特許 6228377 蒸気タービン用シャフトシールシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6228377

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】蒸気タービン用シャフトシールシステム

(51)【国際特許分類】

   F01D 11/04 20060101AFI20171030BHJP

【ＦＩ】

   F01D11/04

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-80878(P2013-80878)

(22)【出願日】2013年4月9日

(65)【公開番号】特開2013-221505(P2013-221505A)

(43)【公開日】2013年10月28日

【審査請求日】2016年4月7日

(31)【優先権主張番号】13/446,707

(32)【優先日】2012年4月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】シャオチン・ツェン

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル・ロバート・コフェィ

(72)【発明者】

【氏名】グォチァン・ル

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・リチャード・パワーズ

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン・ポール・スカーラタ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー・デイヴィッド・サトルズ

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３１８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７９４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２０８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００８２５４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２４８９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０７４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３６０４２０６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のタービンセクションと下流側セクションとを備えるタービンシステムにおけるシャフトシールシステムであって、第１のタービンセクション及び下流側セクションの各々が、シャフトに設けられた１以上の段を含むそれぞれの回転部材と、それぞれの回転部材を囲み且つ蒸気流路を定める静止部材とを有しており、当該シャフトシールシステムが、
第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置され、第１のタービンセクションへの周囲空気の流入を阻止するように構成された１以上のシールであって、主シールと、該主シールの軸方向外寄りに配置された蒸気シールとを含む１以上のシールと、
第１のタービンセクションから前記タービンシステムの下流側セクションの第１段に蒸気を供給するための第１の接続ラインと
を備えており、作動時に、第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の主シールと蒸気シールとの間に配置された第１のアニュラス及び第１のタービンセクションのシャフトの第２の端部の主シールと蒸気シールとの間に配置された第２のアニュラスから第１の接続ラインを通して下流側セクションの第１段に蒸気が引き込まれるように、下流側セクションの第１段が第１のタービンセクションよりも低い圧力を有しており、下流側セクションが第１のタービンセクションとは別個のタービンセクションであって、下流側セクションが、前記タービンシステムの低圧セクション、前記タービンシステムの複合中圧／低圧セクション、又は前記タービンシステムの中圧セクションであり、第１のタービンセクションが、前記タービンシステムの超高圧セクション、前記タービンシステムの高圧セクション、又は前記タービンシステムの中圧セクションであり、当該シャフトシールシステムが、前記タービンシステムの復水器以外の復水器の使用を必要とせず、第１のタービンセクションのシャフトの第１及び第２の端部の各々の主シールよりも内寄りの部分が、大気圧よりも高い圧力にある、シャフトシールシステム。

【請求項2】

第１のタービンセクションが前記タービンシステムの中圧セクションである、請求項１記載のシャフトシールシステム。

【請求項3】

前記下流側セクションが前記タービンシステムの低圧セクションである、請求項１又は請求項２記載のシャフトシールシステム。

【請求項4】

第１のタービンセクションが前記タービンシステムの高圧セクションであり、前記下流側セクションが前記タービンシステムの複合中圧／低圧セクションである、請求項１記載のシャフトシールシステム。

【請求項5】

第１のタービンセクションが前記タービンシステムの超高圧セクションであり、前記下流側セクションが前記タービンシステムの中圧セクションである、請求項１記載のシャフトシールシステム。

【請求項6】

第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置された１以上のシールの各々が更に、前記蒸気シールの各々の軸方向外寄りに配置された空気シールを含んでおり、前記シャフトシールシステムが更に、
第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の蒸気シールと前記空気シールとの間に配置された第３のアニュラス及び第１のタービンセクションのシャフトの第２の端部の蒸気シールと前記空気シールとの間に配置された第４のアニュラスと、
第３及び第４のアニュラスを前記タービンシステムの下流側セクションの第２段に流体接続する第２の接続ラインと
を備えており、下流側セクションの第２段が第１段よりも低い圧力を有する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシャフトシールシステム。

【請求項7】

第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置された１以上のシールの各々が、カーボン製のセグメント化された円周方向シールを含む流体力学非接触シールを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシャフトシールシステム。

【請求項8】

第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置された１以上のシールの各々が、前記回転部材から０．０２５ｍｍ以下のクリアランス距離を有する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシャフトシールシステム。

【請求項9】

第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の周りに配置された１以上のシールの軸方向外寄りに配置された第１のバッファシールと、
第１のタービンセクションのシャフトの第２の端部の周りに配置された１以上のシールの軸方向外寄りに配置された第２のバッファシールと
を更に備える、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシャフトシールシステム。

【請求項10】

第１のバッファシールと第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の１以上のシールとの間に配置された第１のキャビティ、及び第２のバッファシールと第１のタービンセクションのシャフトの第２の端部の１以上のシールとの間に配置された第２のキャビティの各々に濾過空気を提供する濾過空気供給ラインを更に備える、請求項９記載のシャフトシールシステム。

【請求項11】

第１のタービンセクションと下流側セクションとを備えるタービンシステムにおいて第１のタービンセクションのシャフトをシールする方法であって、第１のタービンセクション及び下流側セクションの各々が、回転シャフトに設けられた１以上の段を含むそれぞれの回転部材と、それぞれの回転部材を囲み且つ蒸気流路を定める静止部材とを有しており、当該方法が、
第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置され、第１のタービンセクションへの周囲空気の流入を阻止するように構成された１以上のシールを設けるステップであって、主シールを設けるステップと、該主シールの軸方向外寄りに配置された蒸気シールを設けるステップとを含むステップと、
第１のタービンセクションから前記タービンシステムの下流側セクションの第１段に第１の接続ラインを通して蒸気を供給するステップと
を含んでおり、作動時に、第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の主シールと蒸気シールとの間に配置された第１のアニュラス及び第１のタービンセクションのシャフトの第２の端部の主シールと蒸気シールとの間に配置された第２のアニュラスから第１の接続ラインを通して下流側セクションの第１段に蒸気が引き込まれるように、下流側セクションの第１段が第１のタービンセクションよりも低い圧力を有しており、下流側セクションが第１のタービンセクションとは別個のタービンセクションであって、下流側セクションが、前記タービンシステムの低圧セクション、前記タービンシステムの複合中圧／低圧セクション、又は前記タービンシステムの中圧セクションであり、第１のタービンセクションが、前記タービンシステムの超高圧セクション、前記タービンシステムの高圧セクション、又は前記タービンシステムの中圧セクションであり、当該シャフトシールシステムが、前記タービンシステムの復水器以外の復水器の使用を必要とせず、第１のタービンセクションのシャフトの第１及び第２の端部の各々の主シールよりも内寄りの部分が、大気圧よりも高い圧力にある、方法。

【請求項12】

第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置された１以上のシールを設けるステップが、
前記蒸気シールの各々の軸方向外寄りに配置された空気シールを設けるステップと、
第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の蒸気シールと前記空気シールとの間に配置された第３のアニュラスを前記タービンシステムの下流側セクションの第２段に流体接続するステップと、
前記シャフトの第２の端部の蒸気シールと前記空気シールとの間に配置された第４のアニュラスを前記タービンシステムの下流側セクションの第２段に流体接続するステップと
を含み、第２段が第１段よりも低い圧力を有する、請求項１１記載の方法。

【請求項13】

第１のタービンセクションのシャフトの第１の端部の周りに配置された１以上のシールの軸方向外寄りに配置された第１のバッファシールを設けるステップと、
第１のタービンセクションのシャフトの第２の端部の周りに配置された１以上のシールの軸方向外寄りに配置された第２のバッファシールを設けるステップと、
第１のバッファシールと前記１以上のシールとの間に配置された第１のキャビティ、及び第２のバッファシールと前記１以上のシールとの間に配置された第２のキャビティの各々に濾過空気を供給するステップと
を更に含む、請求項１１又は請求項１２記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全体的に蒸気タービンに関し、より詳細には、蒸気タービン用の内蔵型シャフトシールシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンケーシングの圧力境界は、回転タービンシャフトによって貫通され、タービンによって生成される出力を蒸気環境の外部に伝達するようにする。そのため、シャフトは、その周辺の人々にとって危険となる可能性がある蒸気の放出を阻止するため、シャフトがケーシングを貫通する箇所でシールをする必要がある。シャフトシールはまた、タービン性能に好ましくない影響を及ぼす空気のケーシングへの流入を阻止する必要がある。

【0003】

例えば、シャフト端部の周りに配置されたラビリンスシールを含む、様々なシャフトシールシステムが利用されている。ラビリンスシールは、シャフトを密閉するが接触はしない歯状部を含み、従って、シールとシャフトとの間の漏洩経路を形成する。シャフトシールシステムは更に、主として空気が蒸気タービンに流入するのを阻止する機能を果たす空気シールを含む。空気シールの軸方向内向きには蒸気シールが配置され、これにより蒸気が蒸気タービンの外部に放出されるのが阻止される。空気シール及び蒸気シールにわたって正の圧力差を維持するためは、配管システム、蒸気シールレギュレータ、グランド復水器、及び補助ボイラーを含む、タービン機能をサポートする補機が必要とされる。場合によっては、漏洩を低減するためにラビリンスシールと共にブラシシールが使用されるが、適切なタービン機能を提供するために上述の補機が依然として必要である。グランド復水器を利用して僅かな真空を維持し、空気シールを通過した空気をケーシングへの流入方向に引き出し、また、蒸気シールを通過した蒸気をケーシングからの流出方向に排出するようにする。シールヘッダは通常、正圧に維持され、蒸気シールをわたる蒸気漏洩の方が上回るか、又は蒸気タービンの内部セクションから外への漏洩が上回るかに基づき必要に応じて蒸気シールから内向きのアニュラスに蒸気を供給し、又はアニュラスから蒸気を放出する。蒸気シールの内向きのアニュラスでの正圧により、タービンへの空気の流入が阻止される。

【0004】

上述のように、説明したようなラビリンスシャフトシールシステムは、タービンが実施する仕事に寄与することのない、広範囲な補機システムのサポートを必要とする。これらの特徴要素は、プラント専有領域が大きくなり、タービン出力に直接寄与することなく保守整備要件を増大させる。

【0005】

ラビリンスシール又はブラシシールに対する１つの代替形態は、セグメント化された円周方向のカーボンシール又はフェースシールを使用することであるが、これらは、ラビリンスシール設計で見られるような通常０．７５ｍｍから１ｍｍのクリアランスよりも小さな有効クリアランスを有する。ラビリンスシールのクリアランスは、周囲空気中の粒状物質が問題なくシールを通過することができる。しかしながら、遙かに小さなクリアランスを有するカーボンシールを利用したシールシステム設計では、粒状物質がクリアランススペースに捕捉され、シール損傷を引き起こす可能性がある。これは、例えば、炭塵などの粒状物質が周囲空気中でよく見られる石炭燃料プラントのようなプラントにおいて特に問題となる。

【発明の概要】

【0006】

本発明の第１の態様は、シャフトを含む回転部材と、該回転部材を囲み且つ蒸気流路を定める静止部材とを有する第１のタービンセクションにおけるシャフトシールシステムを提供する。シャフトシールシステムは、シャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置された１以上のシールと、第１のタービンセクションからタービンの下流側部分に蒸気を供給するための第１の接続ラインと、を備える。タービンの下流側部分は、第１のタービンセクションの圧力よりも低い圧力を有し、第１のタービンセクションは高圧又は中圧の何れかにあり、シャフトの第１及び第２の端部の各々が、大気圧よりも高い圧力にある。

【0007】

本発明の第２の態様は、シャフトを含む回転部材と、該回転部材を囲み且つ蒸気流路を定める静止部材とを有する第１のタービンセクションにおけるシャフトシールシステムを提供する。シャフトシールシステムは、シャフトの第１の端部及び第２の端部の各々の周りに配置された１以上のシールと、シャフトの第１の端部の周りに配置された１以上のシールの軸方向外寄りに配置された第１のバッファシールと、シャフトの第２の端部の周りに配置された１以上のシールの軸方向外寄りに配置された第２のバッファシールと、第１のタービンセクションからタービンの下流側部分に蒸気を供給するための第１の接続ラインと、を備える。タービンの下流側部分は、第１のタービンセクションの圧力を下回る圧力を有し、第１のタービンセクションは、高圧又は中圧の何れかにあり、シャフトの第１及び第２の端部の各々が、大気圧よりも高い圧力にある。

【0008】

本発明のこれらの及びその他の態様、利点並びに顕著な特徴は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部品を指している添付図面と関連させて本発明の実施形態を開示した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態によるシャフトシールシステムを示す図。

【図2】本発明の実施形態によるシャフトシールシステムを示す図。

【図3】本発明の実施形態によるシャフトシールシステムを示す図。

【図4】本発明の実施形態によるシャフトシールシステムを示す図。

【図5】本発明の実施形態によるシャフトシールシステムを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の１以上の実施形態は、蒸気タービンの作動と関連させたその用途に関して以下で説明する。本発明の実施形態は、蒸気タービンに関して例示しているが、本発明の教示は、限定ではないが、圧縮機を含む他のターボ機械にも同様に適用可能であることは理解される。更に、本発明の１以上の実施形態は、公称寸法のセットを含む公称サイズに関して以下で説明される。しかしながら、本発明があらゆる好適なタービン及び／又は圧縮機にも同様に適用可能であることは、当業者には明らかなはずである。更に、本発明が様々なスケールの公称サイズ及び／又は公称寸法にも同様に適用可能であることは、当業者には明らかであるはずである。

【0011】

上述のように、本発明の態様は、内蔵型シャフトシールシステムを提供し、その様々な態様が図１〜５に示されている。シャフトシールシステム１００は、シャフトがケーシングを貫通する箇所でシールシステム１００がタービンシステムのシャフトをシールし、配管システム、蒸気シールレギュレータ、グランド復水器、補助ボイラー及び同様のものなど、タービンによって行われる仕事に寄与することがない外部のサポート補機を使用することなく、蒸気のケーシングからの放出及び空気のケーシングへの流入を阻止するという点で内蔵型である。従って、内蔵型自己シールシステム１００を含むタービンシステムは、上述の補機及びこれらの関連する欠点を受けることがない。

【0012】

図１〜５を参照すると、シャフト１３０を含む回転部材１２０と、該回転部材１２０を囲む静止部材１４０とを有する第１のタービンセクション１１０が提供される。回転部材１２０及び静止部材１４０は、それぞれ、あらゆる公知のロータ及びステータ構造とすることができる。第１のタービンセクション１１０は、限定ではないが、図１及び図５に示す低圧タービンセクション、中圧タービンセクション、或いは、図２に示す高圧セクションもしくは超高圧セクション、又は図３〜４に示す高圧もしくは超高圧セクションを含む、様々なタイプのタービンセクションの何れかとすることができる。静止部材１４０は更に、第１のタービンセクション１１０の入口１６０及び出口１７０を有する蒸気流路１５０を定める。シャフトシールシステム１００は、シャフト１３０の第１及び第２の端部１７２、１７４の周りに配置される。

【0013】

図１に示す実施形態に移ると、第１のタービンセクション１１０は、低圧タービンセクションとすることができる。この実施形態において、内蔵型シャフトシールシステム１００は、第１の端部１７２の周りに配置された第１の主シール１８０のような１以上のシールと、シャフト１３０の第２の端部１７４の周りに配置された第２の主シール１８１のような１以上のシールとを含むことができる。第１及び第２の主シール１８０、１８１は各々、単一のシール又はシールのグループを含むことができる。第１及び第２の主シール１８０、１８１は、端部パッキンに加わる主圧力に耐えるよう、すなわち、シール１８０、１８１の側部間の有意な圧力差に耐えるように設計することができる。第１及び第２の主シール１８０、１８１は更に、複数のパッキンリングを含むことができ、一部の実施形態では、タービンセクションにループバックする複数のパッキンリングの各々の間にリークオフラインを含み、シールグループ間の圧力隔壁を設定して、より多くの仕事を行うよう漏洩を流路に戻すようにすることができる。

【0014】

図１における複流低圧タービンセクション１１０の場合のように、第１の接続ライン２００を図示のように両方の出口１７０に設けることができる。第１の接続ライン２００は、第１のタービンセクション１１０からタービンの下流側部分に蒸気を供給するために設けられる。この場合、例えば、第１のタービンセクション１１０は、低圧タービンセクションであり、下流側部分は、復水器２２０とすることができる。図１に示す実施形態に図示されるように、第１の接続ライン２００は、第１及び第２の主シール１８０、１８１の各々の軸方向内寄りに配置することができ、大量の蒸気が主シール１８０、１８１に到達する前に下流側に供給される。第１の接続ライン２００はまた、この場合において流路を提供する。タービンの下流側部分は、第１のタービンセクション１１０よりも低い圧力を有し、シャフト１３０の各端部１７２、１７４は、大気又は周囲圧力よりも低い圧力に維持される。更に、図１の実施形態において、第１の端部１７２とタービン排気との間及び第２の端部１７４とタービン排気との間でシャフト１３０の軸方向長さに沿って配置された全圧力ゾーンは、周囲圧力よりも低い圧力である。

【0015】

図１に更に示すように、第１の空気シール１８４及び第２の空気シール１８５を設けることができる。第１及び第２の空気シール１８４、１８５は、第１及び第２の主シール１８０、１８１それぞれの軸方向外寄りに配置することができる。第１及び第２の空気シール１８４、１８５は、シャフト１３０の端部１７２、１７４の周りに配置された端部パッキンへの周囲空気の侵入を実質的に阻止する。この実施形態において、主シール１８０、１８１により、及び第１のタービンセクション１１０の出口１７０から復水器２２０への圧力勾配引き抜き蒸気によって蒸気の流出が実質的に阻止される。

【0016】

作動時には、図１を参照すると、入口１６０にて蒸気が第１のタービンセクション１１０に流入し、第１のタービンセクション１１０の連続する段を通って出口１７０まで蒸気経路１５０を辿る。第１のタービンセクション１１０における圧力に対して復水器２２０の比較的低い圧力によって、蒸気の大部分が第１の接続ライン２００に沿って出口１７０を介して復水器２２０に進む。蒸気の僅かな部分は、出口１７０に進まずにリークオフし、第１又は第２の主シール１８０、１８１の一方に到達することができる。主シール１８０、１８１は、第１のタービンセクション１１０から復水器２２０への圧力勾配の減少に伴って、実質的に蒸気が主シール１８０、１８１を越えて放出されず、復水器２２０に向けて引き戻される。

【0017】

図２〜３の実施形態に移ると、他の実施形態では、第１のタービンセクション１１０は、高圧（ＨＰ）又は中圧（ＩＰ）セクション、或いは、超臨界蒸気タービンにおける超高圧（ＳＨＰ）セクションのうちの１つとすることができる。このような実施形態において、内蔵型シャフトシールシステム１００は、第１の端部１７２の周りに配置された第１の主シール１８０などの１以上のシールと、シャフト１３０の第２の端部１７４の周りに配置された第２の主シール１８１などの１以上のシールとを含むことができる。この場合、例えば、第１のタービンセクション１１０は、ＳＨＰ、又はＨＰ、或いはＩＰタービンセクションであり、下流側部分は、図２に示すように、低圧タービンセクション２１０とすることができる。図３の実施形態のような他の実施形態では、第１のタービンセクション１１０は、ＨＰ又はＳＨＰタービンセクションとすることができ、下流側部分は、複合ＩＰ／ＬＰタービンセクション２１５とすることができ、ここで入口端部圧力は、周囲圧力を上回り、排気端部圧力は、周囲圧力を下回る。

【0018】

タービンの下流側部分、すなわち、低圧又は中圧セクション２１０又は２１５は、第１のタービンセクション１１０における最低圧力よりも低い圧力を有する。図２〜３の実施形態において、シャフト１３０の各端部１７２、１７４は、大気又は周囲圧力よりも高い圧力に維持される。第１及び第２の主シール１８０、１８１は、端部パッキンに加わる主圧力を取り去り、すなわち、第１及び第２の主シール１８０、１８１の何れかの側部間の有意な圧力差に耐える。図３の第１の主シール１８０の実施例を挙げると、第１の主シール１８０の内部、すなわち、ＨＰ第１のタービンセクション１１０の内部にかかる圧力は、約１６，５４７ｋＰａ（約２，４００ｐｓｉ）とすることができ、第１の主シール１８０の外寄りの側部にかかる圧力は、第１段２１１の下流側流入位置に応じて約１２４ｋＰａ（約１８ｐｓｉ）程の低さとすることができる。第１及び第２の主シール１８０、１８１は更に、複数のパッキンリングを含むことができ、一部の実施形態では、より多くの仕事をするよう漏洩をタービンセクションにループバックする複数のパッキンリングの各々間にリークオフラインを含むことができる。

【0019】

引き続き図２〜３を参照すると、第１のタービンセクション１１０は更に、第１及び第２の端部１７２、１７４それぞれにて主シール１８０、１８１の各々の軸方向外寄りに配置された第１及び第２の蒸気シール１８２、１８３を含むことができる。第１及び第２の蒸気シール１８２、１８３は、第１のタービンセクション１１０からの蒸気の流出を実質的に阻止する。第１のアニュラス２３０は、シャフト１３０の第１の端部１７２にて第１の主シール１８０と第１の蒸気シール１８２との間に配置することができ、第２のアニュラス２４０は、シャフト１３０の第２の端部１７４にて第２の主シール１８１と第２の蒸気シール１８３との間に配置することができる。

【0020】

第１の接続ライン２００は更に、第１のタービンセクション１１０からタービンの下流側部分に蒸気を供給するために設けることができる。第１の接続ライン２００は、第１の端部が第１及び第２のアニュラス２３０、２４０を互いに及び低圧セクション（図２）又は組み合わされたＩＰ／ＬＰセクション２１５（図３）の第１の段と流体接続するように配置される。第１及び第２の空気シール１８４、１８５は更に、シャフト１３０の各端部１７２、１７４において第１及び第２の蒸気シールそれぞれの外寄りに設けることができる。第１及び第２の空気シール１８４、１８５は、シャフト１３０の端部１７２、１７４の周りに配置された端部パッキンへの空気の侵入を実質的に阻止する。第３のアニュラス２５０は、シャフト１３０の第１の端部１７２にて第１の空気シール１８４と第１の蒸気シール１８２との間に配置することができ、第４のアニュラス２６０は、シャフト１３０の第２の端部１７４にて第２の空気シール１８５と第２の蒸気シール１８３との間に配置することができる。第３及び第４のアニュラス２５０、２６０は、第２の接続ライン２７０によって互いに、及び適用に応じて低圧セクション２１０（図２）の第２の段２１２又はＩＰセクション２１５（図３）と流体接続される。第２の段２１２は、第１の段２１１の下流側にあり、周囲圧力及び第１の段２１１の圧力両方のよりも低い圧力を有する。これにより、第１及び第２のアニュラス２３０、２４０におけるよりも第３及び第４のアニュラス２５０、２６０においてより強い真空作用をもたらす。

【0021】

作動時には、図２〜３を参照すると、入口１６０にて第１のタービンセクション１１０に蒸気が流入し、第１のタービンセクション１１０の連続する段を通って出口１７０まで蒸気経路１５０を辿る。第１のタービンセクション１１０における圧力に対して低圧セクション２１０（図２）又は中圧セクション２１５（図３）の比較的低い圧力によって、蒸気の大部分がそれぞれのより低圧のセクション２１０、２１５に沿って出口１７０を介して進む。しかしながら、蒸気の僅かな部分は出口１７０に進まずにリークオフし、第１又は第２の主シール１８０、１８１の一方に到達することができる。主シール１８０、１８１は、第１のタービンセクション１１０から中圧セクション２１５（図３）又は低圧セクション２１０（図２）への圧力勾配の減少に伴って、流路１５０から放出できる蒸気量が低減される。但し、僅かな量の蒸気が主シール１８０、１８１を越えて放出される可能性がある。第１の接続ライン２００と連通した第１及び第２のアニュラス２３０、２４０は、この蒸気を、適用に応じて低圧セクション２１０（図２）又はＩＰセクション２１５（図３）の第１の段２１１に送給するための導管を提供する。第１及び第２のアニュラス２３０、２４０と比べて第１の段２１１が比較的低圧となる結果として、第１及び第２のアニュラス２３０、２４０にて真空が生成され、従って、蒸気が適用に応じて低圧セクション２１０（図２）又はＩＰセクション２１５（図３）に引き込まれる。第１及び第２の蒸気シール１８２、１８３は、第１のタービンセクション１１０から放出される可能性がある蒸気の量を更に低減する役割を果たす。第２の接続ライン２７０は、第３及び第４のアニュラス２５０、２６０と共に、第１及び第２の蒸気シール１８２、１８３を越えて放出されたあらゆる蒸気及び第１及び第２のアニュラス２３０、２４０にて生成された真空を捕捉する機構を提供する。第２の接続ライン２７０は、第３及び第４のアニュラス２５０、２６０から、適用に応じて低圧セクション２１０（図２）又はＩＰセクション２１５（図３）の第２の段２１２に蒸気を供給する。第２の段２１２は、低圧セクション２１０（図２）又はＩＰセクション２１５（図３）においてより後方の段であるので、第１の段２１１よりも低圧であり、第１の接続ライン２００に比べて、第２の接続ライン２７０を通るより強い真空が生成される。このようにして、低圧セクション２１０（図２）又はＩＰセクション２１５（図３）の第１及び第２の段２１１、２１２は、タービンシステムによって本質的に生成される圧力勾配を用いて、上述のシールと関連して端部１７２、１７４からの蒸気の放出を実質的に阻止する必要な圧力勾配を提供する。

【0022】

図１〜４を参照して、種々の実施形態において、シャフト１３０の第１及び第２の端部１７２、１７４の周りに配置された前述の主シール１８０、１８１、蒸気シール１８２、１８３、及び空気シール１８４、１８５の各々は、流体力学非接触シールとすることができる。別の実施形態において、主シール１８０、１８１；蒸気シール１８２、１８３；及び空気シール１８４、１８５は、種々の実施形態への適用に応じて、セグメント化された円周方向シール又はフェースシールのうちの１つとすることができる。セグメント化された円周方向シール又はフェースシールは更に、カーボンから作ることができる。蒸気シール１８２、１８３及び空気シール１８４、１８５は、シャフト１３０に対して極めて小さなクリアランスを有することができる。例えば、このようなクリアランスは、約０．０２５ｍｍ以下とすることができる。

【0023】

図４〜５に移り、また、前述の実施形態の全てを参照すると、シャフトシールシステム１００は更に、主シール１８０及び蒸気シール１８２、及び／又は存在する場合には空気シール１８４を含む、１以上のシールの軸方向外向きに配置される第１のバッファシール２８０を含むことができる。シャフトシールシステム１００は更に、第２の主シール１８１及び第２の蒸気シール１８３、及び／又は存在する場合には第２の空気シール１８５を含む、１以上のシールの軸方向外向きに配置される第２のバッファシール２９０を含むことができる。

【0024】

種々の実施形態において、更に、濾過空気供給源３０５及び濾過空気供給ライン３００を設けることができる。濾過空気供給ライン３００は、過空気供給源３０５を第１のキャビティ３１０及び第２のキャビティ３２０の各々と流体連通して配置し、濾過空気を濾過空気供給源３０５から第１及び第２のキャビティ３１０、３２０に供給できるようにすることができる。濾過空気供給ライン３００は、清浄で実質的に粒状物質の無い空気を環境に提供し、回転部材１２０との緊密なシールを提供するのを助ける。第１のキャビティ３１０は、第１のバッファシール２８０と、１以上のシール１８０、１８２、１８４の軸方向に最外のシールとの間に配置することができ、第２のキャビティ３２０は、第２のバッファシール２９０と、存在する場合には１以上のシール１８１、１８３、１８５の軸方向に最外のシールとの間に配置することができる。作動時には、濾過空気供給ライン３００を介した濾過空気の導入は、回転部材１２０とのより緊密なシールを可能にし、蒸気の漏洩及び侵入の可能性を低減することができる。例えば、図４〜５の実施形態において、第１のキャビティ３１０は、第１の空気シール１８４と第１のバッファシール２８０との間に配置される。第２のキャビティ３２０は、第２のバッファシール２９０と第２の空気シール１８５との間に配置される。

【0025】

図４に更に示すように、濾過空気供給ライン３００は、濾過空気供給源３０５から、第１のタービンセクション１１０における第１及び第２のキャビティ３１０、３２０、並びに下流側のより低圧のセクション２１０において同様に配置された第１及び第２のキャビティ３１０、３２０の各々に濾過空気を供給することができる。

【0026】

本明細書で使用される用語「第１の」、「第２の」などは、どのような順序、数量、又は重要度を意味するものではなく、むしろ、１つの要素を別の要素と区別するために用いており、本明細書において数詞のない表現は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ参照する要素の少なくとも１つが存在することを意味する。数量と関連して使用される修飾語句「約」とは、記載された値を包含し且つ文脈により示された意味を有する（例えば、特定の量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。本明細書で使用する場合における「１以上の」という前置表現は、この表現が前置する用語のものの単数及び複数の両方を含み、従ってその用語のものの１以上を含む（例えば、１種以上の金属という表現は、１種以上の金属を含む）ことを意図している。本明細書に開示した範囲は、包括的であり且つ独立して組み合わせ可能である（例えば、「最大約２５ｍｍまでの又はより具体的には約５ｍｍ〜約２０ｍｍ」の範囲というのは、「約５ｍｍ〜約２５ｍｍ」の範囲の端点及び全ての中間値などを含む）。

【0027】

本発明の種々の実施形態について説明してきたが、要素の種々の組み合わせ、変型形態、又は改善形態を実施することができ、更にこれらが本発明の範囲内にあることは、本明細書から理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また、本発明は、提出した請求項の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含するものとする。

【符号の説明】

【0028】

１００ シャフトシールシステム
１１０ 第１のタービンセクション
１２０ 回転部材
１３０ シャフト
１４０ 静止部材
１５０ 蒸気流路
１６０ 入口
１７０ 出口
１７２ 第１の端部
１７４ 第２の端部
１８０ 第１の主シール
１８１ 第２の主シール
１８２ 第１の蒸気シール
１８３ 第２の蒸気シール
１８４ 第１の空気シール
１８５ 第２の空気シール
２００ 第１の接続ライン
２１０ 低圧タービン
２１１ 第１の段
２１２ 第２の段
２１５ 複合ＩＰ／ＬＰタービンセクション
２２０ 復水器
２３０ 第１のアニュラス
２４０ 第２のアニュラス
２５０ 第３のアニュラス
２６０ 第４のアニュラス
２７０ 第２の接続ライン
２８０ 第１のバッファシール
２９０ 第２のバッファシール
３００ 濾過空気供給ライン
３０５ 濾過空気供給源
３１０ 第１のキャビティ
３２０ 第２のキャビティ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】