された
が、本発明はこの開示した実施の態様に限定されること
はなく、それどころか特許請求の範囲の精神および範囲
に包含される種々の変更および同等の配置を網羅するも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸気タービンダイアフラムおよびこれに関連す
るパッキンリングセグメントの部分的な側部立面図であ
る。
【図２】本発明の実施例の実施の態様に従ってダイアフ
ラムを通して軸方向に対向した穴があけられている蒸気
タービンダイアフラム内のダブテール溝の部分的な側部
立面図である。
【図３】図２と同じであるが、ダイアフラム壁内にあけ
られた穴の内部にダウエルが設置されている部分的な側
部立面図である。
【図４】図２および３に例示されたタービンダイアフラ
ムの部分的な端面図である。
【図５】ダウエルが設置されているがしかし本発明の第
二の実施例の実施の態様に従ったタービンダイアフラム
の部分的な側部立面図である。
【図６】本発明に従ってタービンダイアフラムと共に使
用するためのダウエルの側部立面図である。
【図７】図６に例示したダウエルの端面図である。
【図８】図６および７に示された円形ピンに対する代替
として細長いパッドを備えたタービンダイアフラムの部
分的端面図である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半径方向内側の穴および内方に凹んだダ
    ブテール溝を有するダイアフラム本体および前記ダブテ
    ール溝内に配置されたダブテールをそれぞれ有する複数
    のパッキンリングセグメントを含み、前記ダブテール溝
    が該溝内に開口された半径方向開口を規定するフック部
    分を含んでおり、該フック部分がロータの中心によって
    規定される中心を有するフック直径を設定する表面を少
    なくとも１つ含んでおり、そして前記ダイアフラム中に
    軸方向に据え付けられそして前記フック部分からダブテ
    ール溝内に突出した少なくとも１つの別個の素子によっ
    て前記フック部分が半径方向外方に延長されている、ロ
    ータを収容するためのタービンダイアフラム。
  2. 【請求項２】 各ダブテール溝が一対の対向したフック
    部分を含んでおり、該対向したフック部分からダブテー
    ル溝内に突出する別個の素子少なくとも２つを各セグメ
    ントが有している、請求項１記載のダイアフラム。
  3. 【請求項３】 別個の素子がダウエルである、請求項１
    記載のダイアフラム。
  4. 【請求項４】 各ダウエルがダブテールに対する係合表
    面を提供するフラット表面を有している、請求項３記載
    のダイアフラム。
  5. 【請求項５】 各ダウエルがダブテール溝中に組み立て
    方向に挿入されたときにパッキンリングと係合するよう
    に適合された面取りされた表面を含んでいる、請求項３
    記載のダイアフラム。
  6. 【請求項６】 両者間にスロットを規定してダブテール
    溝の部分を形成する軸方向に間隔をおかれた一対のフッ
    クを含むタービンダイアフラムダブテール溝のフック直
    径であって、ロータの中心線から前記フックの半径方向
    外側表面まで延びているフック直径を再規程する方法に
    して、ａ）ダブテール溝から存在するパッキンリングシ
    ールセグメントを取り出し、ｂ）前記軸方向に間隔をお
    かれたフックを少なくとも部分的に貫通して穴をあけ、
    該穴を軸方向に延長させてその少なくとも部分を前記フ
    ックの半径方向外方にあるようにし、ｃ）ダウエルの少
    なくとも一部が前記フックのそれぞれの半径方向外方に
    あるように前記穴のそれぞれの中にダウエルを挿入し、
    そしてｄ）前記ダウエル各々の前記一部を機械加工して
    新しいフック直径を設定する、工程を含む方法。
  7. 【請求項７】 工程ｂ）が各パッキンシールリングセグ
    メントに対して前記ダイアフラムの各側面に少なくとも
    ２つの穴をあけて少なくとも２つのダウエルを挿入する
    ことによって行われる、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程ｂ）が各パッキンシールリングセグ
    メントに対して前記ダイアフラムの各側面に少なくとも
    ３つの穴をあけて少なくとも３つのダウエルを挿入する
    ことによって行われる、請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 溶接後にダイアフラムの熱処理を必要と
    しない方法によって前記ダウエルが前記穴の中に溶接さ
    れている、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 それぞれのパッキンリングシールセグ
    メントのダブテール装着部分に対して係合表面を提供す
    る軸方向に延びるフラット表面を各ダウエルが上部に有
    している、請求項７記載の方法。
  11. 【請求項１１】 各ダウエルがダブテール溝中に組み立
    て方向に挿入されたときにパッキンリングシールセグメ
    ントのダブテール装着部分と係合するように適合された
    面取りされた表面を含んでいる、請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記パッキンリングシールセグメント
    がラビリンスシールである、請求項６記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記パッキンリングシールセグメント
    がブラシシールである、請求項６記載の方法。
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