(57)【要約】【課題】回転機械のパッキン・シールにおける漏洩を少なくするシステムを提供する。【解決手段】本システムは、回転機械（１２）と、該回転機械の回転部品と静止部品との間に配置されたパッキン・シール（６２）とを含む。前記パッキン・シール（６２）は、回転部品に沿って軸方向（６６）に隔たって設けられた一対のシール・ランド（８０）と、該一対のシール・ランド（８０）の軸方向の間の位置に配置された１つのシール歯（７４）とを含む。前記一対のシール・ランド（８０）の内の少なくとも１つ又は前記シール歯（７４）は、湾曲した流れ対向面（９０，９２）を有し、且つ該湾曲した流れ対向面（９０，９２）の方へ傾斜している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械（１２）と、該回転機械の回転部品と該回転機械の静止部品との間に配置されたパッキン・シール（６２）とを含むシステムであって、
前記パッキン・シール（６２）が、前記回転部品に沿って軸方向（６６）に隔たって設けられた一対のシール・ランド（８０）と、該一対のシール・ランド（８０）の軸方向の間の位置に配置された１つのシール歯（７４）とを有し、
前記一対のシール・ランド（８０）の内の少なくとも１つ又は前記シール歯（７４）が、湾曲した流れ対向面（９０，９２）を有し、且つ該湾曲した流れ対向面（９０，９２）の方へ傾斜していること、
を特徴とするシステム。
【請求項２】
前記一対のシール・ランド（８０）の内の少なくとも１つは、湾曲した流れ対向面（９０）を有し、且つ該湾曲した流れ対向面（９０）の方へ傾斜している、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記シール歯（７４）は、湾曲した流れ対向面（９０）を有し、且つ該湾曲した流れ対向面（９０）の方へ傾斜している、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記湾曲した流れ対向面（９０，９２）は第１の表面（７２，７６）から先端部（９８，１００）まで延在し、該先端部（９８，１００）は、前記第１の表面（７２，７６）に向かい合って配置された第２の表面（７６，７２）に近づいて、該先端部（９８，１００）と前記第２の表面（７６，７２）との間に隙間（８２，１００）を生じるように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記湾曲した流れ対向面（９０，９２）は所定の曲率半径（１１８、１１４）を有しており、該曲率半径と前記第１及び第２の表面の間の距離（９６）との比が１未満である、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記一対のシール・ランド（８０）の内の少なくとも１つ又は前記シール歯（７４）は、表面（７２，７６）から半径方向（６８）に延在し、且つ該表面（７２，７６）に対して約４５°と約９０°との間の角度（１０２，１０８）で前記湾曲した流れ対向面（９０，９２）の方へ傾斜している、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
回転機械（１２）と、該回転機械の回転部品と該回転機械の静止部品との間に配置されたパッキン・シール（６２）とを含むシステムであって、
前記パッキン・シール（６２）は、前記回転部品の第１の表面（７６）から前記静止部品へ向かって半径方向（６８）に延在するシール・ランド（８０）と、前記静止部品の第２の表面（７２）から前記回転部品へ向かって半径方向（６８）に延在するシール歯（７４）とを有しており、
前記シール・ランド（８０）は、ランド先端部（９８）で互いに接続されたランド流れ対向面（９０）及びランド背面（８６）を有しており、また前記シール・ランド（８０）は前記第１の表面（７６）に対して前記ランド流れ対向面（９０）の方へ傾斜しており、また前記ランド流れ対向面（９０）は第１の凹曲面を有していること、
を特徴とするシステム。
【請求項８】
前記ランド流れ対向面（９０）の前記ランド先端部（９８）と前記第１の表面（７６）とに交差する弦（１０４）が、約４５°と約９０°との間の角度（１０２）で前記第１の表面と交差している、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の表面（７６）及び前記第２の表面（７２）は前記回転機械（１２）の回転軸（４６）に沿って半径方向位置が変化している、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の表面（７６）及び前記第２の表面（７２）はそれらの間に空洞（９５）を形成しており、該空洞（９５）内には前記シール・ランド（８０）及び前記シール歯（７４）が収容されており、また前記空洞（９５）は前記パッキン・シール（６２）全体にわたって比較的一定の高さ（９６）を持っている、請求項７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される内容は、パッキン・シールに関し、より具体的には、回転機械に使用される湾曲ラビリンス・パッキン・シールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パッキン・シールは、蒸気タービン、ガスタービン、発電機及び圧縮機のような回転機械の中の回転部分と静止部分との間に用いることができる。回転機械は、動力を発生するために又は流体を圧縮するために１段又は複数段の回転部品の間に流体を流れさせることができる。パッキン・シールは、固定部品と回転部品との間での流体の漏洩を低減するために、段間に、各段への入口に、及び／又は各段の出口に配置することができる。パッキン・シールは、一般に、流体の流れを抑制する絞り手段を形成するためにシール・ランド(seal land) と相互に向かい合う一連の歯を含む。しかしながら、流体が該向かい合う部分を通って低圧の区域へ向かって流れ、その結果として一層大きい漏洩を生じる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７０５９８２９号
【発明の概要】
【０００４】
以下に、「特許請求の範囲」に記載された発明の範囲に相応する特定の実施形態について概要を記載する。これらの実施形態は「特許請求の範囲」に記載された発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ本発明の取り得る形態についての概要を提供しようとするに過ぎない。実際には、本発明は、以下に述べる実施形態と同様であるか又はそれらとは異なることのある様々な形態を包含することができる。
【０００５】
第１の実施形態におけるシステムは、回転機械と、該回転機械の回転部品と静止部品との間に配置されたパッキン・シールとを含む。該パッキン・シールは、回転部品に沿って軸方向に隔たって設けられた一対のシール・ランド(land)と、該一対のシール・ランドの軸方向の間の位置に配置された１つのシール歯とを含む。前記一対のシール・ランドの内の少なくとも１つ又は前記シール歯は、湾曲した流れ対向面を有し、且つ該湾曲した流れ対向面の方へ傾斜している。
【０００６】
第２の実施形態におけるシステムは、回転機械の回転部品と静止部品との間にパッキン・シールを形成するためにタービン・エンジン内のパッキン・リングと整列するように構成された環状のシール・ランドを持っているロータを含む。前記環状のシール・ランドは、前記パッキン・リングへ向かって延在して、前記パッキン・リングとの間に小さな隙間を形成するように構成された先端部と、前記ロータの表面と前記先端部との間に延在する流れ対向面と、前記ロータの表面と前記先端部との間に延在する背面とを含む。前記環状のシール・ランドは前記流れ対向面の方へ傾いており、また前記流れ対向面は凹曲面を含む。
【０００７】
第３の実施形態におけるシステムは、回転機械と、該回転機械の回転部品と静止部品との間に配置されたパッキン・シールとを含む。前記パッキン・シールは、前記回転部品の第１の表面から前記静止部品へ向かって半径方向に延在するシール・ランドと、前記静止部品の第２の表面から前記回転部品へ向かって半径方向に延在するシール歯とを含む。前記シール・ランドは、ランド先端部で互いに接続されたランド流れ対向面及びランド背面を含む。前記シール・ランドは前記第１の表面に対して前記ランド流れ対向面の方へ傾斜しており、また前記ランド流れ対向面は凹曲面を含む。
【０００８】
本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳しい説明を読めばより良く理解されよう。図面では、図面全体を通じて同様な部品は同様な参照符号で表されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、パッキン・シールを用いることのできる、ガスタービン及び蒸気タービンを持つ複合サイクル発電システムの一実施形態の概略流れ図である。
【図２】図２は、図１の蒸気タービンの一実施形態の側断面図である。
【図３】図３は、図２のパッキン・シールの内の１つの一実施形態の断面図である。
【図４】図４は、図３の線４−４内から取り出した図３のパッキン・シールの一部分の断面図である。
【図５】図５は、湾曲したシール・ランド及び真っ直ぐなシール歯を持つパッキン・シールの一実施形態の断面図である。
【図６】図６は、真っ直ぐで傾斜したシール・ランド及び湾曲したシール歯を持つパッキン・シールの一実施形態の断面図である。
【図７】図７は、湾曲したシール・ランド及び湾曲したシール歯を持つパッキン・シールの一実施形態の断面図である。
【図８】図８は、湾曲したシール・ランド及び湾曲したシール歯を持つパッキン・シールの別の実施形態の断面図である。
【図９】図９は、流れ対向面及び背面の両方が湾曲している１つのシール歯を持つパッキン・シールの一実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の１つ以上の特定の実施形態を記述する。これらの実施形態の説明を簡潔にするために、実際の具現化手段の全ての特徴を本明細書で記述することはできない。ここで、任意の工業又は設計計画におけるように、任意のこのような実際の具現化手段の開発において、開発者の特定の目標を達成するために、具現化手段によって変わり得るシステム関連及び事業関連の制約の順守のような多数の具現化手段特有の決定を行わなければならないことを理解されたい。また更に、このような開発努力は、複雑で時間がかかることがあるが、それにも拘わらず、この開示内容を利用する通常の技術者にとって設計、製作及び製造についての日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、数を明記しないで記載した要素及び「前記」と付した要素は、１つ以上の要素があることを意味するものとする。また用語「有する」、「含む」及び「持つ」は、排他的なものではなく、列挙した要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものとする。
【００１２】
本書の開示内容は、湾曲したシール・ランド及び／又は湾曲したシール歯を持つラビリンス・パッキン・シールを対象とする。パッキン・シールは、一般に、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機又は発電機のような回転機械の中の高圧領域と低圧領域とを分離するために、ロータを取り囲むパッキン・リングを含む。シール歯がパッキン・シールからロータへ向かって半径方向内向きに延在する一方、シール・ランドがロータから半径方向外向きに延在することができる。シール歯及びシール・ランドはラビリンス構成に配列することができ、その場合、シール歯及びシール・ランドは交互に配列して、シールの中を流れる流体の運動エネルギを圧力エネルギへ変換するための室を形成する。シール・ランド及び／又はシール歯は、パッキン・シールを通る流体の流れを妨げるために流れの方向とは逆の方向に湾曲させることができ、これにより高圧領域から低圧領域への流体の漏洩を最少にすることができる。
【００１３】
図１は、湾曲したシール・ランド及び／又は湾曲したシール歯を持つパッキン・シールを利用することのできる複合サイクル発電システム１０の一実施形態の概略流れ図である。システム１０は、ガスタービン１２、蒸気タービン１４、及び熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム１６を含むことができる。ガスタービン１２内では、合成ガスのようなガスを燃焼させて、「トッピング」サイクルすなわちブレイトン(Brayton) サイクル内で動力（電力）を発生させることができる。ガスタービン１２からの排出ガスはＨＲＳＧシステム１６へ供給して、「ボトミング」サイクルすなわちランキン(Rankine) サイクル内で蒸気を発生させることができる。特定の実施形態では、ガスタービン１２、蒸気タービン１４及びＨＲＳＧシステム１６は、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）パワー・プラント内に含めることができる。
【００１４】
ガスタービン１２は一般に、燃料（例えば、液体及び／又は気体燃料）を燃焼して、  第１の負荷１８を駆動することができる。第１の負荷１８は、例えば、電力を発生するための発電機とすることができる。ガスタービン１２は、タービン２０、燃焼器又は燃焼室２２、及び圧縮機２４を含むことができる。ガスタービン２０からの排出ガス２６は、第２の負荷２８を駆動するために蒸気タービン１４に供給される蒸気を（ＨＲＳＧシステム１６を介して）発生するために用いることができる。第２の負荷２８もまた、電力を発生するための発電機とすることができる。しかしながら、第１及び第２の負荷１８及び２８の両方は、ガスタービン１２及び蒸気タービン１４によって駆動することのできる他の種類の負荷とすることができる。更に、ガスタービン１２及び蒸気タービン１４は別々の負荷１８及び２８を駆動するものとして示されているが、ガスタービン１２及び蒸気タービン１４はまた、単一のシャフトを介して縦列接続して利用することができる。図示の実施形態では、蒸気タービン１４は、１つの低圧部分３０（ＬＰＳＴ）、１つの中圧部分３２（ＩＰＳＴ）及び１つの高圧部分３４（ＨＰＳＴ）を含んでいる。しかしながら、蒸気タービン１４並びにガスタービン１２の特定の構成は、実装時固有の構成とすることができ、また各部分の任意の組合せを含むことができる。
【００１５】
システム１０はまた、ガスタービン１２からの熱を用いて、蒸気タービン１４用の蒸気を発生するためのＨＲＳＧシステム１６を含む。ＨＲＳＧシステム１６は、とりわけ、蒸発器、エコノマイザ、加熱器、過熱器及び減温器のような、高圧高温蒸気を発生するために使用される構成要素を含むことができる。ＨＲＳＧシステム１６によって発生された蒸気は、動力発生のために蒸気タービン１４の低圧部分３０、中圧部分３２及び高圧部分３４へ供給することができる。低圧部分３０からの排出蒸気は復水器３６に導くことができる。次いで、復水器３６からの復水は、復水ポンプ３８を用いてＨＲＳＧシステム１６へ戻すことができる。ＨＲＳＧシステム１６内では、復水は再加熱して、蒸気タービン１４のための蒸気を発生させることができる。
【００１６】
本書に記載する湾曲ラビリンス・シールは、複合サイクル発電システム１０内の回転部品と静止部品との間に用いることができる。例えば、湾曲ラビリンス・シールは、ガスタービン２０、圧縮機２４、高圧蒸気タービン３４、中圧蒸気タービン３２、低圧蒸気タービン３０、及び／又はＨＲＳＧシステム１６において用いることができる。ここで、複合サイクル発電システム１０は単なる一例として示したものであり、本発明を限定しようとするものではない。本書に記載する湾曲ラビリンス・シールは、任意の適当な用途において用いられるガスタービン１２及び蒸気タービン１４ような回転機械に用いることができる。更に、他の実施形態では、湾曲ラビリンス・シールは独立の回転機械に用いることができる。例えば、湾曲ラビリンス・シールは、単純サイクル・システムの一部であるガスタービン、蒸気タービン、圧縮機又は発電機に用いることができる。
【００１７】
図２は、図１の高圧部分３４、中圧部分３２及び低圧部分３０を含む蒸気タービン１４の一実施形態を示す。蒸気タービン１４は主蒸気入口４０を含み、これは、例えば、図１のＨＲＳＧシステム１６から蒸気を受け取ることができる。蒸気は一連の段４２を通って流れることができ、これらの段４２は、軸４６を中心にして回転するシャフト４４上に装着された円周方向に間隔を置いて設けられた複数の羽根を含む。高圧部分３４から、蒸気は中圧部分３２に入って、別の一連の段４８を通って流れることができ、これらの段４８は、シャフト４４上に装着された円周方向に間隔を置いて設けられた複数の羽根を含む。特定の実施形態では、蒸気は中圧部分３２に流入する前に加熱することができる。
【００１８】
中圧部分３２から、蒸気はクロスオーバ管５０及び入口箱５２を通って低圧部分３０へ流れることができる。低圧部分３０内で、蒸気は一連の段５４を通って軸方向逆向きに流れることができ、これらの段５４は、軸４６を中心にして回転するシャフト５６上に装着された円周方向に間隔を置いて設けられた複数の羽根を含む。シャフト５６は軸方向両端に配置されたフランジ５８を含むことができ、これらのフランジ５８により、シャフト５６は一端でシャフト４４に結合され、またシャフト５６は他端で発電機シャフト（図示せず）に結合される。
【００１９】
段４２、４８及び５４の周り及び相互間の蒸気の漏洩を最少にするために、パッキン・ケーシング６０を高圧部分３４、中圧部分３２及び低圧部分３０内に設けることができる。具体的に述べると、パッキン・ケーシング６０は、回転軸４６を取り囲む軸方向に間隔を置いて設けられた静止シェルを含むことができ、それらは、回転軸４６へ向かって半径方向内向きに延在するパッキン・シール６２を含む。パッキン・シール６２は、シャフト４４及び５６から突き出したシール・ランドの軸方向の間に配置されて、パッキン・シール６２を通る蛇行した流路を生じさせる歯を含むことができ、これにより蒸気の漏洩を最少にする。シール・ランドはシャフト４４及び５６から直接に突き出すことができ、或いは、シャフト４４及び５６から半径方向外向きに延在する支持構造（例えば、ロータ円板又はシール・アーム）から突き出すことができる。
【００２０】
図３は、図２に示された中圧部分３２内に配置された複数のパッキン・シール６２の内の１つの一実施形態を示す。パッキン・シール６２は蒸気タービンに関連して示されているが、本書に記載するパッキン・シールは、とりわけ、ガスタービン、圧縮機、蒸気タービン又は発電機のような任意の適当な回転機械に用いることができる。更に、パッキン・シール６２は、段間に、又は複数の段についての入口及び／又は出口に近接して配置することができる。
【００２１】
パッキン・シール６２は、シャフト５６を取り囲むパッキン・ケーシング６０を含む。パッキン・リング６４は、シャフト５６を囲むようにパッキン・シール６２に取り付けられる。唯一つのパッキン・リング６４が例示されているけれども、特定の実施形態では、複数のパッキン・リング６４を、回転機械内の段間に軸方向（方向６６）に間隔をあけて設けることできる。各々のパッキン・リング６４は、パッキン・ケーシング６０からシャフト５６へ向かって半径方向（方向６８）に延在する弓形シール・セグメント７０の環状配列を含む。各々のシール・セグメント７０は、シャフト５６の表面７６へ向かって半径方向（方向６８）に突き出す環状のシール歯７４を持つ環状のシール表面７２を含む。表面７６はシール表面７２に概ね向かい合って配置することができる。小さい隙間７８がシール歯７４とシャフト５６の表面７６との間に存在して、パッキン・シール６２を通る流体（例えば、蒸気）の流れを制限することができる。シール歯７４は、シャフト５６の表面７６からパッキン・リング６４のシール表面７２へ向かって半径方向（方向６８）外向きに突き出すシール・ランド８０相互の間に配置することができる。また、小さい隙間８２がシール・ランド８０とシール表面７２との間にも存在して、パッキン・シール６２を通る流体（例えば、蒸気）の流れを制限することができる。
【００２２】
流体は流れ方向８４にパッキン・シール６２を通って流れて、概ね矢印８５で示すように隙間８２及び７８交互に通り抜けて流れることができる。シール・ランド８０及びシール歯７４の各々は背面８６及び８８をそれぞれ持ち、且つ流れ対向面９０及び９２をそれぞれ持つ。流体がパッキン・シール６２を通って流れるとき、流体は先ず流れ対向面９０及び９２に接触し又はそのそばを流れ、次いで隙間８２及び７８を通って流れ、次いで、背面８６及び８８に接触し又はそのそばを流れることができる。図４について後で説明するように、シール・ランド８０及びシール歯７４は流れ対向面９０及び９２の方へ且つ流れ方向８４とは逆の方向に湾曲させて、パッキン・シール６２を通る流体の流れを妨げるようにすることができる。シール・ランド８０及びシール歯７４の湾曲は、パッキン・シール６２を通って（すなわち、流れ方向８４に）流れようとしている流体の流れを反転させることができる。例えば、流体が流れ対向面９０及び９２に接触したとき、流れ対向面９０及び９２の湾曲は、概ね矢印９４で示すように、流体の流れを反転させて、パッキン・シール６２を通る流体の流れ妨げることができる。
【００２３】
シール・ランド８０及びシール歯７４また、図４について後で説明するように、流れ方向８４とは逆の方向に傾斜させることができ、これはまた、パッキン・シール６２を通る流体の流れを妨げるように流体の流れを反転させることができる。更に、特定の実施形態では、流れ対向面９０及び９２の湾曲及び傾斜は、パッキン・シール６２を通る流体の流れを抑制するように設計された渦流及び／又は小渦巻きを生じさせることができる。矢印８５及び９４は流体の流れを大まかに示そうとしたものであり、限定しようとするものではない。例えば、他の実施形態では、パッキン・シール６２内での流れ、小渦巻き及び／又は渦流の形状は変えることができる。
【００２４】
図４は、図３の線４−４内を取り出したパッキン・シールの一部分を示す。シール・ランド８０及びシール歯７４は、シール・セグメント７０及びロータ・シャフト５６によって形成される空洞９５内で半径方向（方向６８）に延在する。空洞９５は、ロータ・シャフト５６を取り囲んでいて、シール表面７２とシャフト表面７６との間の距離として概ね規定される高さ９６を持つ環状の空洞とすることができる。シール・ランド８０はシャフト表面７６から上向きに突き出すことができ、またシール表面７２へ向かって延在する先端部９８を含むことができる。シール・ランド８０の先端部９８とシール表面７２との間の小さい隙間８２は、軸方向６６にパッキン・シール６２を通る流体の流れを抑制することができる。シール歯７４はシャフト５６の表面７６へ向かって半径方向（方向６８）に突き出すことができる。シール歯７４の各々は、表面７６へ向かって延在する先端部１００を含む。シール歯７４の先端部１００と表面７６との間の小さい隙間７８は、軸方向６６にパッキン・シール６２を通る流体の流れを抑制することができる。
【００２５】
特定の実施形態によれば、シール・ランド８０及びシール歯７４はそれぞれ流れ対向面９０及び９２の方へ、すなわち流れ方向８４とは逆の方向に傾斜させることができる。例えば、シール・ランド８０は流れ方向８４とは逆の方向に傾斜角１０２で傾斜させることができる。傾斜角１０２は、一般的に、２つの離間した点で流れ対向面９０に交差する弦１０４とシャフト５６の表面７６との間の角度として定義することができる。詳しく述べると、弦１０４は、先端部９８の軸方向中心と、流れ対向面９０及び表面７６の交点１０６とにおいて、流れ対向面９０と交差することができる。特定の実施形態によれば、傾斜角１０２は約４５°〜９０°にすることができ、またその範囲内の全ての小範囲にすることができる。更に、特定の実施形態では、傾斜角１０２は、約５０°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°又は８５°とすることができる。傾斜角１０２に起因して、シール・ランド８０の先端部９８は、流れ方向８４に関して交点１０６よりも軸方向上流の位置に配置することができる。その結果、この傾斜角１０２により、一般に、図３に関して前に説明したように、パッキン・シール６２を通る流体の流れを妨げることができる。
【００２６】
シール歯７４もまた、流れ方向８４とは逆の方向に傾斜角１０８で傾斜させることができる。傾斜角１０２と同様に、傾斜角１０８は、一般的に、２つの離間した点で流れ対向面９２に交差する弦１１０と表面７２との間の角度として定義することができる。詳しく述べると、弦１１０は、先端部１００の軸方向中心と、流れ対向面９２及び表面７２の交点１１２とにおいて、流れ対向面９２と交差することができる。特定の実施形態によれば、傾斜角１０８は約４５°〜９０°にすることができ、またこの範囲内の全ての小範囲にすることができる。更に、特定の実施形態では、傾斜角は、約５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°又は８５°とすることができる。傾斜角１０８に起因して、シール歯７４の先端部１００は、流れ方向８４に関して交点１１２よりも軸方向上流の位置に配置することができる。その結果、この傾斜角１０８により、一般に、図３に関して前に述べたように、パッキン・シール６２を通る流体の流れを妨げることができる。
【００２７】
シール歯７４及びシール・ランド８０はまた、流れ方向８４とは逆の方向に湾曲させることができる。詳しく述べると、流れ対向面９０及び９２の各々は、図３に関して前に述べたように、流れ方向８４にパッキン・シール６２を通る流体の流れを戻し且つ妨げるように流体の流れを反転させることのできる凹曲面を含むことができる。例えば、シール・ランド８０の流れ対向面９０の各々は、曲率半径１１４を持つことができる。曲率半径１１４は、一般的に、中心が流れ対向面９０の内側法線上にある接触円１１６の半径として定義することができる。シール歯７４の流れ対向面９２もまた、一般的に中心が流れ対向面９２の内側法線上にある接触円１２０の半径として定義することのできる曲率半径１１８を持つことができる。図示されているように、湾曲した流れ対向面９０及び９２は、先端部９８又は１００から表面７６又は７０まで連続した曲面を含む。しかしながら、他の実施形態では、流れ対向面９０及び９２の曲面は、これらの湾曲した流れ対向面９０及び９２を形成するように一緒に組み合わされる複数の（例えば、２〜１００個の）個別の角度を成した面で構成することができる。
【００２８】
特定の実施形態によれば、シール・ランド８０の曲率半径１１４はシール歯７４の曲率半径１１８と同じにするか又はそれとは異ならせることができる。更に、特定の実施形態では、曲率半径１１４は各シール・ランド８０で変えることができ、及び／又は曲率半径１１８は各シール歯７４で変えることができる。特定の実施形態によれば、シール・ランド８０の曲率半径１１４と空洞高さ９６との比を１未満にすることができる。また、シール歯７４の曲率半径１１８と空洞高さ９６との比も１未満にすることができる。
【００２９】
他の実施形態では、シール・ランド８０及び／又はシール歯７４の幾つか又は全ては、湾曲ではなく真っ直ぐである流れ対向面９０及び９２を持つことができる。例えば、図５は、比較的真っ直ぐな背面８８及び流れ対向面９２を持つシール歯１２２を含むパッキン・シール６２の別の実施形態を示す。これらのシール歯１２２は、湾曲した流れ対向面９０を持つシール・ランド８０相互の軸方向の間に配置される。特定の実施形態では、シール歯１２２は、図４について前に述べたように、流れ方向８４とは逆の方向へ傾斜させることができる。
【００３０】
図６は、比較的真っ直ぐな背面８６及び流れ対向面９０を持つシール・ランド１２４を含むパッキン・シール６２の一実施形態を示す。これらのシール・ランド１２４は、湾曲した流れ対向面９２を含むシール歯７４相互の軸方向の間に配置される。背面８６は、真っ直ぐであるけれども、表面７６に対して角度１２６を成して傾斜させることができる。特定の実施形態によれば、角度１２６は約９０°〜１３５°にすることができ、またその範囲内の全ての小範囲にすることができる。更に、特定の実施形態では、角度１２６は、約９５°、１００°、１０５°、１１０°、１１５°、１２０°、１２５°又は１３０°にすることができる。
【００３１】
図４〜図６に示されているように、シール表面７２及びロータ表面７６は比較的平坦であって、パッキン・シール６２全体にわたって比較的一様な空洞高さ９６を生じさせる。換言すると、シール表面７２及びロータ表面７６の各々は蒸気タービン１４の軸４６（図２）に沿って比較的一定の半径方向位置に配置されている。しかしながら、他の実施形態では、表面７２及び７６は、軸４６に沿って半径方向位置が変化する階段状の表面とすることができる。例えば、図７〜図９は、階段状のシール・セグメント１２８及び階段状の支持構造１３０を含むパッキン・シール６２の実施形態を示す。特定の実施形態では、支持構造はシャフト５６に結合することができ、またシャフト５６から半径方向外向きに延在することができる。しかしながら、他の実施形態では、支持構造１３０はシャフト５６の一体部分とすることができ、或いはシャフト５６の表面に沿って配置してもよい。特定の実施形態によれば、支持構造１３０はロータ円板又はシール・アームを含むことができる。
【００３２】
パッキン・シール６２は、シール・セグメント１２８から支持構造１３０へ向かって半径方向（方向６８）に延在するシール歯１３２を含む。シール・セグメント１２８は、シール・セグメント１２８に沿って軸方向（方向６６）の高さが変化する階段状の表面１３４及び１３６を含むことができる。特定の実施形態によれば、シール歯１３２は階段状の表面１３４及び１３６の間の移行部に配置することができる。シール・ランド１３８が支持構造１３０からシール・セグメント１２８へ向かって半径方向（方向６８）に延在することができる。支持構造１３０は、支持構造１３０の軸方向（方向６６）に沿って高さが変化するように階段状に形成された表面１４０、１４２及び１４４を含む。特定の実施形態によれば、支持構造１３０における段差は、シール・セグメント１２８における段差とほぼ同じ高さの変化とすることができる。更に、シール・ランド１３８は階段状の表面１４０、１４２及び１４４の間の移行部に配置することができる。
【００３３】
階段状のシール・セグメント１２８及び階段状の支持構造１３０はパッキン・シール６２内に異なる空洞高さ１４６及び１４８を生じさせることができる。詳しく述べると、シール歯１３２が高さ１４６の空洞の中へ延在することができるのに対し、シール・ランドは高さ１４８の空洞の中へ延在することができる。シール歯１３２及びシール・ランド１３８のための空洞高さ１４６及び１４８は、一般的に、流れ対向面９２及び９０と接続された表面相互の間の高さとして測定することができる。特定の実施形態によれば、階段状の表面１２８及び１３０はパッキン・シール６２を通る流体の流れに対して一層蛇行した流路を構成することができ、これによってパッキン・シール６２を通る流体の流れを更に抑制する。
【００３４】
図７に示されているように、シール歯１３２及びシール・ランド１３８は湾曲した流れ対向面９０及び９２を持つことができる。例えば、シール・ランド１３８は、一般的に接触円１５２によって示されるように、曲率半径１５０を持つことができる。特定の実施形態によれば、曲率半径１５０と高さ１４８との比は１未満とすることができる。シール歯１３２は、一般的に接触円１５６によって示されるように、曲率半径１５４を持つことができる。特定の実施形態によれば、曲率半径１５８と高さ１４６との比は１未満とすることができる。更に、特定の実施形態では、流れ対向面９０及び９２は、先端部９８又は１００から表面１３４、１３６、１４０、１４２又は１４４まで延在する凹曲面を含むことができる。
【００３５】
流れ対向面９０及び９２はまた流れ方向８４に傾斜させることができる。例えば、シール歯１３２は流れ方向８４に傾斜角１５８で傾斜させることができる。傾斜角１５８は、一般的に、（流れ対向面９２に交わる）表面１３４と（シール歯１３２の先端部１００と、流れ対向面９２及び表面１３４の交点１１２とを通る）弦１１０との間の角度として定義することができる。シール・ランド１３８は流れ方向８４とは逆の方向に傾斜角１６０で傾斜させることができる。傾斜角１６０は、一般的に、（流れ対向面９０に交わる）表面１４４と（シール・ランド１３８の先端部９８と、流れ対向面９０及び表面１４４の交点１０６とを通る）弦１０４との間の角度として定義することができる。特定の実施形態によれば、傾斜角１５８及び１６０は約４５°〜９０°にすることができ、またその範囲内の全ての小範囲にすることができる。更に、特定の実施形態では、傾斜角１５８及び１６０は約５０°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°又は８５°にすることができる。
【００３６】
シール・ランド１３８はまた、傾斜した背面８６を持つことができる。例えば、背面８６は流れ方向８４に角度１６１で傾斜させることができ、傾斜角１６１は約９０°〜１３５°、またその範囲内の全ての小範囲にすることができる。更に、特定の実施形態では、傾斜角１６１は約９０°、９５°、１００°、１０５°、１１０°、１１５°、１２０°、１２５°、１３０°又は１３５°にすることができる。
【００３７】
図８は、流れ方向８４とは逆の方向ではなく、むしろ流れ方向８４に湾曲させたシールシール歯１６２を含むパッキン・シール６２の別の実施形態を示す。詳しく述べると、シール歯１６２は、一般的に接触円１６６の曲率半径によって定義されるような曲率半径１６４を持つ背面８８を含む。シール歯１６２が流れ方向８４に湾曲しているのに対して、シール・ランド１３８が流れ方向８４とは逆の方向に湾曲することにより、相互に組み合わさる湾曲したシール歯１６２及びシール・ランド１３８が形成される。特定の実施形態によれば、曲率半径１６４と高さ１４８との比は１未満とすることができる。
【００３８】
シール歯１６２はまた、流れ方向８４に傾斜角１６８で傾斜させることができる。傾斜角１６８は、一般的に、（背面８８に交わる）表面１３４と（シール歯１６２の先端部１００と、背面８８及び表面１３４の交点１７２とを通る）弦１７０との間の角度として定義することができる。特定の実施形態によれば、傾斜角１６８は約４５°〜９０°にすることができ、またその範囲内の全ての小範囲にすることができる。更に、特定の実施形態では、傾斜角１６８は、約５０°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°又は８５°にすることができる。
【００３９】
図８に示されたパッキン・シール６２はまた、流れ方向８４に湾曲させた別のシール歯１７４を含む。シール歯１７４は、流れ方向８４に関して最も下流のシール・ランド１３８よりも軸方向（方向６６）に上流に配置されて、流体が最初にパッキン・シール６２に入ったときに流体がシール歯１７４を通り越して流れるようにする。しかしながら、他の実施形態では、シール歯１７４を省略することができ、その場合、流体は、図７に示されているように、シール・ランド１３８を通り越して流れることによってパッキン・シール６２に入ることができる。 
【００４０】
図９は、背面８８及び流れ対向面９２の両方が湾曲しているシール歯１７６を含むパッキン・シール６２の別の実施形態を示す。流れ対向面９２は、一般的に接触円１８０によって示されるように曲率半径１７８を持つ凹曲面を含むことができる。背面８８もまた、一般的に接触円１８４によって示されるように曲率半径１８２を持つ凹曲面を含むことができる。特定の実施形態によれば、曲率半径１７８と高さ１４８との比は１未満とすることができ、また曲率半径１８２と高さ１４８との比も１未満とすることができる。他の実施形態では、湾曲した背面８８及び流れ対向面９２を持つ任意の数のシール歯１７６をパッキン・シール６２内に設けることができる。
【００４１】
パッキン・シール６２は、図４〜図９に関してこれまで述べたシール歯及びシール・ランドを任意の数及び任意の組合せで含むことができる。例えば、シール歯及びシール・ランドの相対的な数、形状、大きさ及び／又は幾何学的配置構成は変えることができる。特定の実施形態によれば、等しい数のシール歯及びシール・ランドをパッキン・シール６２内に設けることができる。しかしながら、他の実施形態では、図８に示されているように、追加のシール歯をパッキン・シール６２内に設けて、流体が該シール歯を通り越した後にパッキン・シール６２に入るようにすることができる。別の例では、任意の数の湾曲したシール歯７４、湾曲したシール・ランド８０、真っ直ぐなシール歯１２２、真っ直ぐなシール・ランド１２４、及び／又は逆向きに湾曲したシール歯１６２をパッキン・シール６２内に含めることができる。
【００４２】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し且つ任意の採用した方法を遂行すること含めて本発明を実施することができるようにするために、幾つかの例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１０  複合サイクル発電システム
１２  ガスタービン
１４  蒸気タービン
２６  排出ガス
３０  低圧部分
３２  中圧部分
３４  高圧部分
３８  復水ポンプ
４０  主蒸気入口
４２  段
４４  シャフト
４６  軸
４８  段
５０  クロスオーバ管
５２  入口箱
５４  段
５６  シャフト
５８  フランジ
６０  パッキン・ケーシング
６２  パッキン・シール
６４  パッキン・リング
６６  軸方向
６８  半径方向
７０  シール・セグメント
７２  シール表面
７４  シール歯
７６  シャフトの表面
７８  隙間
８０  シール・ランド
８２  隙間
８６  背面
８８  背面
９０  流れ対向面
９２  流れ対向面
９５  空洞
９６  高さ
９８  先端部
１００  先端部
１０２  傾斜角
１０４  弦
１０６  交点
１０８  傾斜角
１１０  弦
１１２  交点
１１４  曲率半径
１１６  接触円
１１８  曲率半径
１２０  接触円
１２２  シール歯
１２４  シール・ランド
１２６  角度
１２８  階段状のシール・セグメント
１３０  階段状の支持構造
１３２  シール歯
１３４  表面
１３６  表面
１３８  シール・ランド
１４０  表面
１４２  表面
１４４  表面
１４６  高さ
１４８  高さ
１５０  曲率半径
１５２  接触円
１５４  曲率半径
１５６  接触円
１５８  角度
１６０  角度
１６２  シール歯
１６４  曲率半径
１６６  接触円
１６８  傾斜角
１７０  弦
１７２  交点
１７４  シール歯
１７６  シール歯
１７８  曲率半径
１８０  接触円
１８２  曲率半径
１８４  接触円
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011237033.tif 000011
【外国語明細書】
2011237033000001.pdf