(57)【要約】  ターボ機械（３６）および面シールアセンブリ（１０２）を組み立てる。第１のセグメント化シールリング（１１４）は複数の接合部（１５２）と第１の平坦接触面（１６０）とを含み、第２のセグメント化シールリング（１１６）は複数のセグメント端部（１６４）と第２の平坦接触面（１６６）とを含む。第２の平坦接触面（１６６）が第１の平坦接触面（１６０）と接触するように、第２のセグメント化シールリング（１１６）を第１のセグメント化シールリング（１１４）に連結している。複数のセグメント端部（１６４）を、複数の接合部（１５２）から周方向にオフセットさせている。第１のセグメント化シールリング（１１４）をステータ（３９）に摺動可能に連結して、ロータ（４０）とシール支持面（１３２）との間に面シールの間隙（１０４）を画定している。【選択図】図２および図４
2019521277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（３９、２３９、３３９、４３９）と、
ロータ支持面（１１２、２１２、３１２、４１２）を含むロータ（２４、４０、２４０、３４０、４４０）と、
面シールアセンブリ（１０２、２０２、３０２、４０２）であって、
複数の接合部（１５２、２５２）および第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を含む第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）、
ならびに複数のセグメント端部（１６４、２６４）および第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）を含む第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を含む、面シールアセンブリ（１０２、２０２、３０２、４０２）と、を含み、
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）および前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）の一方は、シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）を含み、前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）が前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）と接触するように、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結しており、前記複数のセグメント端部（１６４、２６４）を、前記複数の接合部（１５２、２５２）から周方向にオフセットさせており、かつ前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を前記ステータ（３９、２３９、３３９、４３９）に摺動可能に連結して、前記ロータ支持面（１１２、２１２、３１２、４１２）と前記シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）との間に面シールの間隙（１０４、２０４、３０４）を画定している、
ターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項２】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）は、前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）における第１の周側面（１２４、２２４、３２４、４２４）から第２の周側面（１２６、２２６、３２６、４４６）に向かって内側に延在し、かつ前記ロータ支持面（１１２、２１２、３１２、４１２）に対向している周方向スロット（１２８、３３８、４３８）をさらに含む、請求項１に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項３】
前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）内に画定しており、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）内に配置し、かつ前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結している、請求項２に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項４】
前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）は、第１のサブセグメント化シールリング（３１６ａ）と第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）とをさらに含む、請求項２に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項５】
前記第１のサブセグメント化シールリング（３１６ａ）は、前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）と第１の段付き半径方向面（３６８）とを含み、前記第１の段付き半径方向面（３６８）を前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）の反対側に配置しており、前記第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）は第２の段付き半径方向面（３７０）を含む、請求項４に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項６】
前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の部分（３３８ａ）内に画定しており、前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）が前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）と接触するように、前記第１のサブセグメント化シールリング（３１６ａ）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の部分（３３８ａ）内に配置している、請求項５に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項７】
前記第２の段付き半径方向面（３７０）が前記第１の段付き半径方向面（３６８）と接触するように、前記第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の他の部分（３３８ｂ）内に配置しており、前記第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結している、請求項６に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項８】
前記第１のサブセグメント化シールリング（３１６ａ）は第１の材料を含み、前記第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）は、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、請求項７に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項９】
前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の半径方向外側に画定しており、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の半径方向外側に配置し、かつこれを前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結している、請求項２に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項１０】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）は第１の材料を含み、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）は、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、請求項１に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項１１】
前記ロータ支持面（１１２、２１２、３１２、４１２）および前記シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）の一方が、前記ターボ機械（２３６、３３６、４３６）の周方向（５４、５６）に沿って互いに離間して配置された複数の流体力学的要素（１６２、２６２）を含む、請求項１に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項１２】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）はキャビティ（２９０）と、前記キャビティ（２９０）から前記シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）まで延在する、複数の隔離された静圧ポート（２９２）とをさらに含む、請求項１に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項１３】
前記キャビティ（２９０）に連結され、かつ前記キャビティ（２９０）に加圧流体（２５１）を供給するように構成された流体供給管（２９６）をさらに含む、請求項１２に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項１４】
複数の連結装置をさらに含み、前記複数の連結装置のそれぞれの連結装置を、前記複数の接合部（１５２、２５２）の対応する端部を固定するように構成している、請求項１に記載のターボ機械（２３６、３３６、４３６）。
【請求項１５】
複数の接合部（１５２、２５２）および第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を含む第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を取得するステップ（５０２）と、
複数のセグメント端部（１６４、２６４）および第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）を含む第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を取得するステップ（５０４）であって、前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）および前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）の一方は、シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）を含む、ステップ（５０４）と、
ターボ機械（２３６、３３６、４３６）のロータ（２４、４０、２４０、３４０、４４０）上に前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）のセグメント（１１４ａ、１１４ｂ）を組み立てるステップ（５０６）と、
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を前記ターボ機械（２３６、３３６、４３６）のステータ（３９、２３９、３３９、４３９）に摺動可能に連結して、前記シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）と前記ターボ機械（２３６、３３６、４３６）のロータ（２４、４０、２４０、３４０、４４０）のロータ支持面（１１２、２１２、３１２、４１２）との間に面シールの間隙（１０４、２０４、３０４）を画定するステップ（５０８）と、
前記複数のセグメント端部（１６４、２６４）が前記複数の接合部（１５２、２５２）から周方向にオフセットされるように、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）のセグメント（１１６ａ、１１６ｂ）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）上に組み立てるステップ（５１０）と、
前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）が前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）と接触するように、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結するステップ（５１２）と
を含む、面シールアセンブリ（１０２、２０２、３０２、４０２）の組立方法。
【請求項１６】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）および前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を取得する前記ステップ（５０２、５０４）は、
第１のシールリングの一部を機械加工して、前記第１のシールリングにおける第１の周側面（１２４、２２４、３２４、４２４）から第２の周側面（１２６、２２６、３２６、４４６）に向かって内側に延在する、周方向スロット（１２８、３３８、４３８）を形成するステップと、
前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）内に画定された表面を機械加工して、前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を形成するステップと、
第２のシールリングの表面を機械加工して、前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）を形成するステップと、
前記第１のシールリングを分割して、前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を形成し、かつ前記第２のシールリングを分割して、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を形成するステップと
を含む、請求項１５に記載の方法（５００）。
【請求項１７】
前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）のセグメント（１１６ａ、１１６ｂ）を組み立てる前記ステップ（５１０）と、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結する前記ステップ（５１２）とは、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）内に配置し、かつこれを前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結するステップを含む、請求項１６に記載の方法（５００）。
【請求項１８】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）および前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を取得する前記ステップ（５０２、５０４）は、
第１のシールリングの一部を機械加工して、前記第１のシールリングにおける第１の周側面（１２４、２２４、３２４、４２４）から第２の周側面（１２６、２２６、３２６、４４６）に向かって内側に延在する、周方向スロット（１２８、３３８、４３８）を形成するステップと、
前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の半径方向外側に配置された表面の一部を機械加工して、前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を形成するステップと、
前記第２のシールリングの表面を機械加工して、前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）を形成するステップと、
前記第１のシールリングを分割して、前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を形成し、かつ前記第２のシールリングを分割して、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を形成するステップと
を含む、請求項１５に記載の方法（５００）。
【請求項１９】
前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）のセグメント（１１６ａ、１１６ｂ）を組み立てる前記ステップ（５１０）と、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結する前記ステップ（５１２）とは、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の半径方向外側に配置し、かつこれを前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結するステップを含む、請求項１８に記載の方法（５００）。
【請求項２０】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）および前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を取得する前記ステップ（５０２、５０４）は、
第１のシールリングの一部を機械加工して、前記第１のシールリングにおける第１の周側面（１２４、２２４、３２４、４２４）から第２の周側面（１２６、２２６、３２６、４４６）に向かって内側に延在する、周方向スロット（１２８、３３８、４３８）を形成するステップと、
前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）内に画定された表面の一部を機械加工して、前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）を形成するステップと、
第１のサブシールリングおよび第２のサブシールリングを含む第２のシールリングを収容するステップと、
前記第１のサブシールリングの表面を機械加工して、第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）を形成するステップであって、前記第１のサブシールリングは、前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）の反対側に配置された第１の段付き半径方向面（３６８）を含み、かつ前記第２のサブシールリングは第２の段付き半径方向面（３７０）を含む、ステップと、
前記第１のシールリングを分割して、前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を形成し、前記第１のサブシールリングを分割して、第１のサブセグメント化シールリング（３１６ａ）を形成し、かつ前記第２のサブシールリングを分割して、第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）を形成するステップと
を含む、請求項１５に記載の方法（５００）。
【請求項２１】
前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）のセグメント（１１６ａ、１１６ｂ）を組み立てる前記ステップ（５１０）と、前記第２のセグメント化シールリング（１１６、２１６、３１６、４１６）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結する前記ステップ（５１２）とは、
前記第２の平坦接触面（１６６、２６６、３６６、４６６）が前記第１の平坦接触面（１６０、２６０、３６０、４６０）と接触するように、前記第１のサブセグメント化シールリング（３１６ａ）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の部分（３３８ａ）内に配置するステップと、
前記第２の段付き半径方向面（３７０）が前記第１の段付き半径方向面（３６８）と接触するように、前記第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）を前記周方向スロット（１２８、３３８、４３８）の他の部分（３３８ｂ）内に配置するステップと、
前記第２のサブセグメント化シールリング（３１６ｂ）を前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）に連結するステップと
を含む、請求項２０に記載の方法（５００）。
【請求項２２】
前記シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）および前記ロータ支持面（１１２、２１２、３１２、４１２）のうちの一方を機械加工して、前記ターボ機械（２３６、３３６、４３６）の周方向（５４、５６）に沿って互いに離間して配置された複数の流体力学的要素（１６２、２６２）を形成するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法（５００）。
【請求項２３】
前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）を機械加工して、互いに離間しており、かつ前記第１のセグメント化シールリング（１１４、２１４、３１４、４１４）内に形成されたキャビティ（２９０）から前記シール支持面（１３２、２３２、３３２、４３２）まで延在している、複数の隔離された静圧ポート（２９２）を形成するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法（５００）。
【請求項２４】
複数の連結装置のうちの少なくとも１つの連結装置を使用して、前記複数の接合部（１５２、２５２）の対応する端部を固定するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国エネルギー省が授与した契約番号ＤＥ−ＦＥ００２４００７の下の政府支援により行われたものである。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
本開示は概してターボ機械に関し、より詳細には、セグメント化シールリングを有する面シールアセンブリ、およびターボ機械内でセグメント化シールリングを組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ターボ機械は一般に、圧縮機と、タービンと、シャフトまたはドラムなどのロータとを含み、これらはターボ機械ブレードを支持している。たとえば、ターボ機械のロータに沿って段階的にターボ機械ブレードを配置してもよい。ターボ機械は、ターボ機械の様々な構成要素間におけるプロセス流体の漏洩流れを低減するための、様々なシールをさらに含んでいてもよい。たとえば、ターボ機械は、シャフト（たとえば、回転シャフト）とターボ機械のハウジングとにおけるプロセス流体の漏洩流れを低減するように構成された、面シールアセンブリを含んでいてもよい。通常、かかる面シールアセンブリは、シャフトの上に配置され、かつハウジングに連結されて漏洩流れを低減する固定リングを含む。しかしながら、大型のロータ上に固定リングを組み立てることは、固定リングと、大型の端部連結部品などの他のロータ部品との間に干渉が発生するために困難となっている。他のタイプの面シールアセンブリは、連続３６０度固定リングまたは非セグメント化固定リングとは対照的に、２つのセグメント化リングを組み立てることによって形成される固定リングを含む。セグメント化リングを有する面シールアセンブリを、ロータ上に容易に組み立てることができる。しかしながら、セグメント化固定リングを有する面シールアセンブリは、２つのセグメント化リング間の界面でシール支持面に沿って軸方向段差を形成してしまう。その上、組み立て済みの固定リングは、同じ断面を有する連続３６０度固定リングと比較して、実質的に低い剛性を有し得る。また、セグメント化リングを使用している面シールアセンブリは変形しやすく、その結果としてシール支持面の早期の磨耗と、面シールアセンブリの性能低下とがもたらされる。
【０００４】
したがって、ターボ機械用の改良されたセグメント化面シールアセンブリ、およびかかるセグメント化面シールアセンブリを組み立てるための関連方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／１３２１１６号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態によれば、ターボ機械を開示している。本技術の態様によれば、本ターボ機械はステータと、ロータと、面シールアセンブリとを含む。ロータはロータ支持面を含む。面シールアセンブリは、第１のセグメント化シールリングと第２のセグメント化シールリングとを含む。第１のセグメント化シールリングは複数の接合部と第１の平坦接触面とを含み、第２のセグメント化シールリングは複数のセグメント端部と第２の平坦接触面とを含む。第１のセグメント化シールリングおよび第２のセグメント化シールリングの一方は、シール支持面を含む。第２の平坦接触面が第１の平坦接触面と接触するように、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結している。複数のセグメント端部を、複数の接合部から周方向にオフセットさせている。第１のセグメント化シールリングをステータに摺動可能に連結して、ロータ支持面とシール支持面との間に面シールの間隙を画定している。
【０００７】
別の実施形態によれば、面シールアセンブリの組立方法を開示している。本技術の態様によれば、本方法は、複数の接合部と第１の平坦接触面とを含む第１のセグメント化シールリングを取得するステップを含む。また、本方法は、複数のセグメント端部と第２の平坦接触面とを含む第２のセグメント化シールリングを取得するステップを含む。第１のセグメント化シールリングおよび第２のセグメント化シールリングの一方は、シール支持面を含む。本方法は、ターボ機械のロータ上に第１のセグメント化シールリングのセグメントを組み立てるステップをさらに含む。また、本方法は、第１のセグメント化シールリングを本ターボ機械のステータに摺動可能に連結して、シール支持面と本ターボ機械のロータのロータ支持面との間に面シールの間隙を画定するステップを含む。本方法は、複数のセグメント端部が複数の接合部から周方向にオフセットされるように、第２のセグメント化シールリングのセグメントを第１のセグメント化シールリング上に組み立てるステップをさらに含む。また、本方法は、第２の平坦接触面が第１の平坦接触面と接触するように、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結するステップを含む。
【０００８】
本技術の実施形態におけるこれらおよび他の特徴ならびに態様は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読解すればより良好に理解され、前記添付図面において、同一の符号は図面の全体を通して同一の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本技術の態様による、ガスタービンシステムと、蒸気発生器システムと、蒸気タービンとを有する複合サイクル発電システムの一実施形態を表す概略図である。
【図２】本技術の態様による、ステータと、ロータと、面シールアセンブリとを含む蒸気タービンの一部を表す概略断面図である。
【図３】本技術の態様による、図２のロータの一部を表す概略断面図である。
【図４】本技術の態様による、図２の面シールアセンブリとステータアダプタとを表す分解斜視図である。
【図５】本技術の態様による、図２および図４のステータアダプタに連結された組み立て済み面シールアセンブリを表す斜視図である。
【図６】本技術の態様による、ステータおよび面シールアセンブリの一部を表す概略断面図である。
【図７】本技術の態様による、図６の面シールアセンブリを含むターボ機械を表す概略図である。
【図８】本技術の態様による、ステータと、ロータと、面シールアセンブリとを含むターボ機械の一部を表す概略断面図である。
【図９】本技術の態様による、ステータと、ロータと、面シールアセンブリとを含むターボ機械の一部を表す概略断面図である。そして
【図１０】本技術の態様による、ターボ機械内で面シールアセンブリを製造し、かつ組み立てるための方法を表すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で述べている実施形態では、ガスタービン、蒸気タービン、超臨界二酸化炭素タービン、および水力タービンなどの、しかしそれらに限定されないターボ機械で使用する、面シールアセンブリを開示している。いくつかの他の実施形態では、大型二酸化炭素（ＣＯ２）製造システム、圧縮機、航空機エンジンなどで面シールアセンブリを使用してもよい。特定の実施形態では、本ターボ機械はステータと、ロータと、面シールアセンブリとを含む。ロータはロータ支持面を含む。かかる実施形態では、面シールアセンブリは、第１のセグメント化シールリングと第２のセグメント化シールリングとを含む。第１のセグメント化シールリングは、複数の接合部と第１の平坦接触面とを含む。第２のセグメント化シールリングは、複数のセグメント端部と第２の平坦接触面とを含む。第１のセグメント化シールリングおよび第２のセグメント化シールリングの一方は、シール支持面を含む。第２の平坦接触面が第１の平坦接触面と接触するように、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結している。複数のセグメント端部を、複数の接合部から周方向にオフセットさせている。さらに、第１のセグメント化シールリングをステータに摺動可能に連結して、ロータ支持面とシール支持面との間に面シールの間隙を画定している。本明細書で使用する場合、「面シールの間隙」という用語を「ロータとステータ間の隙間」と呼んでもよい。
【００１１】
１または複数の実施形態では、本開示の面シールアセンブリを、「流体力学的面シールアセンブリ」または「流体静力学的面シールアセンブリ」またはそれらの組み合わせとして呼んでもよい。いくつかの実施形態では、流体力学的面シールアセンブリは、シール支持面およびロータ支持面の一方に配置された複数の流体力学的要素を含む。複数の流体力学的要素は、ロータの回転時に面シールの間隙に沿って分離力を発生させ、これによってシール支持面とロータ支持面との間に流体膜を形成するように構成されている。いくつかの他の実施形態では、流体静力学的面シールアセンブリはキャビティと、キャビティからシール支持面まで延在する、複数の隔離された静圧ポートとを含み得る。隔離されたポートはそれぞれ、ロータ支持面に対して加圧流体を噴射して、面シールの間隙に沿って分離力を発生させるように構成されている。特定の実施形態では、分離力を発生させ、これによってシール支持面とロータ支持面との間において流体膜を形成することにより、シール支持面をリフトオフするように、かかる流体力学的面シールアセンブリおよび流体静力学的面シールアセンブリを構成してもよい。
【００１２】
特定の実施形態では、第１および第２のセグメント化シールリングを組み立てて、面シールリングアセンブリを形成している。１または複数の実施形態では、第１および第２のセグメント化シールリングのその場での組立てが可能となることにより、大型タービンロータに配置される大径の端部連結部品などの他の部品との間に干渉が発生することから従来の非分割シールリング（または３６０度シールリング）の組立てが不可能となる大型タービンにおいて、かかる面シールアセンブリを使用できるようになる。第１および第２のセグメント化シールリングの少なくとも２つのセグメントから組み立てられるシール支持面は、本質的に、少なくとも２つのセグメント間の接合界面でシール支持面上に軸方向段差を有し得る。シール支持面上の軸方向段差は、第１および第２のセグメント化シールリングを不正確に機械加工したことや、第１および第２のセグメント化シールリングのセグメントを組み立てる間に欠陥が生じた結果であり得る。面シールアセンブリを確実に安定動作させるために、シール支持面の軸方向段差の厚みを面シールの間隙の厚みよりも大幅に小さくしていることが望ましい。本明細書はここで、第１および第２のセグメント化シールリングの少なくとも２つのセグメントの機械加工および／または組立て中に発生する軸方向段差を克服するために、面シールアセンブリと、かかる面シールアセンブリの機械加工および／または組立方法とを提供する。
【００１３】
１または複数の実施形態では、第１のセグメント化シールリングの第１の平坦接触面（すなわち、合わせ面）を機械加工し、かつ第２のセグメント化シールリングの第２の平坦接触面（すなわち、対向合わせ面）を機械加工することにより、各セグメント化シールリングに制御された平坦面をもたらし、これによって、分割セグメントにおける面シールアセンブリのシール支持面に沿った軸方向段差の減少を促進している。また、面シールアセンブリをその場で組み立てている間に、複数の接合部を有する第１のセグメント化シールリングを、複数のセグメント端部を有する第２のセグメント化シールリングから周方向にオフセットさせて、シール支持面に沿った軸方向段差を最小限に抑えている。いくつかの実施形態では、周方向のオフセット調整を行うことは、接合部およびセグメント端部の「クロッキング」とも呼ばれている。さらに、周方向にオフセットさせた位置では、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結して、シール支持面に沿った軸方向段差を最小限に抑えている。特定の実施形態では、複数の接合部における対応する端部を複数の連結装置の１つの連結装置で補強または固定して、面シールアセンブリの剛性を高め、かつ第１のセグメント化シールリングの変形を低減している。
【００１４】
図１は、本技術の例示的な一実施形態による、複合サイクルシステム１０の一実施形態を表す概略図を示している。複合サイクルシステム１０は、本技術による面シールアセンブリをその内部で使用することができる、様々なターボ機械を含む。具体的には、かかるターボ機械は第１のセグメント化シールリングと、第２のセグメント化シールリングとを含む面シールアセンブリを含んでいてもよく、第１のセグメント化シールリングの第１の平坦接触面が第２のセグメント化シールリングの第２の平坦接触面と接触するように、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結している。図１の実施形態に示すように、複合サイクルシステム１０は、圧縮機１２と、燃料ノズル１６を有する燃焼器１４と、ガスタービン１８とを有するガスタービンシステム１１を含む。図示の実施形態では、圧縮機１２は、ロータ２４に連結された圧縮機ブレード３０を含む。
【００１５】
圧縮機ブレード３０は、ガスタービン１８のロータ２４によって駆動され、空気を圧縮して加圧空気３２を発生させ、さらに加圧空気３２を燃焼器１４へと送出している。特定の実施形態では、圧縮機１２は、圧縮機１２内でロータとステータ間の隙間（すなわち、面シールの間隙）を横切る加圧空気３２の望ましくない漏洩を調整するように構成された、面シールアセンブリ（図１には図示せず）を含んでいてもよい。燃料ノズル１６は、天然ガスまたは合成ガスなどの液体燃料および／または気体燃料を燃焼器１４内に噴射し、そこでかかる燃料を加圧空気３２と混合して、燃料−空気混合物を生成している。燃焼器１４は、燃料−空気混合物に点火して燃焼させ、次いでロータ２４に連結されたタービンブレード２２を有するガスタービン１８内に、排気ガス２０を送出する。図示のように、ロータ２４を圧縮機１２にも連結している。タービンブレード２２を通って排気ガス２０が流れると、ロータ２４は複合サイクルシステム１０の中心線軸２６に沿って回転する。特定の実施形態では、ガスタービン１８は、ガスタービン１８内で面シールの間隙を横切る排気ガス２０の望ましくない漏洩を調整するように構成された、面シールアセンブリをさらに含んでいてもよい。ロータ２４を第１の負荷３４にも連結して、電力を発生させている。第１の負荷３４としては発電機、および飛行機のプロペラなどを挙げることができる。
【００１６】
複合サイクルシステム１０は、蒸気タービン３６と、蒸気発生器システム４２とをさらに含む。ガスタービン１８を蒸気発生器システム４２と排気口２８とに連結している一方で、蒸気発生器システム４２を蒸気タービン３６に連結している。排気ガス２０の部分４３は、排気口２８を介してガスタービン１８から放出される。排気ガス２０の別の部分４４は、ガスタービン１８から蒸気発生器システム４２に送出され、水を加熱して蒸気４６を生成する。蒸気発生器システム４２によって生成される蒸気４６は、蒸気タービン３６のタービンブレード４８を通って流れる。蒸気４６がタービンブレード４８を通って流れるとロータ４０が回転し、これによって発電機などの第２の負荷３８に動力が供給される。特定の実施形態では、蒸気タービン３６は、蒸気タービン３６内で面シールの間隙を横切る蒸気４６の望ましくない漏洩を調整するための、面シールアセンブリをさらに含んでいてもよい。
【００１７】
以下の説明では、圧縮機１２、ガスタービン１８、蒸気タービン３６、または面シールアセンブリにおける中心線軸２６に沿った軸方向５０、中心線軸２６から離間する半径方向５２、および中心線軸２６を中心とした周方向５４などの様々な方向または軸を参照してもよい。また、上述のように、以下に説明する面シールアセンブリを他の様々なターボ機械（たとえば、超臨界二酸化炭素タービン、航空機エンジンなど）で使用することができるが、以下の説明では、蒸気タービン３６に関して改良された面シールアセンブリについて説明しており、またかかる実施形態を、本技術の限定として解釈するべきではない。
【００１８】
図２は、本技術の１つの例示的な実施形態による、蒸気タービン３６の部分１００を表す概略断面図を示している。蒸気タービン３６はステータ３９と、ロータ４０と、面シールアセンブリ１０２とを含む。一実施形態では、ステータ３９は蒸気タービン３６のケーシングであり、ロータ４０は蒸気タービン３６のシャフトである。一実施形態では、面シールアセンブリ１０２とロータ４０との間に面シールの間隙１０４（以下、「一次シール間隙」とも呼ぶ）が確立されるように、ステータ３９とロータ４０との間に面シールアセンブリ１０２を配置している。一実施形態では、部分１００は蒸気タービン３６の端部パッキング領域に相当する。本明細書で使用する場合、「端部パッキング」という用語は、面シールアセンブリ１０２がロータ４０とステータ３９との界面として作用する、ロータ４０の下流端部を指す。
【００１９】
蒸気タービン３６は、ステータ３９に連結されたステータアダプタ１０６をさらに含む。特定の実施形態では、ステータアダプタ１０６は蒸気タービン３６の周方向５４に沿って延在している。図示の実施形態では、ステータアダプタ１０６はＬ字形の断面形状を有する。ステータ３９は軸方向５０に沿って延在している。ロータ４０は、半径方向５２に沿って突出する延在部１０８と、延在部１０８の端部に連結されたロータリング１１０とを含む。かかる実施形態では、ロータリング１１０はロータ支持面１１２を含む。他のいくつかの実施形態では、ロータ４０は、延在部１０８に沿って周方向に延在するロータ支持面１１２を含む。一実施形態では、ロータ支持面１１２は、面シールアセンブリ１０２の周方向５４に沿って配置された、複数の流体力学的要素（図２には図示せず）を含んでいてもよい。
【００２０】
面シールアセンブリ１０２は、第１のセグメント化シールリング１１４と第２のセグメント化シールリング１１６とを含む。なお、本明細書では、図２において第１および第２のセグメント化シールリング１１４、１１６の一部のみを図示している。第１のセグメント化シールリング１１４は、第１の周側面１２４と、第２の周側面１２６と、複数の接合部（図２には図示せず）と、周方向スロット１２８とを含む。一実施形態では、第１のセグメント化シールリング１１４はシール支持面１３２と、第１の平坦接触面（図２では符号を付さず）とをさらに含む。図示の実施形態では、シール支持面１３２を第１の周側面１２４の部分１３０に沿って配置しており、これはロータ支持面１１２と対向して、ロータ支持面１１２とシール支持面１３２との間に面シールの間隙１０４を画定している。一実施形態では、シール支持面１３２は、互いに間隔を置いて、面シールアセンブリ１０２の周方向５４に沿って配置された複数の流体力学的要素（図２には図示せず）を含む。周方向スロット１２８が、第１の周側面１２４から第２の周側面１２６に向かって延在するように、第１の周側面１２４の他の部分１３４に周方向スロット１２８を配置している。図示の実施形態では、周方向スロット１２８はＬ字形の断面形状を有する。
【００２１】
第２のセグメント化シールリング１１６は、複数のセグメント端部（図２には図示せず）と、第２の平坦接触面（図２では符号を付さず）とを含む。一実施形態では、第２のセグメント化シールリング１１６を、第１のセグメント化シールリング１１４によって画定された周方向スロット１２８内に少なくとも一部配置し、かつ複数の連結部材１３６を介して第１のセグメント化シールリング１１４に連結している。一実施形態では、複数の連結部材１３６のそれぞれは軸方向ボルトである。一実施形態では、第２のセグメント化シールリング１１６を周方向スロット１２８内に容易に配置することができるように、第２のセグメント化シールリング１１６は、周方向スロット１２８の形状と相補的な形状を有する。図示の実施形態では、第２のセグメント化シールリング１１６は、Ｌ字形の断面形状を有する。
【００２２】
第１のセグメント化シールリング１１４をステータ３９に摺動可能に連結して、ロータ支持面１１２とシール支持面１３２との間に面シールの間隙１０４を画定している。第１のセグメント化シールリング１１４は、シール支持面１３２から遠ざかるように延在している端部１３８をさらに含む。同様に、ステータアダプタ１０６は、シール支持面１３２に向かって延在する端部１４０と、端部１４０に形成された溝１４４とを含む。かかる実施形態では、ステータアダプタ１０６の端部１４０および溝１４４を、第１のセグメント化シールリング１１４の端部１３８に対向するように構成している。１または複数の実施形態では、面シールアセンブリ１０２は、端部１３８、１４０の間に配置された二次シール１４８（図２には図示せず）をさらに含む。具体的には、二次シール１４８が端部１３８、１４０と接触して、面シールアセンブリ１０２に対して摺動界面をもたらすようこれを構成するように、溝１４４内に二次シール１４８を配置している。二次シール１４８は、金属材料または非金属材料を含んでいてもよい。一実施形態では、二次シール１４８はＯリングである。特定の実施形態では、二次シール１４８はＣシールなどである。
【００２３】
蒸気タービン３６は、高圧の蒸気４６（すなわちプロセス流体）の流れを有する高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」と、低圧の漏洩流体４７の流れを有する低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」とをさらに含む。高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」および低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」は、ステータ３９、ロータ４０、および面シールアセンブリ１０２によって画定されている。なお、本明細書では、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」と低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」とをそれぞれ、「シール上流キャビティ」と「シール下流キャビティ」と呼んでもよい。特定の実施形態では、低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」を、ステータ３９およびロータ４０に沿った蒸気４６の流れに対して高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」の下流に配置している。
【００２４】
一実施形態では、ステータアダプタ１０６は、蒸気タービン３６の周方向５４に沿って配置された複数の軸方向ガイド１１８をさらに含む。複数の軸方向ガイド１１８のそれぞれは、第１のセグメント化シールリング１１４とステータアダプタ１０６とに連結された付勢部材１２０を含む。複数の軸方向ガイド１１８と付勢部材１２０とを、軸方向５０に沿って面シールアセンブリ１０２が移動できるように、かつ面シールアセンブリ１０２の周方向５４に沿って面シールアセンブリ１０２が移動できないように構成している。さらに、複数の軸方向ガイド１１８のそれぞれは、対応する軸方向ガイド１１８の端部に配置され、面シールアセンブリ１０２が面シールアセンブリ１０２の軸方向５０に沿って、所定の限度を超えて軸方向移動するのを制止するストッパ１２２を含む。図示の実施形態では、付勢部材１２０はコイルばねである。
【００２５】
特定の実施形態では、第１のセグメント化シールリング１１４を第１の材料で作製しており、第２のセグメント化シールリング１１６を第２の材料で作製している。いくつかの実施形態では、第１の材料と第２の材料とは同一である。いくつかの他の実施形態では、第１の材料と第２の材料とは異なっている。特定の実施形態では、第１および第２の材料は熱負荷条件下で異なるように変形し得、これにより、かかる熱負荷条件下でシール支持面１３２の変形を制御または最適化することが可能となる。特定の実施形態では、第１および第２の材料は、炭素系鋼材またはステンレス鋼材または高温ニッケル基合金材料またはセラミック材料を含んでいてもよい。１または複数の実施形態では、ニッケル基合金材料はインコネル７１８、ヘインズ２８２などを含んでいてもよく、またセラミック材料は炭化ケイ素、炭化タングステンなどを含んでいてもよい。特定の実施形態では、ロータ支持面１１２および／またはシール支持面１３２は、ＮＡＳＡ  ＰＳ  ４００またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの耐摩耗性コーティング材料で作製することができる、実質的に薄いコーティングを有していてもよい。実質的に薄いコーティングにより、始動時の摩擦および偶発的な摩擦の発生に起因するロータ支持面１１２および／またはシール支持面１３２の磨耗を、確実に低減することができる。
【００２６】
動作中、ロータ４０は、蒸気タービン３６のタービンブレード４８を通る蒸気４６の流れによって（図１に示すように）回転する。複数の付勢部材１２０と高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」における蒸気４６とは、面シールアセンブリ１０２に対して第１の力を発生させて、シール支持面１３２を軸方向５０に沿ってロータ支持面１１２に向かって移動させてもよい。特定の実施形態では、第１の力を「閉鎖力」と呼んでもよい。ロータ４０が回転すると、ロータ支持面１１２に形成された複数の流体力学的要素（図３に示すような）は第２の力を発生させて、シール支持面１３２をロータ支持面１１２から軸方向５０に沿って遠ざかる（すなわち、リフトオフする）ように移動させ、かつ面シールの間隙１０４に沿って流体膜（図示せず）を形成してもよい。特定の実施形態では、第２の力を「分離力」と呼んでもよい。換言すれば、面シールの間隙１０４に流体膜を設けて、シール支持面１３２がロータ支持面１１２と接触するのを防止している。面シールアセンブリ１０２は、閉鎖力と分離力とのバランスに基づいて、シール支持面１３２とロータ支持面１１２との間に平衡間隙を得てもよい。蒸気４６の一部は、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」から低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」へと、面シールの間隙１０４を通って漏洩してもよい。また、面シールアセンブリ１０２は動作中、ロータ支持面１１２によるシール支持面１３２への連続的または断続的な移動に追従し得る。しかしながら、流体膜は高い剛性を有しているので、これにより、面シールアセンブリ１０２をロータ４０に対して擦りつけることなく、面シールアセンブリ１０２がロータ４０の軸方向の動きをうまく確実に追跡できるようになる。こうして、流体膜は、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」から低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」へと面シールの間隙１０４を通って生じる蒸気４６の漏洩流れを調整している。同様に、二次シール１４８は、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」から低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」へと端部１３８、１４０間に向かって流れ、そこに生じる蒸気４６の漏洩流れを調整している。
【００２７】
図３は、本技術の１つの例示的な実施形態による、ロータ４０の概略断面図を示している。ロータ４０は、半径方向５２に沿って突出する延在部１０８と、延在部１０８の端部に連結されたロータリング１１０とを含む。かかる実施形態では、ロータリング１１０はロータ支持面１１２を含む。一実施形態では、ロータ支持面１１２は、互いに間隔を置いて、周方向５４に沿って配置された複数の流体力学的要素１６２を含む。図示の実施形態では、複数の流体力学的要素１６２は螺旋溝を含む。いくつかの他の実施形態では、複数の流体力学的要素１６２はレイリーステップなどであってもよい。１または複数の実施形態では、ロータ４０が回転すると、ロータ支持面１１２とシール支持面１３２との間に（図２に示すように）流体膜（図示せず）を形成するように、複数の流体力学的要素１６２を構成している。
【００２８】
図４は、本技術の１つの例示的な実施形態による、図２の面シールアセンブリ１０２の分解斜視図を示している。本技術のいくつかの実施形態では、面シールアセンブリ１０２は第１のセグメント化シールリング１１４と、第２のセグメント化シールリング１１６とを含む。
【００２９】
一実施形態では、第１のセグメント化シールリング１１４は分割構成を有する。より具体的には、第１のセグメント化シールリング１１４は、協働して第１のセグメント化シールリング１１４を形成する、周方向に分割または分離された２つ以上のセグメントを含んでいてもよい。図示の実施形態では、第１のセグメント化シールリング１１４は２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂを含む。図２で述べたように、第１のセグメント化シールリング１１４は第１の周側面１２４と、第２の周側面１２６と、周方向スロット１２８と、シール支持面１３２とをさらに含む。また、第１のセグメント化シールリング１１４は、第１のセグメント化シールリング１１４における２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂを互いに接合するように構成された、複数の接合部１５２を含む。さらに、複数の接合部１５２のそれぞれは、第１の側部１５４と第２の側部１５６とを含み、第１の側部１５４および第２の側部１５６のうちの少なくとも一方は、複数のスロット１５８を含む。図示の実施形態では、第１の側部１５４が、たとえば複数のダブテールスロットなどの複数のスロット１５８を含んでいるが、ダブテールスロット以外の他のタイプのスロットを同様に使用してもよい。一実施形態では、周方向スロット１２８は、平坦面を有する第１の平坦接触面１６０（すなわち、合わせ面１６０）を含む。図示の実施形態では、合わせ面１６０は、蒸気タービンの半径方向５２に沿って延在し、かつ蒸気タービンの軸方向５０に対して名目上垂直である。また、合わせ面１６０は、蒸気タービンの周方向５６に沿って配置された複数の第１の溝１６３を含む。特定の実施形態では、複数の第１の溝１６３のそれぞれはねじ穴である。
【００３０】
第２のセグメント化シールリング１１６は分割構成を有する。より具体的には、第２のセグメント化シールリング１１６は、協働して第２のセグメント化シールリング１１６を形成する、周方向に分割または分離された２つ以上のセグメントを含んでいてもよい。図示の実施形態では、第２のセグメント化シールリング１１６は２つの第２のセグメント１１６ａ、１１６ｂを含む。第２のセグメント化シールリング１１６は、第２のセグメント化シールリング１１６の第２のセグメント１１６ａ、１１６ｂの周方向端部を形成する、複数のセグメント端部１６４を含む。特定の実施形態では、第１および第２のセグメント化シールリング１１４、１１６の組立て時に、第２のセグメント１１６ａおよび１１６ｂのセグメント端部１６４は物理的に互いに接触していてもよい。第２のセグメント化シールリング１１６は、平坦面を有する第２の平坦接触面１６６（すなわち、対向合わせ面）をさらに含む。図示の実施形態では、対向合わせ面１６６は、蒸気タービンの半径方向５２に沿って延在し、かつ蒸気タービンの軸方向５０に対して名目上垂直である。また、対向合わせ面１６６は、蒸気タービンの周方向５６に沿って配置された複数の第２の溝１６８を含む。特定の実施形態では、複数の第２の溝１６８のそれぞれは貫通孔である。１または複数の実施形態では、第２のセグメント化シールリング１１６を、第１のセグメント化シールリング１１４によって画定された周方向スロット１２８内に少なくとも一部配置するように構成している。
【００３１】
一実施形態では、蒸気タービン３６は複数のクランプ１７０と、複数の連結部材１７２とをさらに含む。なお、本明細書では、複数のクランプ１７０のうちの１つのクランプのみを図４の実施形態に示している。図示の実施形態では、複数のクランプ１７０のそれぞれはダブテールクランプであるが、ダブテールクランプ以外の他のタイプのクランプを同様に使用してもよい。１または複数の実施形態では、複数のクランプ１７０のそれぞれを、複数のスロット１５８に固定されて、複数の接合部１５２のそれぞれの接合端部を保持するように構成している。複数の連結部材１７２は、複数の保持プレート１７４と、複数の保持ボルト１７６とを含む。なお、本明細書では、複数の保持プレート１７４のうちの１つの保持プレートのみを図４の実施形態に示している。複数の保持プレート１７４と複数の保持ボルト１７６とを使用し、２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂの間にボルト締め接続を形成することによって、複数の接合部１５２をさらに補強している。複数の保持プレート１７４は、２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂの組立て後に複数のクランプ１７０が意図せずに外れてしまうのをさらに防止することができる。対応する保持プレート１７４を個々のセグメント１１４ａ、１１４ｂに固定するために、複数の保持ボルト１７６を使用している。１または複数の実施形態では、複数のスロット１５８、複数のクランプ１７０、および複数の連結部材１７２を、総称して複数の連結装置と呼んでいる。なお、本明細書では、複数のクランプ１７０と連結部材１７２とを、第１のセグメント化シールリング１１４の第１の側部１５４上で２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂを連結するために使用している。図４には示していないが、第１のセグメント化シールリング１１４の第２の側部１５６上で２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂを連結するために、同様の連結部品を使用してもよい。
【００３２】
一実施形態では、複数の接合部１５２をさらに、ボルト締め機構を使用して第２の側部１５６上で互いに連結している。図示の実施形態では、ボルト締め機構は、複数の保持ボルト１８２（図５に示すような）と複数の貫通孔１８１とを含む。かかる実施形態では、複数の接合部１５２を連結するために、複数の保持ボルト１８２を使用してもよい。具体的には、複数の接合部１５２を連結するために、複数の保持ボルト１８２を複数の貫通孔１８１内に配置してもよい。
【００３３】
一実施形態では、面シールアセンブリ１０２は複数の連結部材１８０をさらに含む。図示の実施形態では、複数の連結部材１８０のそれぞれは軸方向ボルトである。１または複数の実施形態では、複数の連結部材１８０のそれぞれを、対応する第１の溝１６３および第２の溝１６８内に固定して、第１のセグメント化シールリング１１４の周方向スロット１２８内に第２のセグメント化シールリング１１６を保持するように構成している。
【００３４】
１または複数の実施形態では、第１のセグメント化シールリング１１４および第２のセグメント化シールリング１１６の分割構成により、長尺の大型タービン（たとえば、蒸気タービン３６）で面シールアセンブリ１０２を使用することが可能となる。具体的には、この分割構成により、面シールアセンブリ１０２をロータ４０の１つの端部から摺動させなければならない代わりに、面シールアセンブリ１０２をロータ４０における任意の所望の軸方向位置に直接組み立てることが可能となり、これは、端部連結部品などの他のタービン部材との干渉に起因して、大径タービンにおいては不可能となり得る。これは、第１のセグメント化シールリング１１４および第２のセグメント化シールリング１１６の分割リング設計によってもたらされる、主要な利点の１つである。
【００３５】
図５は、本技術の１つの例示的な実施形態による、図２および図４の面シールアセンブリ１０２を組み立てたものの斜視図を示す。一実施形態では、組み立て済み面シールアセンブリ１０２は、第１のセグメント化シールリング１１４によって画定される（図２および図４に示すように）周方向スロット１２８内に少なくとも一部配置された、第２のセグメント化シールリング１１６を含む。かかる実施形態では、周方向スロット１２８の合わせ面１６０（図４に示すような）は、第２のセグメント化シールリング１１６の対向合わせ面１６６（図４に示すような）と接触している。また、複数の接合部１５２を複数のセグメント端部１６４から周方向にオフセットさせて、シール支持面１３２に沿った軸方向段差を低減している。一実施形態では、「オフセット」という用語は、蒸気タービンの中心線軸２６（図２に示すような）に対して、それぞれ第１の所定の角度および第２の所定の角度で複数の接合部１５２と複数のセグメント端部１６４とを配置（またはクロッキング）することを指し得る。かかる実施形態では、第１の所定の角度は第２の所定の角度とは異なる。図示の実施形態では、第１の所定の角度は約０度〜約１８０度であってもよく、第２の所定の角度は約３０度〜約２１０度であってもよい。本質的に、接合部１５２において、２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂの合わせ面１６０は、第２のセグメント１１６ｂの対向合わせ面１６６によって押圧されている。第２のセグメント１１６ｂの対向合わせ面１６６が平坦であることにより、２つの第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂが同一平面上に確実に位置合わせされ、これによってシール支持面の軸方向段差８８８（図４に示すような）が排除される。同様に、セグメント端部１６４において、２つの第２のセグメント１１６ａ、１１６ｂの対向合わせ面１６６は、第１のセグメント１１４ｂの合わせ面１６０によって押圧されている。第１のセグメント１１４ｂの合わせ面１６０が平坦であることにより、２つの第２のセグメント１１６ａ、１１６ｂが同一平面上に確実に位置合わせされる。総じて、２組の第１のセグメント１１４ａ、１１４ｂおよび第２のセグメント１１６ａ、１１６ｂは、平坦接触面１６０、１６６それぞれの組み合わせ、ならびに接合部１５２およびセグメント端部１６４のクロッキング（すなわち、オフセット）によって、互いに対してまとめて位置合わせされている。
【００３６】
さらに、オフセット位置では、軸方向ボルトなどの複数の連結部材１８０を使用して、第２のセグメント化シールリング１１６を第１のセグメント化シールリング１１４に連結している。具体的には、複数の連結部材１８０のそれぞれを、対応する第１の溝１６３（図４に示すような）および第２の溝１６８内にそれぞれ固定して、第１のセグメント化シールリング１１４の周方向スロット１２８内に第２のセグメント化シールリング１１６を保持している。
【００３７】
一実施形態では、複数の接合部１５２の第１の側部１５４において、複数のスロット１５８（図４に示すような）、複数のクランプ１７０、および複数の連結部材１７２を、複数の接合部１５２のそれぞれの接合端部を補強または固定して剛性を高め、かつ第１のセグメント化シールリング１１４の変形を低減するように構成している。具体的には、複数のクランプ１７０のそれぞれを複数のスロット１５８に連結している。さらに、複数の保持プレート１７４のそれぞれを各クランプ１７０の側部１７８（図４に示すような）上に配置し、複数の保持ボルト１７６を複数の保持プレート１７４のそれぞれに固定して、複数の接合部１５２のそれぞれの接合端部を固定している。
【００３８】
同様に、複数の接合部１５２の第２の側部１５６において、複数の保持ボルト１８２を使用して、複数の接合部１５２のそれぞれを互いに対して連結している。ステータアダプタ１０６は、複数のアダプタ分割線ボルト１８６を使用して、セグメント接合部１８４で互いに連結された複数のセグメント１０６ａ、１０６ｂをさらに含む。
【００３９】
通常、第１および第２のセグメント化シールリング１１４、１１６に不完全な機械加工を行って組み立ててしまうと、図４に示すように、シール支持面１３２上に軸方向段差８８８または不連続性が発生する恐れがある。一般に、シール支持面１３２に沿った軸方向段差８８８は望ましくない。前述のように、流体力学的面シールアセンブリまたは流体静力学的面シールアセンブリは、シール支持面１３２とロータ支持面１１２とを隔てる約３ミクロン〜２０ミクロンの範囲の厚さを有する流体膜と共に動作する。軸方向段差８８８の大きさが流体膜の厚さに匹敵する場合、これは面シールの間隙１０４において薄く不十分な流体膜特性をもたらし得、その結果として面シールの間隙１０４における不十分な開口力、および第１のセグメント化シールリング１１４とロータリング１１０との接触に起因する面シールアセンブリ１０２の破損へとつながる。総じて、軸方向段差８８８が公称流体膜厚の１０パーセント未満となることが望ましい。また、面シールアセンブリ１０２の剛性が低いのは望ましくないことであり、これは、圧力負荷が実質的に高くなることに起因して、面シールアセンブリ１０２においてシール支持面１３２の面外の変形が発生し得、これによってシール支持面１３２が歪むことになるためである。シール支持面１３２が歪むことによって、面シールの間隙１０４における流体膜特性が不十分となる恐れがあり、これは第１のセグメント化シールリング１１４とロータ支持面との接触に起因してシール不良をもたらす可能性がある。このため、本明細書で述べている技術は、シール支持面１３２における軸方向段差または不連続性を最小限に抑え、かつ面シールアセンブリ１０２の第１のセグメント化シールリング１１４が有する剛性を継続的に改善し、これによって第１のセグメント化シールリング１１４の変形を低減している。
【００４０】
図６は、本技術の別の例示的な実施形態による、ターボ機械におけるステータ２３９および面シールアセンブリ２０２の一部を表す概略断面図を示している。一実施形態では、面シールアセンブリ２０２は、第１のセグメント化シールリング２１４と第２のセグメント化シールリング２１６とを含む。第１のセグメント化シールリング２１４は、複数の接合部２５２と、シール支持面２３２と、第１の平坦接触面２６０とを含む。第１のセグメント化シールリング２１４を、複数の付勢部材２２０を介してステータアダプタ２０６に連結して、ロータ支持面（図示せず）とシール支持面２３２との間に面シールの間隙を画定している。第２のセグメント化シールリング２１６は、複数のセグメント端部２６４と第２の平坦接触面２６６とを含む。第２の平坦接触面２６６が第１の平坦接触面２６０と接触するように、かつ複数のセグメント端部２６４が複数の接合部２５２から周方向にオフセットされるように、第２のセグメント化シールリング２１６を第１のセグメント化シールリング２１４に連結している。第１のセグメント化シールリングはキャビティ２９０と、キャビティ２９０からシール支持面２３２まで延在する、複数の隔離された静圧ポート２９２とをさらに含む。複数の隔離された静圧ポート２９２における隔離ポートはそれぞれ、シール支持面２３２に配置された複数の開口部２９４のうちの１つの開口部を含む。本ターボ機械は、キャビティ２９０と流体源（図示せず）とに連結された流体供給管２９６をさらに含む。一実施形態では、流体源を本ターボ機械の外側に配置してもよく、また流体供給管２９６はステータ２３９を通って延在していてもよい。いくつかの他の実施形態では、たとえば圧縮機１２またはガスタービン１８（図１に示すような）などのターボ機械における、複数の段のうちの少なくとも１つの段に流体供給管２９６を連結してもよい。動作中、厚さが実質的により厚く、剛性がより高い流体膜を、ロータ支持面とシール支持面２３２との間に形成するように、複数の隔離された静圧ポート２９２と複数の流体力学的要素（図３の実施形態で述べたような）とを構成してもよい。
【００４１】
図７は、本技術の１つの例示的な実施形態による、図６の面シールアセンブリ２０２を含むターボ機械２３６の概略図を示している。一実施形態では、たとえば蒸気タービンなどのターボ機械２３６は、ステータ２３９と、ロータ２４０と、面シールアセンブリ２０２とを含む。ステータ２３９は、端部２４１を有するステータアダプタ２０６を含む。ロータ２４０はロータ支持面２１２を含む。面シールアセンブリは、第１のセグメント化シールリング２１４と第２のセグメント化シールリング２１６とを含む。第１のセグメント化シールリング２１４は、複数の接合部（図示せず）と、シール支持面２３２と、第１の平坦接触面２６０とを含む。第２のセグメント化シールリング２１６は、複数のセグメント端部（図示せず）と第２の平坦接触面２６６とを含む。
【００４２】
第１のセグメント化シールリング２１４を、複数の付勢部材２２０を介してステータアダプタ２０６に摺動可能に連結して、ロータ支持面２１２とシール支持面２３２との間において面シールの間隙２０４を画定している。第２の平坦接触面２６６が第１の平坦接触面２６０と接触するように、第２のセグメント化シールリング２１６を第１のセグメント化シールリング２１４に連結している。また、複数のセグメント端部を、複数の接合部から周方向にオフセットさせている。第１のセグメント化シールリング２１４は、シール支持面２３２から遠ざかるように延在している端部２３８をさらに含む。ステータアダプタ２０６の端部２４１を、第１のセグメント化シールリング２１４の端部２３８に近接させて配置している。ロータ支持面２１２は、複数の流体力学的要素２６２を含む。第１のセグメント化シールリング２１４はキャビティ２９０と、キャビティ２９０からシール支持面２３２まで延在する、複数の隔離された静圧ポート２９２とをさらに含む。具体的には、キャビティ２９０を第１のセグメント化シールリング２１４内に配置している。ターボ機械２３６は、キャビティ２９０に接続された流体供給管２９６と、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」と、低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」とをさらに含む。高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」と低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」とを、ステータ２３９、ロータ２４０、および面シールアセンブリ２０２の間に画定している。具体的には、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」を、ターボ機械２３６内のプロセス流体２４６（すなわち、高圧流体または高圧蒸気）の流れに対して上流に配置している。１または複数の実施形態では、第１の圧力キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」および低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」から、キャビティ２９０を隔離している。
【００４３】
ロータ２４０の静止状態において、シール支持面２３２とロータ支持面２１２とは互いに接触している。複数の付勢部材２２０が第１のセグメント化シールリング２１４とロータ２４０とを互いに接触させ続けるべく閉鎖力２４７を加えるように、これを構成している。１または複数の実施形態では、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」内のプロセス流体２４６は、第１のセグメント化シールリング２１４の第１の周側面２２４に分離力２８４ａを加え、またプロセス流体２４６は、第１のセグメント化シールリング２１４の第２の周側面２２６に閉鎖力２８４ｂを加えている。同様に、低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」内の漏洩流体２４９（すなわち、低圧流体）は、第１のセグメント化シールリング２１４の第１の周側面２２４に分離力２８６ａを加え、また低圧キャビティ「「Ｐｌｏｗ」内の漏洩流体２４９は、第１のセグメント化シールリング２１４の第２の周側面２２６に閉鎖力２８６ｂを加えている。一般に、ロータ２４０の静止状態において、閉鎖力２４７、２８４ｂ、２８６ｂの合計は分離力２８４ａ、２８６ａの合計よりも大きくなり、これによって第１のセグメント化シールリング２１４とロータ支持面２１２とが、閉鎖力と分離力との不均衡に等しい接触力によって接触を維持することになる。
【００４４】
さらに、面シールアセンブリ２０２の動作中、複数の隔離された静圧ポート２９２がロータ支持面２１２に対して加圧流体２５１を噴射して、第１の分離力２９０ａを発生させ、シール支持面２３２をリフトオフし、かつ面シールアセンブリ２０２において流体膜２１５が乗り上げる動作が開始されるように、複数の隔離された静圧ポート２９２を構成している。次いで、参照符号２０１で示しているように、ロータ２４０がターボ機械２３６の軸２０３を中心に回転し、プロセス流体２４６および加圧流体２５１の一部をシール面２１２、２３２の間で回転させ、これによって加圧流体２５１の一部およびプロセス流体２４６の一部の少なくとも一方における圧力が面シールの間隙２０４に沿って増し、流体膜２１５の１または複数のパラメータを変更するように、ロータ２４０を構成している。ロータ２４０が回転すると、ロータ支持面２１２に配置された複数の流体力学的要素２６２は第２の分離力２９０ｂを発生させて、シール支持面２３２をさらにリフトオフし、かつ面シールアセンブリ２０２において流体膜２１５が乗り上げる動作が継続されるようにしている。特定の実施形態では、複数の隔離された静圧ポート２９２および複数の流体力学的要素２６２が分離力２９０ａ、２９０ｂを発生させて、シール支持面２３２をリフトオフし、これによって流体膜２１５の厚さおよび剛性が増すように、これらを構成している。
【００４５】
別の実施形態では、面シールアセンブリ２０２の動作中、参照符号２０１で示しているように、ロータ２４０がターボ機械２３６の軸２０３を中心に回転し、プロセス流体２４６および加圧流体２５１の一部を面シールの間隙２０４内で回転させるように、ロータ２４０を構成している。ロータ２４０が回転すると、複数の流体力学的要素２６２が第１の分離力２９０ｂを発生させて、シール支持面２３２をリフトオフし、かつ面シールアセンブリ２０２において流体膜２１５が乗り上げる動作が開始されるように、複数の流体力学的要素２６２を構成している。次いで、複数の隔離された静圧ポート２９２を介して、加圧流体２５１がロータ支持面２１２に対して噴射され、第２の分離力２９０ａを発生させて、シール支持面２３２をさらにリフトオフし、かつ面シールアセンブリ２０２において流体膜２１５が乗り上げる動作が継続されるようにしている。なお、本明細書では、「第１の分離力」および「第２の分離力」という用語を、本開示の範囲から逸脱することなく交換可能に使用することができる。
【００４６】
特定の実施形態では、面シールアセンブリ２０２は複数の流体力学的要素２６２を含んでいる場合があり、また複数の隔離された静圧ポート２９２を含んでいない場合がある。かかる実施形態では、複数の流体力学的要素２６２とロータ２４０の回転とを使用して分離力２９０ｂを発生させ、これによってシール支持面２３２をリフトオフし、かつこのシール支持面２３２とロータ支持面２１２との間に流体膜２１５を形成している。他の特定の実施形態では、面シールアセンブリ２０２は複数の隔離された静圧ポート２９２のみを含んでいる場合があり、また複数の流体力学的要素２６２を含んでいない場合がある。かかる実施形態では、複数の隔離された静圧ポート２９２を使用して分離力２９０ａを発生させ、これによってシール支持面２３２をリフトオフし、かつこのシール支持面２３２とロータ支持面２１２との間に流体膜２１５を形成している。
【００４７】
面シールの間隙２０４内に形成された流体膜が、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」から低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」へと流れるプロセス流体２４６の漏洩流れを調整するように、これを構成している。シール構成要素２４８が、高圧キャビティ「Ｐｈｉｇｈ」から低圧キャビティ「Ｐｌｏｗ」へと流れるプロセス流体２４６の漏洩流れを調整するように、これを構成している。特定の実施形態では、面シールアセンブリ２０２が軸方向５０に沿ってのみ移動できることを目的として、シール構成要素２４８がステータアダプタ２０６と第１のセグメント化シールリング２１４との間に摺動界面をもたらすように、これをさらに構成している。
【００４８】
図８は、本技術の別の例示的な実施形態による、ターボ機械３３６の一部を表す概略断面図を示している。ターボ機械３３６はステータ３３９と、ロータ３４０と、面シールアセンブリ３０２とを含む。ロータ３４０はロータ支持面３１２を含む。面シールアセンブリ３０２は、第１のセグメント化シールリング３１４と第２のセグメント化シールリング３１６とを含む。
【００４９】
図示の実施形態では、第１のセグメント化シールリング３１４は、第１の周側面３２４に沿って配置され、第１のセグメント化シールリング３１４の第１の周側面３２４から第２の周側面３２６に向かって内方に延在している周方向スロット３３８を含む。一実施形態では、第１のセグメント化シールリング３１４は、第１の平坦接触面３６０をさらに含む。具体的には、第１の平坦接触面３６０を周方向スロット３３８の部分３３８ａ内に画定している。
【００５０】
第２のセグメント化シールリング３１６は、第１のサブセグメント化シールリング３１６ａと第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂとを含む。第１のサブセグメント化シールリング３１６ａは、第２の平坦接触面３６６と、シール支持面３３２と、第１の段付き半径方向面３６８とを含む。具体的には、シール支持面３３２と第１の段付き半径方向面３６８とを、互いに隣接し、かつ第２の平坦接触面３６６に対向するように配置している。同様に、第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂは、第２の段付き半径方向面３７０を含む。第１のサブセグメント化シールリング３１６ａと第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂとは、互いに相補的な形状を有する。第２の平坦接触面３６６が第１の平坦接触面３６０と接触するように、第１のサブセグメント化シールリング３１６ａを周方向スロット３３８の部分３３８ａ内に配置している。さらに、第２の段付き半径方向面３７０が第１の段付き半径方向面３６８と接触するように、第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂを周方向スロット３３８の他の部分３３８ｂ内に配置している。第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂを、第１のセグメント化シールリング３１４にさらに連結している。具体的には、面シールアセンブリ３０２は、たとえば第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂを第１のセグメント化シールリング３１４に固定するための複数の軸方向ボルトなどの、複数の連結部材３８０を含む。さらに、第１のセグメント化シールリング３１４は複数の接合部（図示せず）を含み、これらは第１のサブセグメント化シールリング３１６ａ（図示せず）の複数のセグメント端部から周方向にオフセットされている。
【００５１】
第１のサブセグメント化シールリング３１６ａはシール支持面３３２を含む。シール支持面３３２がロータ支持面３１２に対向して配置されるように、第１のサブセグメント化シールリング３１６ａを周方向スロット３３８の部分３３８ａ内に配置している。図示の実施形態では、第１のセグメント化シールリング３１４をステータ３３９に摺動可能に連結して、ロータ支持面３１２とシール支持面３３２との間に面シールの間隙３０４を画定している。１または複数の実施形態では、第１の平坦接触面３６０と第２の平坦接触面３６６とは互いに接触しており、複数の接合部は複数のセグメント端部から周方向にオフセットされて、第１のサブセグメント化シールリング３１６ａのシール支持面３３２に沿った軸方向段差を低減している。一実施形態では、第１のサブセグメント化シールリング３１６ａは第１の材料を含み、第２のサブセグメント化シールリング３１６ｂは、第１の材料とは異なる第２の材料を含む。さらに、第１のセグメント化シールリング３１４は、第１の材料および第２の材料とは異なり得る第３の材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３の材料は同じ材料であってもよい。図４および図５に示す実施形態と同様に、適切な連結部材３８０を使用して、セグメント化シールリング３１４、３１６を互いに対して連結してもよい。また、第１および第２のセグメント化シールリング３１４、３１６を異種材料で作製してもよい。第１および第２のセグメント化シールリング３１４、３１６用に異種材料を選択することにより、シール断面が熱負荷の下で異なるように変形し得、これにより、シール支持面３３２の変形を設計者またはユーザまたはオペレータが制御もしくは最適化することが可能となる。図２〜図５の実施形態と同様に、面シールアセンブリ３０２が分離力を発生させて、シール支持面３３２をリフトオフし、これによってこのシール支持面３３２とロータ支持面３１２との間に形成される流体膜の厚さおよび剛性が増すように、面シールアセンブリ３０２を構成している。
【００５２】
図９は、本技術のさらに別の例示的な実施形態による、ターボ機械４３６の一部を表す概略断面図を示している。さらに別の実施形態では、ターボ機械４３６はステータ４３９と、ロータ４４０と、面シールアセンブリ４０２とを含む。ロータ４４０はロータ支持面４１２を含む。面シールアセンブリ４０２は、第１のセグメント化シールリング４１４と第２のセグメント化シールリング４１６とを含む。
【００５３】
図示の実施形態では、第１のセグメント化シールリング４１４は、第１の周側面４２４から第２の周側面４４６に向かって延在する周方向スロット４３８を含む。第１のセグメント化シールリング４１４は、周方向スロット４３８の外側、具体的には周方向スロット４３８の半径方向内側に配置された、シール支持面４３２を含む。第１のセグメント化シールリング４１４は、周方向スロット４３８の外側、具体的には周方向スロット４３８の半径方向外側に配置された、第１の平坦接触面４６０（すなわち、平坦な合わせ面）をさらに含む。第２のセグメント化シールリング４１６は、周側面に沿って配置された第２の平坦接触面４６６（すなわち、平坦な対向合わせ面）を含む。かかる実施形態では、第２の平坦接触面４６６が第１の平坦接触面４６０と接触して、シール支持面に沿った軸方向段差を低減するように、第２のセグメント化シールリング４１６を周方向スロット４３８に隣接させて配置している。さらに、第１のセグメント化シールリング４１４は複数の接合部（図示せず）を含み、これらは第２のセグメント化シールリング４１６の複数のセグメント端部（図示せず）から周方向にオフセットされている。特定の実施形態では、第２のセグメント化シールリング４１６は、第１のセグメント化シールリング４１４と周方向スロットの半径方向外側に界接している。かかる実施形態では、複数の連結部材４８０を使用して、第１および第２のセグメント化シールリング４１４、４１６を互いに対して連結している。一実施形態では、第１のセグメント化シールリング４１４と第２のセグメント化シールリング４１６とを、同一材料または異種材料で作製してもよい。図２〜図５の実施形態と同様に、面シールアセンブリ４０２が分離力を発生させて、シール支持面４３２をリフトオフし、これによってこのシール支持面４３２とロータ支持面４１２との間に形成される流体膜の厚さおよび剛性が増すように、面シールアセンブリ４０２を構成している。
【００５４】
図１０は、本技術の１つの例示的な実施形態による、ターボ機械内で面シールアセンブリを製造し、かつ組み立てるための方法５００を表すフロー図である。一実施形態では、方法５００は、複数の接合部と第１の平坦接触面とを含む、第１のセグメント化シールリングを取得するステップ５０２を含む。さらに、方法５００は、複数のセグメント端部と第２の平坦接触面とを含む、第２のセグメント化シールリングを取得するステップ５０４を含む。
【００５５】
一実施形態では、第１のセグメント化シールリングを取得または収容するステップ５０２は、第１のシールリング（すなわち、第１の非セグメント化シールリング）を機械加工して、第１の非セグメント化シールリングに周方向スロットを形成するステップを含む。一実施形態では、周方向スロットが第１の非セグメント化シールリングにおける第１の周側面から第２の周側面に向かって延在するように、第１の非セグメント化シールリングにおける第１の周側面の一部に沿って前記周方向スロットを配置している。本方法は、周方向スロット内に画定された表面を機械加工して、第１の平坦接触面（すなわち、平坦な合わせ面）を形成するステップをさらに含む。前記周方向スロットの表面を機械加工するステップは、周方向スロットの表面を研削または研磨または艶出しするステップを含む。一実施形態では、本方法は、第１の非セグメント化リングにおける第１の周面の別の部分を機械加工して、シール支持面を形成するステップを含む。換言すれば、シール支持面を周方向スロットに隣接させて配置している。具体的には、シール支持面を周方向スロットの半径方向内側に配置している。一実施形態では、第２のセグメント化シールリングを取得または収容するステップ５０４は、第２のシールリング（すなわち、第１の非セグメント化シールリング）を機械加工して、第２の平坦接触面（すなわち、対向合わせ面）を取得するステップを含む。第２の非セグメント化シールリングを機械加工するステップは、第２の非セグメントシールリングの表面を研削または研磨または艶出しするステップを含む。一実施形態では、合わせ面と対向合わせ面とを、実質的に平坦な表面を形成するように機械加工してもよい。いくつかの実施形態では、本方法は、第２の非セグメント化シールリングの表面を機械加工して、シール支持面を形成するステップを含む。さらに、第１の非セグメント化リングを少なくとも２つのセグメントに分割して、複数の接合部を含む第１のセグメント化シールリングを形成している。同様に、第２の非セグメント化リングを少なくとも２つのセグメントに分割して、複数のセグメント端部を含む第２のセグメント化シールリングを形成している。
【００５６】
方法５００は、ターボ機械のロータ上に第１のセグメント化シールリングのセグメントを組み立てるステップ５０６を含む。方法５００は、第１のセグメント化シールリングを本ターボ機械のステータに摺動可能に連結して、シール支持面と本ターボ機械のロータのロータ支持面との間に面シールの間隙を画定するステップ５０８をさらに含む。
【００５７】
方法５００は、複数のセグメント端部が複数の接合部から周方向にオフセットされるように、第２のセグメント化シールリングのセグメントを第１のセグメント化シールリング上に組み立てるステップ５１０をさらに含む。具体的には、ステップ５１０は、第２のセグメント化シールリングを周方向スロット内に配置するステップを含む。方法５００は、第２の平坦接触面が第１の平坦接触面と接触するように、複数の連結部材を介して第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結するステップ５１２をさらに含む。一実施形態では、複数の連結部材は複数の軸方向ボルトを含んでいてもよい。１または複数の実施形態では、複数のセグメント端部を複数の接合部から周方向にオフセットさせて配置し、かつ第２の平坦接触面を第１の平坦接触面と接触させることによって、第１のセグメント化シールリングのシール支持面に沿った軸方向段差を低減している。
【００５８】
１または複数の実施形態では、本方法は、複数の接合部における各接合部を複数の連結装置を使用して連結して、面シールアセンブリの剛性を高め、かつ第１のセグメント化シールリングの変形を低減するステップをさらに含む。かかる実施形態では、複数の連結装置は複数のスロット、複数のクランプ、複数の保持プレート、および複数の保持ボルトを含んでいてもよい。
【００５９】
特定の実施形態では、シール支持面に沿った軸方向段差を検出した場合に、方法５００は、第１のセグメント化シールリングから第２のセグメント化シールリングを切り離すステップと、ロータから第１のセグメント化シールリングのセグメントを分解するステップとを含んでいてもよい。かかる実施形態では、方法５００は、第１の平坦接触面および第２の平坦接触面のうちの少なくとも一方を再加工するステップを含んでいてもよい。特定の実施形態では、方法５００は、シール支持面を機械加工するステップをさらに含んでいてもよい。
【００６０】
さらに、本方法は、ロータ上に第１のセグメント化シールリングのセグメントを再組み立てし、かつ第１のセグメント化シールリングの周方向スロット内に第２のセグメント化シールリングを再配置し、これによって複数の接合部が複数のセグメント端部から周方向にオフセットされるようにするステップを含む。本方法は、複数の連結部材を使用して、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに再連結するステップをさらに含む。
【００６１】
特定の実施形態では、周方向スロット内に第２のセグメント化シールリングを再配置するステップと、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに再連結するステップとは、合わせ面を対向合わせ面と再接触させて、シール支持面に沿った軸方向段差を低減するステップを含んでいてもよい。かかる実施形態では、第１の平坦接触面および第２の平坦接触面は実質的に平坦な表面を含む。１または複数の実施形態では、「平坦な表面」という用語は、たとえば前記表面に沿って隆起領域または凹みを有することなく、１つの平面に沿って半径方向に延在する平坦化面または平滑面を有する表面を意味する。
【００６２】
別の実施形態では、第１のセグメント化シールリングを取得または収容するステップ５０２は、第１のシールリングを収容するステップと、第１のシールリングの一部を機械加工して、第１のシールリングにおける第１の周側面から第２の周側面に向かって内側に延在する、周方向スロットを形成するステップとを含む。ステップ５０２は、第１のシールリングの表面の一部を機械加工して、第１の平坦接触面を形成するステップをさらに含む。具体的には、第１の平坦接触面を周方向スロットの半径方向外側に配置している。かかる実施形態では、ステップ５０２は、第１のシールリングにおける前記表面の別の部分を機械加工して、シール支持面を形成するステップをさらに含む。具体的には、シール支持面を周方向スロットの半径方向内側に配置している。ステップ５０２は、第１のシールリングを分割して、複数の接合部を含む第１のセグメント化シールリングを形成するステップをさらに含む。一実施形態では、第２のセグメント化シールリングを取得または収容するステップ５０４は、第２のシールリングの表面を機械加工して、第２の平坦接触面を形成するステップと、第２のシールリングを分割して、複数のセグメント端部を含む第２のセグメント化シールリングを形成するステップとを含む。かかる実施形態では、第２のセグメント化シールリングのセグメントを組み立てるステップ５１０と、第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結するステップ５１２とは、第２のセグメント化シールリングを周方向スロットの半径方向外側に配置し、かつこれを第１のセグメント化シールリングに連結するステップを含む。
【００６３】
さらに別の実施形態では、第１のセグメント化シールリングを取得または収容するステップ５０２は、第１のシールリングの一部を機械加工して、第１のシールリングにおける第１の周側面から第２の周側面に向かって内側に延在する、周方向スロットを形成するステップを含む。さらに、ステップ５０２は、周方向スロット内に画定された表面の一部を機械加工して、第１の平坦接触面を形成するステップを含む。ステップ５０２は、第１のシールリングを分割して、複数の接合部を含む第１のセグメント化シールリングを形成するステップをさらに含む。一実施形態では、第２のセグメント化シールリングを取得または収容するステップ５０４は、第１のサブシールリングと第２のサブシールリングとを含む第２のシールリングを収容するステップを含む。さらに、ステップ５０４は、第１のサブシールリングの表面を機械加工して、第２の平坦接触面を形成するステップを含む。ステップ５０４は、第１のサブシールリングの別の表面を機械加工して、シール支持面を形成するステップをさらに含む。かかる実施形態では、第１のサブシールリングは、シール支持面に隣接し、かつ第２の平坦接触面の反対側に配置された第１の段付き半径方向面を含む。第２のサブシールリングは第２の段付き半径方向面を含む。ステップ５０４は、第１のサブシールリングを分割して、複数のセグメント端部を含む第１のサブセグメント化シールリングを形成し、かつ第２のサブシールリングを分割して、第２のサブセグメント化シールリングを形成するステップをさらに含む。第２のセグメント化シールリングのセグメントを組み立てるステップ５１０は、第２の平坦接触面が第１の平坦接触面と接触するように、第１のサブセグメント化シールリングを周方向スロットの部分内に配置するステップと、第２の段付き半径方向面が第１の段付き半径方向面と接触するように、第２のサブセグメント化シールリングを周方向スロットの他の部分内に配置するステップとを含む。第２のセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結するステップ５１２は、第２のサブセグメント化シールリングを第１のセグメント化シールリングに連結するステップを含む。
【００６４】
１または複数の実施形態では、方法５００は、シール支持面およびロータ支持面のうちの一方を機械加工して、複数の流体力学的要素を形成するステップをさらに含む。かかる実施形態では、複数の流体力学的要素を本ターボ機械の周方向に沿って互いに離間させている。１または複数の実施形態では、複数の流体力学的要素のうちの少なくとも１つの流体力学的要素は螺旋溝、およびレイリーステップなどを含む。方法５００は、第１のセグメント化シールリングを機械加工して、複数の隔離された静圧ポートを形成するステップをさらに含む。かかる実施形態では、複数の隔離された静圧ポートを互いに離間させており、これらは第１のセグメント化シールリング内に形成されたキャビティからシール支持面まで延在している。方法５００は、複数の連結装置のうちの少なくとも１つの連結装置を使用して、第１のセグメント化シールリングにおける複数の接合部の対応する端部を固定するステップをさらに含む。
【００６５】
一実施形態では、本技術により、別の機械加工プロセスでセグメント化シールリングを機械加工し、次いで前記セグメント化シールリングを、ロータにおいてその場で機械加工する必要なしに、比較的大型のロータ上にその場で組み立て、これによって支持面上の軸方向段差を最小限に抑えることが可能となる。１または複数の実施形態では、第１および第２のセグメント化シールリングの分割セグメントをその場で組み立てることができるため、従来の非分割シールリング（または３６０度ステータリング）にあっては、大型タービンの端部連結部品などの他の部品との間に干渉が発生するために、組立てが不可能となっていた大型タービンにおいて、かかる面シールアセンブリを使用することが可能となる。
【００６６】
有利には、本明細書で述べている１または複数の実施形態によれば、面シールアセンブリは、分割面シールアセンブリの支持面に沿った軸方向段差を低減し、かつ分割面シールアセンブリの剛性を高めることになる。一実施形態では、周方向スロットの合わせ面は、第２のセグメント化シールリングの対向合わせ面と接触して、支持面に沿った軸方向段差を低減している。かかる実施形態では、合わせ面および対向合わせ面は平坦な表面を有する。さらに、複数の接合部を複数のセグメント端部からオフセットさせて、支持面に沿った軸方向段差を低減している。一実施形態では、複数の連結部材および複数のクランプを使用して、複数の接合部を互いに対して連結して、複数の接合部のそれぞれの接合端部を補強し、これによって面シールアセンブリの剛性を高め、かつ第１のセグメント化シールリングの変形を低減している。
【００６７】
実施形態の特定の特徴のみを本明細書において例示し、かつ記載してきたが、当業者であれば、多くの修正および変更を想到できるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の趣旨の範囲内にある、かかるすべての修正および変更の包含を意図していることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  複合サイクルシステム
１１  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  燃料ノズル
１８  ガスタービン
２０  排気ガス
２２  タービンブレード
２４  ロータ
２６  中心線軸
２８  排気口
３０  圧縮機ブレード
３２  加圧空気
３４  第１の負荷
３６  蒸気タービン
３８  第２の負荷
３９  ステータ
４０  ロータ
４２  蒸気発生器システム
４３  部分
４４  別の部分
４６  蒸気
４７  漏洩流体
４８  タービンブレード
５０  軸方向
５２  半径方向
５４  周方向
５６  周方向
１００  部分
１０２  面シールアセンブリ、組み立て済み面シールアセンブリ
１０４  面シールの間隙
１０６  ステータアダプタ
１０６ａ  セグメント
１０６ｂ  セグメント
１０８  延在部
１１０  ロータリング
１１２  ロータ支持面
１１４  第１のセグメント化シールリング
１１４ａ  第１のセグメント
１１４ｂ  第１のセグメント
１１６  第２のセグメント化シールリング
１１６ａ  第２のセグメント
１１６ｂ  第２のセグメント
１１８  軸方向ガイド
１２０  付勢部材
１２２  ストッパ
１２４  第１の周側面
１２６  第２の周側面
１２８  周方向スロット
１３０  部分
１３２  シール支持面
１３４  他の部分
１３６  連結部材
１３８  端部
１４０  端部
１４４  溝
１４８  二次シール
１５２  接合部
１５４  第１の側部
１５６  第２の側部
１５８  スロット
１６０  第１の平坦接触面、合わせ面
１６２  流体力学的要素
１６３  第１の溝
１６４  セグメント端部
１６６  第２の平坦接触面、対向合わせ面
１６８  第２の溝
１７０  クランプ
１７２  連結部材
１７４  保持プレート
１７６  保持ボルト
１７８  側部
１８０  連結部材
１８１  貫通孔
１８２  保持ボルト
１８４  セグメント接合部
１８６  アダプタ分割線ボルト
２０２  面シールアセンブリ
２０３  軸
２０４  面シールの間隙
２０６  ステータアダプタ
２１２  ロータ支持面、シール面
２１４  第１のセグメント化シールリング
２１５  流体膜
２１６  第２のセグメント化シールリング
２２０  付勢部材
２２４  第１の周側面
２２６  第２の周側面
２３２  シール支持面、シール面
２３６  ターボ機械
２３８  端部
２３９  ステータ
２４０  ロータ
２４１  端部
２４６  プロセス流体
２４７  閉鎖力
２４８  シール構成要素
２４９  漏洩流体
２５１  加圧流体
２５２  接合部
２６０  第１の平坦接触面
２６２  流体力学的要素
２６４  セグメント端部
２６６  第２の平坦接触面
２８２  ヘインズ
２８４ａ  分離力
２８４ｂ  閉鎖力
２８６ａ  分離力
２８６ｂ  閉鎖力
２９０  キャビティ
２９０ａ  分離力、第１の分離力、第２の分離力
２９０ｂ  分離力、第１の分離力、第２の分離力
２９２  静圧ポート
２９４  開口部
２９６  流体供給管
３０２  面シールアセンブリ
３０４  面シールの間隙
３１２  ロータ支持面
３１４  第１のセグメント化シールリング
３１６  第２のセグメント化シールリング
３１６ａ  第１のサブセグメント化シールリング
３１６ｂ  第２のサブセグメント化シールリング
３２４  第１の周側面
３２６  第２の周側面
３３２  シール支持面
３３６  ターボ機械
３３８  周方向スロット
３３８ａ  部分
３３８ｂ  他の部分
３３９  ステータ
３４０  ロータ
３６０  第１の平坦接触面
３６６  第２の平坦接触面
３６８  第１の段付き半径方向面
３７０  第２の段付き半径方向面
３８０  連結部材
４０２  面シールアセンブリ
４１２  ロータ支持面
４１４  第１のセグメント化シールリング
４１６  第２のセグメント化シールリング
４２４  第１の周側面
４３２  シール支持面
４３６  ターボ機械
４３８  周方向スロット
４３９  ステータ
４４０  ロータ
４４６  第２の周側面
４６０  第１の平坦接触面、平坦な合わせ面
４６６  第２の平坦接触面、平坦な対向合わせ面
４８０  連結部材
５００  方法
５０２  ステップ
５０４  ステップ
５０６  ステップ
５０８  ステップ
５１０  ステップ
５１２  ステップ
７１８  インコネル
８８８  軸方向段差
【図１】
2019521277.tif 000003
【図２】
2019521277.tif 000004
【図３】
2019521277.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019521277.tif 000008
【図７】
2019521277.tif 000009
【図８】
2019521277.tif 000010
【図９】
2019521277.tif 000011
【図１０】
2019521277.tif 000012
【国際調査報告】
2019521277.tif 000013
2019521277.tif 000014
2019521277.tif 000015