JP2008128240A - タービンシールガード - Google Patents

Abstract

【課題】流路を通って移動する固体粒子不純物からシール及び他の構成要素を遮蔽するための改良されたシステムを提供する。
【解決手段】周囲方向に互いに離間して配置された複数のノズル１２と、各々がブレードカバー２０を含む周囲方向に互いに離間して配置された複数のタービンブレード１４と、ノズル１２の後縁部及びブレードカバー２０の前縁部により規定された開口部３８とを含むタービンにおけるシールガード。シールガードは、ノズル１２の後縁部に配置され且つ開口部３８の少なくとも一部を横断するように下流側方向に延出する上流側軸方向フィン５２、又はブレードカバー２０の前縁部に配置され且つ開口部３８の少なくとも一部を横断するように上流側方向に延出する下流側軸方向フィン５８を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、タービン構成要素を固体粒子の浸食及び堆積から保護するシステムに関する。特に、本発明は、タービンシール構成要素から固体粒子を排除するためのシールガードを提供するシステムに関するが、そのようなシステムに限定されない。

蒸気タービン及び／又はガスタービンは、二次漏れを最小限に抑えるために、一般に静止部品と回転部品との間で環状シールを利用する。そのような漏れを防止又は減少することにより、排気流れはより大きな割合でタービンブレードへ強制的に流されるため、タービンの効率を最大限にできる。しかし、作業流体の中には不純物又は固体粒子が存在する場合が多い。一般に、固体粒子はタービンのダイアフラム段を通過する間に（すなわち、静止ノズルブレードに沿って移動する間に）高速に加速される。そのような高速で移動している固体粒子は浸食や劣化を引き起こし、その結果、環状シールを含めて、固体粒子が接触する下流側タービン構成要素の表面の粗さを増す。浸食に加えて、固体粒子は回転構成要素又は静止構成要素に固着することもあり、それにより、流れ面積を変化させ、摩擦損傷を発生する可能性もある。

主蒸気流路内に存在するタービン構成要素は、一般に特殊被覆膜又は機械的硬化処理により保護されている。しかし、環状シールに関連する構成要素は、通常、主蒸気流路内の構成要素より柔らかい材料から製造されており、特殊被覆膜による処理又は機械的硬化処理は実行されない。これは、静止構成要素と回転構成要素との間で摩擦が起こる場合、柔軟な材料が望ましいためである。従って、環状シール構成要素と接触する固体粒子は、浸食及び劣化を引き起こす場合が多い。そのような浸食は、環状シールを形成する互いに重なり合う歯を平坦にするか又は歯の角部を削り取ってしまい、時間の経過に伴って、いずれかの歯の構造の一体性が損なわれれば、性能上の問題、更にはより重大な信頼性の問題に至る可能性もある。固体粒子は環状シールの内部に堆積することもあり、回転部品の回転速度及び静止部品と回転部品との間のシールの許容差を考慮すると、そのような固体粒子の堆積はシールに重大な損傷を与える。そのような状況において、固体粒子は回転面と静止面とを互いに擦り合わせ、環状シールの構造の一体性を損ない且つ／又はシールを形成する互いに重なり合う歯を損傷する。その結果、漏れは増加し、タービン効率は低下するおそれがある。

従って、蒸気タービン及びガスタービンの環状シール並びに他の高感度構成要素は、それらの固体粒子不純物から更に適切に保護されなければならない。従来のシステムは、この未解決の問題に十分に対処していなかった。従って、流路を通って移動する固体粒子不純物からシール及び他の構成要素を遮蔽するための改良されたシステムが必要とされる。

そこで、本出願は、タービンにおける固体粒子浸食を防止するシステムを説明してもよい。タービンは、ブレードカバーと、ノズルの後縁部及びブレードカバーの前縁部により規定される開口部とを含むタービンブレードを含んでもよい。システムは、ノズルの後縁部に配置された上流側軸方向フィン及びブレードカバーの前縁部に配置された下流側軸方向フィンのうち少なくとも一方を含んでもよい。ノズルの後縁部は外側側壁を含んでもよい。

いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィンは、外側側壁から下流側方向に突出するフィンを含んでもよい。上流側軸方向フィンは、ほぼ連続して周囲方向に延出してもよい。他の実施形態においては、上流側軸方向フィンは、開口部の少なくとも一部を横断するように軸方向に延出するフィンを含んでもよい。

いくつかの実施形態においては、下流側軸方向フィンは、ブレードカバーから上流側方向に突出するフィンを含んでもよい。下流側軸方向フィンは、開口部の少なくとも一部を横断するように軸方向に延出するフィンを更に含んでもよい。下流側軸方向フィンは、ほぼ連続して周囲方向に延出してもよい。

いくつかの実施形態においては、システムは上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンの双方を含んでもよい。上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンは、ほぼ同一の半径方向位置を有し、開口部の軸方向距離にわたって実質的に延出してもよい。他の実施形態においては、下流側軸方向フィンは上流側軸方向フィンより半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよい。下流側軸方向フィン及び上流側軸方向フィンは、軸方向に互いに重なり合ってもよい。

上流側軸方向フィンは外側側壁の一体の一部であってもよい。いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィンは、溶接又はピーニングにより外側側壁に装着されてもよい。

システムは、ブレードカバーの前縁部に配置された下流側溝を更に含んでもよい。上流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、下流側溝の内部で終端してもよい。他の実施形態においては、システムは、ノズルの後縁部に配置された上流側溝を更に含んでもよい。下流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、上流側溝の内部で終端してもよい。

本出願は、周囲方向に互いに離間して配置された複数のノズルと、各々がブレードカバーを含む周囲方向に互いに離間して配置された複数のタービンブレードと、ノズルの後縁部及びブレードカバーの前縁部により規定された開口部とを含むタービンにおけるシールガードを更に説明してもよい。シールガードは、ノズルの後縁部に配置され且つ開口部の少なくとも一部を横断するように下流側方向に延出する上流側軸方向フィン、又はブレードカバーの前縁部に配置され且つ開口部の少なくとも一部を横断するように上流側方向に延出する下流側軸方向フィンを含んでもよい。いくつかの実施形態においては、システムは上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンの双方を含んでもよく、上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンは、ほぼ同一の半径方向位置を有し、開口部の軸方向距離にわたって実質的に延出してもよい。他の実施形態においては、下流側軸方向フィンは上流側軸方向フィンより半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよく、上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンは軸方向に互いに重なり合ってもよい。

いくつかの実施形態においては、システムは、ブレードカバーの前縁部に配置された下流側溝を含んでもよい。上流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、下流側溝の内部で終端してもよい。他の実施形態においては、システムは、ノズルの後縁部に配置された上流側溝を含んでもよい。下流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、上流側溝の内部で終端してもよい。

本出願の上記の特徴及びその他の特徴は、添付の図面と関連する以下の好適な実施形態の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を検討することにより明らかになるであろう。

そこで図面を参照すると、いくつかの図を通して、種々の図中符号は同様の部分を表す。図１は、本出願の一実施形態が動作してもよい周囲環境の一例、すなわちタービン段１０の横断面図を示す。タービン段１０は、蒸気タービン又はガスタービン、あるいは他の種類のターボ機械の内部における１つの段であってもよい。タービン段１０は周囲方向に互いに離間して配置された複数のノズル１２を含んでもよい。ノズル１２は、周囲方向に互いに離間して配置された複数のタービンブレード１４へ作業流体の流れを搬送する静止構成要素であってもよい。タービンブレード１４は、ベース１８から延出するエーロフォイル１６を含んでもよい。動作中、エーロフォイル１６の構成及び作業流体の流れによって、タービンブレード１４が回転翼（図示せず）に関して回転し、それにより、作業流体の流れのエネルギーが機械的エネルギーに変換されるように、タービンブレード１４のベース１８は回転翼に結合してもよい。

エーロフォイル１６の半径方向外側端部において、各タービンブレード１４はブレードカバー２０に結合されてもよい。ブレードカバー２０はタービンブレード１４と一体であってもよいし、あるいは従来の方法に従ってタービンブレード１４に装着されてもよい。一般に、ブレードカバー２０は、エーロフォイル１６の半径方向外側端部にあり、エーロフォイル１６の面に対してほぼ垂直である面又は構造であってもよい。特に、ブレードカバーは、エーロフォイル１６の端部を越えて作業流体が漏れるのを防止してもよい。エーロフォイル１６の端部を越えて漏れ出す作業流体が実行する仕事の量は少なく、その結果、タービンの効率が低下するため、この漏れ防止は有益である。ブレードカバー２０はチップシュラウド又はバケットカバーとしても周知である。各ブレードカバー２０は、隣接するタービンブレード１４のブレードカバー２０に向かって周囲方向に延出してもよい。各ブレードカバー２０は隣接する２つのブレードカバー２０に当接してもよい。このように、ブレードカバー２０はタービンの内部に（分割されてはいるが）ほぼ連続する周囲リングを形成してもよい。別の種類の構成においては、ブレードカバーは複数のタービンブレードにまたがっていてもよい。その場合、先に説明したブレードカバーより大型のブレードカバー（図示せず）は互いに当接して、タービン内部に周囲リングを形成してもよい。ブレードカバー２０の半径方向外側の面２２に、１つ以上のカバー歯２４が配置されてもよい。バーニヤ歯としても周知であるカバー歯２４は、半径方向外側の面２２から半径方向外側に向かって尖った形状である先細突起又は段差突起を含んでもよい。

ブレードカバー２０の半径方向外側に、タービン段１０はスピルストリップ２６を更に含んでもよい。スピルストリップ２６は、組立て時にタービン内部にほぼ連続した周囲リングを形成する一連の互いに当接する弓形セグメントを含む静止構成要素であってもよい。スピルストリップ２６の半径方向内側の面２８に、１つ以上のスピルストリップ歯３０が配置されてもよい。スピルストリップ歯３０はバーニヤ型、ハイロー型、連動型又は他の任意の一般に使用されている型のシール歯であってもよく、半径方向内側の面２８から半径方向内側に向かって尖った形状である先細突起又は段差突起を含んでもよい。スピルストリップ歯３０及びカバー歯２４は、それらの歯がブレードカバー２０とスピルストリップ２６との間にシール３４を形成するように配置されてもよい。このシール３４は、環状シール、ハイローシール、連動シール又はバーニヤシールと呼ばれてもよい。特に、スピルストリップ歯３０及びカバー歯２４は、この領域における作業流体の軸方向移動を制限するシールが形成されるように、ブレードカバー２０／スピルストリップ２６の軸方向長さに沿って重なり合う歯又は連動する歯を形成してもよい。スピルストリップ２６はタービンケーシング３４に結合されてもよいし、あるいはタービンケーシング３４と一体であってもよい。タービンケーシング３４は、タービンを取り囲む外側ケーシングを形成してもよい。更に、他の構体においては、スピルストリップ２６はケーシング、ダイアフラムブレード／リング支持体又は下流側ダイアフラム／ブレードリングに装着されてもよい。

ガスタービンにおいては空気であり、蒸気タービンにおいては蒸気である作業流体は、タービン段１０を通って流れてもよい。通常、作業流体はタービンの主流路を通って（すなわち、ノズル１２を通過し、次にエーロフォイル１６を通って）流れる。主流路の流れは図１に矢印３６により示される。従来のタービン構造においては、ノズル１２の外側後縁部とブレードカバー２０の内側前縁部との間に開口部３８が配置される。作業流体は主流路から外れ、開口部３８に流入することもある。そのような流れの方向は図１に矢印４０により示される。開口部３８に流入した作業流体は、その後、スピルストリップ歯３０及びカバー歯２４を含むシール３２と関連する構成要素と接触してもよい。

作業流体には、いくつかの不純物が含まれる場合がある。本明細書中で使用される用語「不純物」は、固体粒子又は他の不純物を含んでもよい。それらの固体粒子は主流路（矢印３６により示される）に流入し、ノズル１２及びエーロフォイル１６などのタービン構成要素と主流路の内部で接触する。前述のように、主流路の構成要素は一般に特殊被覆膜又は機械的硬化処理により保護されているので、固体粒子と接触しても、構成要素の浸食又は劣化は殆ど又は全く起こらない。固体粒子は開口部３８に流入する場合もある。従来のタービン構造においては、開口部３８の軸方向距離（すなわち、ノズル１２の外側後縁部及びブレードカバー２０の内側前縁部により規定される軸方向距離）が相対的に長いため、そのような流入が起こる頻度は高い。

更に、開口部３８の前縁部の湾曲の度合いは相対的に小さいため、開口部３８に流入する固体粒子を妨げる機能を果たせない。そのような妨害が行われないと、タービンブレード１４の回転速度の作用によって、固体粒子の殆どは開口部３８の中へ押し流されてしまう。特に、従来のタービン構造の場合、タービンブレード１４の回転によって、固体粒子は半径方向外側へ移動し、その結果、開口部３８に侵入する固体粒子の割合は増加する。尚、開口部３８の前縁部（すなわち、ノズル１２の後縁部）は、多くの場合、外側側壁４６構成要素により規定される。一般に、タービンノズル構体は、いくつかの方法を使用して構成できる。第１の方法は、一体に形成された外側側壁４６及び内側側壁４７を有するノズル１２を使用することを含む。外側側壁４６及び内側側壁４７は、外側リング４８と内側リング４９との間にノズル１２を直接溶接するために使用される。この構成のノズルはシングレットノズルと呼ばれることが多い。第２のノズル組立て方法（図示せず）は、バンド／リング構成を使用する。この種の構体においては、ノズルは、まず、約１８０°の角度で広がる内側バンドと外側バンドとの間に溶接される。エーロフォイルが溶接されたそれらの弓形バンドは、次に、タービンの固定子の内側支持リングと外側支持リングとの間に組付けられて溶接される。この第２のノズル組立て方法によれば、開口部３８の前縁部は図示されない外側バンドにより規定されるであろう。第３の組立て方法（図示せず）は１つ以上の大きな材料片を使用し、材料片からノズルが機械加工される。この方法は「ブリング」構成と呼ばれる場合もある。

簡潔にするため、本明細書中、開口部３８の前縁部を一般にノズル１２の後縁部と呼び、特に、外側側壁４６の後縁部と呼ぶ。他のノズル構体構成が使用される場合、開口部３８の前縁部は、前述の外側バンド構成要素並びに外側リング４８、ノズル１２及び／又は他の静止構成要素などの他の構成要素により規定されてもよいことが当業者により認識されるであろう。従って、本明細書中でノズル１２又は外側側壁４６の後縁部というとき、それは他の種類のノズル構体構成において開口部３８の前縁部を規定するそれらの他の構成要素も含むものとする。

開口部３８において、カバー歯２４又はスピルストリップ歯３０のように、通常は柔らかい材料から製造され、特殊被覆膜又は機械的硬化処理によって処理されていない構成要素と固体粒子が接触する。多くの場合、シール３２のそれらの構成要素と接触した固体粒子は浸食を発生させる。時間の経過に伴って、浸食はカバー歯２４及び／又はスピルストリップ歯３０に重大な損傷を与え、その結果、シール３２の性能は悪影響を受け、漏れが増加する。すなわち、歯が摩耗し、カバー歯２４又はスピルストリップ歯３０の間の重なり合いが減少又は破壊されると、更に多くの量の作業流体がシール３２を抜けて漏れ出す可能性がある。当然、シールを通過する作業流体からはエネルギーが抽出されないため、タービンの効率は低下する。

次に図２を参照すると、タービン段１０と関連させて、本出願によるシールガード５０の一実施形態が示される。タービン段１０の使用は単なる一例であり、シールガード５０は他のタービン段構成と組合わせて使用されてもよいことが当業者により認識されるであろう。シールガード５０は、ノズル１２の外側側壁４６から軸方向下流側へ突出する上流側軸方向フィン５２を含んでもよい。他の実施形態においては、２つ以上の軸方向フィン５２が設けられてもよい。特に、上流側軸方向フィン５２は、開口部３８を横断するように外側側壁４６から軸方向に突出してもよい。いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン５２は外側リング４８から突き出てもよい（すなわち、上流側軸方向フィン５２は開口部３８を横断するように外側リング４８から軸方向に突出してもよい）。終端部である上流側軸方向フィン５２の後縁部は、ブレードカバー２０の前縁部にごく近接して配置されてもよい。上流側軸方向フィン５２は開口部３８の軸方向距離の一部又は全てにわたって延出してもよい。いくつかの実施形態においては、図２に示されるように、上流側軸方向フィン５２は先端部５４に向かって先細になっていてもよい。

上流側軸方向フィン５２は、タービンの内部でほぼ連続して周囲方向に延出してもよい。すなわち、ノズル構成のいくつかの実施形態においては、隣接するノズル１２の外側側壁４６は当接して、ほぼ連続する周囲リングを形成してもよい。上流側軸方向フィン５２は、タービンの周囲に沿って（分割されてはいるが）連続して延出するように外側側壁４６に形成されてもよい（すなわち、上流側軸方向フィン５２は外側側壁４６の周囲方向全長にわたって形成される）。ノズル構成の他の実施形態においては、外側側壁４６の形状又は外側リング４８の構成の関係上、上流側軸方向フィン５２はタービンの周囲に沿って連続するように延出してもよい。

いくつかの実施形態においては、シールガード５０は、ブレードカバー２０から上流側方向に突出する下流側軸方向フィン５８を含んでもよい。他の実施形態においては、２つ以上の下流側軸方向フィン５８が含まれてもよい。特に、下流側軸方向フィン５８は開口部３８を横断するようにブレードカバー２０から軸方向に突出してもよい。下流側軸方向フィン５８は、開口部３８の軸方向距離の一部又はほぼ全てにわたって延出してもよい。いくつかの実施形態においては、図２に示されるように、下流側軸方向フィン５８の端部は先端部６０に向かって先細になっていてもよい。

下流側軸方向フィン５８は周囲方向にほぼ連続して延出してもよい。すなわち、隣接するタービンブレード１４のブレードカバー２０は当接して、ほぼ連続する周囲リングを形成してもよい。下流側軸方向フィン５８は、タービンの周囲に沿って（分割されてはいるが）連続して延出するようにブレードカバー２０に形成されてもよい（すなわち、下流側軸方向フィン５８はブレードカバー２０の周囲方向全長にわたって形成される）。

いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン５２及び下流側軸方向フィン５８が開口部３８の軸方向距離をほぼ覆うように、上流側軸方向フィン５２と下流側軸方向フィン５８との組合せが使用されてもよい。他の実施形態においては、図２に示されるように、下流側軸方向フィン５８は上流側軸方向フィン５２より半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよい。図示されてはいないが、いくつかの実施形態においては、この配置により、上流側軸方向フィン５２と下流側軸方向フィン５８とは軸方向に互いに重なり合う。

上流側軸方向フィン５２の形成に際しては、いくつかの方法を使用できる。いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン５２は、従来の方法により外側側壁４６又は外側リング４８の一体の一部として機械加工されてもよい。前述のように、いくつかのタービンにおいては、開口部３８の上流側縁部は外側バンドにより規定されてもよい。そのような場合、上流側軸方向フィン５２は外側バンドの一体の一部として機械加工されてもよい。上流側軸方向フィン５２は合金鋼（１２‐クロム、ステンレス鋼又は低合金鋼など）から製造されてもよく、炎焼入れ又は他の類似する機械的処理によって機械的に硬化されてもよいが、機械的硬化は不可欠ではない。別の実施形態においては、機械的硬化処理ではなく、流路内の構成要素に通常使用される被覆膜などの被覆膜が上流側軸方向フィン５２に対して使用されてもよい。この機械的硬化処理又は保護被覆膜の形成の目的は、固体粒子による浸食に対する上流側軸方向フィン５２の耐性を向上することである。

図３に示されるように、上流側軸方向フィン５２は外側側壁４６に溶接されてもよい。他の場合（図示せず）には、上流側軸方向フィン５２は外側リング４８に溶接されてもよい。図示されるように、上流側軸方向フィン５２は、そのような構成要素を有さない外側側壁４６に溶接されてもよい。そのような場合、上流側軸方向フィン５２が形成されるように、外側側壁４６の後縁部に長いテーパ形状の部材７０が溶接されてもよい。長いテーパ形状の部材７０の上向き半径方向面に配置された溶接部７２及び長いテーパ形状の部材７０の下部前縁部に配置された溶接部７４が使用されてもよいが、他の溶接構成が使用されてもよいことは当業者により認識されるであろう。そのような実施形態においては、溶接される上流側軸方向フィン５２は外側側壁４６とは異なる材料から製造されてもよい。一般に、外側側壁４６又は外側リング４８の材料より固体粒子による浸食に対する耐性が高いステライト（登録商標）、インコネル（登録商標）、あるいは他の類似する合金又は材料が使用されてもよい。他の実施形態においては、溶接される上流側軸方向フィン５２は外側側壁４６又は外側リング４８と同一の材料から製造されてもよい。

図４に示されるように、上流側軸方向フィン５２は、機械的結合により又は構成要素を所定の場所にピーニングすることにより外側側壁４６に装着されてもよく、他の場合（図示せず）には、外側リング４８に装着されてもよい。本実施形態においては、上流側軸方向フィン５２を形成するために、テーパ形状又は矩形の部材８０が使用されてもよい。矩形の部材８０は一端部にダブテール又はフック８２を含んでもよいが、機械的結合又はピーニングを可能にする他の構成を含んでもよい。装着中、フック８２は外側側壁４６のダブテール又は溝８４に挿入されてもよい。当該技術において周知であるように、その後、外側側壁４６が変形され、フック８２が溝８４の中に機械的に係止されるように、外側側壁４６は溝８６に隣接する場所でピーニングされてもよい。外側側壁４６又は外側リング４８は、ピーニング工程の機械的変形を助ける小さな二次溝（図示せず）を更に含んでもよい。

上流側軸方向フィン５２の所定の場所への機械的結合又はピーニングを採用する場合、上流側軸方向フィン５２は外側側壁４６又は外側リング４８の材料とは異なる材料から製造されてもよい。一般に外側側壁４６又は外側リング４８の材料より固体粒子による浸食に対する耐性が高いステライト、インコネル、あるいは他の類似する合金又は材料が使用されてもよい。他の実施形態においては、機械的に結合される又はピーニングされる上流側軸方向フィン５２は、外側側壁４６又は外側リング４８と同一の材料から製造されてもよい。更に、機械的結合又はピーニングによって上流側軸方向フィン５２を装着することにより、既存の外側側壁４６又は外側リング４８（あるいは開口部３８の上流側縁部を規定する他の構成要素のうち任意の構成要素）に上流側軸方向フィン５２を効率よく後付けできる。このように、固体粒子による著しい浸食が起こっているタービンに、更に深刻な浸食の発生を防止するために、上流側軸方向フィン５２が追加されてもよい。従って、上流側軸方向フィン５２は既存の流路又は新たな流路のいずれに適用されてもよい。

下流側軸方向フィン５８は、上流側軸方向フィン５２に関して先に説明した方法に類似する方法により形成されてもよい。すなわち、下流側軸方向フィン５８はブレードカバー２０の一体の一部として機械加工されてもよいし、あるいは既存のブレードカバー２０に溶接されるか、機械的に結合されるか、又は所定の場所にピーニングされてもよい。下流側軸方向フィン５８は、上流側軸方向フィン５２に関して先に説明した材料と同一の材料から製造されてもよい。

動作中、シールガード５０は、固体粒子不純物が開口部３８に侵入しないように偏向するためのシールドを形成してもよい。また、固体粒子不純物が開口部３８から運び去られるように、シールガード５０は開口部３８の周囲の流れ特性を変化させてもよい。そのように主流路の内部で偏向又は方向転換された固体粒子不純物はシール３２の構成要素（及びタービンのこの領域にある他のタービン構成要素）と接触できなくなるか又はシール３２の構成要素を浸食できなくなり、タービンの性能が漏れの増加によって悪影響を受けることもなくなる。特に、上流側軸方向フィン５２及び下流側軸方向フィン５８は開口部３８の軸方向の広がりを著しく縮小するため、開口部３８に侵入する固体粒子の数を減少する。更に、上流側軸方向フィン５２及びその先細の先端部５４は、開口部３８に侵入するように固体粒子を招き入れていた開口部３８の前縁部における既存のわずかな湾曲に代えて使用される。

いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン５２は下流側軸方向フィン５８を伴わずに使用されてもよい。そのような実施形態においては、上流側軸方向フィン５２は、開口部３８の大半の部分を覆うように構成されてもよい。更に、図５に示されるように、上流側軸方向フィン５２は下流側溝９０と組合わせて使用されてもよい。下流側溝９０はブレードカバー２０の中に形成された溝又は凹部であってもよい。そのような実施形態においては、上流側軸方向フィン５２は開口部３８を覆い、下流側溝９０の内部で終端してもよい。

同様に、別の実施形態においては、下流側軸方向フィン５８は上流側軸方向フィン５２を伴わずに使用されてもよい。そのような実施形態においては、下流側軸方向フィン５８は、開口部３８の大半の部分を覆うように構成されてもよい。更に、図６に示されるように、下流側軸方向フィン５８は上流側溝９４と組合わせて使用されてもよい。上流側溝９４は外側側壁４６又は外側リング４８の内部に形成された溝又は凹部であってもよい。そのような実施形態においては、下流側軸方向フィン５８は開口部３８を覆い、上流側溝９４の内部で終端してもよい。

他の実施形態においては、図２に示すように、上流側軸方向フィン５２は下流側軸方向フィン５８と重なり合うか又はほぼ重なり合っていてもよい。そのような実施形態においては、下流側軸方向フィン５８は上流側軸方向フィン５２より半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよい。そのような実施形態の場合、固体粒子は、シール３２及び関連する構成要素に到達するまでに、必然的に、重なり合っているか又は近接して配置された軸方向フィンの間を縫うように進むことになる。しかし、軸方向フィンの相対的な半径方向位置及び上流側軸方向フィン５２により作業流体に与えられる流れ方向によって、固体粒子がそのような動きをすることはほぼありえない。シール３２に流れ着く固体粒子の数は著しく制限されるため、シール３２及び隣接する構成要素に対する浸食は大幅に減少される。

本発明の好適な実施形態の以上の説明から、当業者は改良、変更及び変形を認知するであろう。当該技術に含まれるそのような改良、変更及び変形は添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。更に、以上の説明は本出願の説明された実施形態のみに関連し、添付の特許請求の範囲及びそれと等価のものにより定義される本出願の趣旨の範囲から逸脱せずに数多くの変更及び変形を実施できることは明らかであろう。

本出願の一実施形態が動作してもよい周囲環境の一例である従来のタービン段の横断面図を概略的に示した線図である。 本出願の一実施形態に従ったシールガードを有するタービン段の横断面図を概略的に示した線図である。 本出願の別の実施形態に従ったシールガードを有するタービン段の横断面図を概略的に示した線図である。 本出願の更に別の実施形態に従ったシールガードを有するタービン段の横断面図を概略的に示した線図である。 本出願の更に別の実施形態に従ったシールガードを有するタービン段の横断面図を概略的に示した線図である。 本出願の更に別の実施形態に従ったシールガードを有するタービン段の横断面図を概略的に示した線図である。

符号の説明

１０…タービン段、１２…ノズル、１４…タービンブレード、２０…ブレードカバー、３２…シール、３８…開口部、４６…外側側壁、４８…外側リング、５２…上流側軸方向フィン、５８…下流側軸方向フィン、９０…下流側溝、９４…上流側溝

Claims (10)

1. ブレードカバー（２０）と、ノズル（１２）の後縁部及び前記ブレードカバー（２０）の前縁部により規定された開口部（３８）とを含む複数のタービンブレード（１４）を含むタービンにおける固体粒子浸食を防止するシステムにおいて、前記ノズル（１２）の後縁部に配置された上流側軸方向フィン（５２）及び前記ブレードカバー（２０）の前縁部に配置された下流側軸方向フィン（５８）のうち少なくとも一方を具備するシステム。
2. 前記ノズル（１２）の後縁部は外側側壁（４６）を具備する請求項１記載のシステム。
3. 前記上流側軸方向フィン（５２）は、前記外側側壁（４６）から下流側方向に突出するフィンを具備する請求項２記載のシステム。
4. 前記上流側軸方向フィン（５２）は、前記開口部（３８）の少なくとも一部を横断するように横方向に延出するフィンを具備する請求項１記載のシステム。
5. 前記下流側軸方向フィン（５８）は、前記ブレードカバー（２０）から上流側方向に突出するフィンを具備する請求項１記載のシステム。
6. 前記システムは上流側軸方向フィン（５２）及び下流側軸方向フィン（５８）の双方を含む請求項１記載のシステム。
7. 前記上流側軸方向フィン（５２）及び前記下流側軸方向フィン（５８）は、ほぼ同一の半径方向位置を有し、前記開口部（３８）の軸方向距離にわたって実質的に延出する請求項６記載のシステム。
8. 前記下流側軸方向フィン（５８）は、前記上流側軸方向フィン（５２）より半径方向外側へわずかに偏った位置に配置され；
   前記下流側軸方向フィン（５８）と前記上流側軸方向フィン（５２）とは軸方向に互いに重なり合う請求項６記載のシステム。
9. 前記ブレードカバー（２０）の前縁部に配置された下流側溝（９０）を更に具備し；
   前記上流側軸方向フィン（５２）は前記開口部（３８）を覆うように延出し、前記下流側溝（９０）の内部で終端する請求項１記載のシステム。
10. 前記ノズル（１２）の後縁部に配置された上流側溝（９４）を更に具備し；
    前記下流側軸方向フィン（５８）は前記開口部（３８）を覆うように延出し、前記上流側溝（９４）の内部で終端する請求項１記載のシステム。

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