(57)【要約】【課題】回転構成要素（１２０）及び固定構成要素（１１０）で使用するための磁気ブラシシールシステム（１００）を提供する。【解決手段】本磁気ブラシシールシステム（１００）は、回転構成要素（１２０）と係合するブラシシール（１２５）と、固定構成要素（１１０）の周りに配置された磁気系（１６０）とを含むことができる。磁気系（１６０）は、ブラシシール（１２５）と導通状態になっていて、該ブラシシール（１２５）を回転構成要素（１２０）から後退させるようにすることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転構成要素（１２０）及び固定構成要素（１１０）で使用するための磁気ブラシシールシステム（１００）であって、
前記回転構成要素（１２０）と係合するブラシシール（１２５）と、
前記固定構成要素（１１０）の周りにかつ前記ブラシシール（１２５）と導通状態で配置されて、該ブラシシール（１２５）を前記回転構成要素（１２０）から後退させる磁気系（１６０）と、を含む、
磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項２】
前記ブラシシール（１２５）が、裏当てプレート（１４０）の周りに配置された複数のブリストル（１３０）を含む、請求項１記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項３】
前記ブラシシール（１２５）が、一対の裏当てプレート（１４０）を含む、請求項２記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項４】
前記ブラシシール（１２５）の周りに配置されたスプリングクッション体（１５０）をさらに含む、請求項１記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項５】
前記スプリングクッション体（１５０）が、ニッケルクロム合金を含む、請求項４記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項６】
前記スプリングクッション体（１５０）が、可変剛性を含む、請求項４記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項７】
前記磁気系（１６０）が、電磁石（１８０）及び永久磁石（１９０）を含む、請求項１記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項８】
前記磁気系（１６０）が、前記電磁石（１８０）と導通状態になった電源（１７０）を含む、請求項７記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項９】
前記電磁石（１８０）が、可変磁場を含む、請求項７記載の磁気ブラシシールシステム（１００）。
【請求項１０】
タービンエンジン（１０）内で磁気ブラシシールシステム（１００）を作動させる方法であって、
前記タービンエンジン（１０）の固定構成要素（１１０）及び回転構成要素（１２０）間に前記磁気ブラシシールシステム（１００）を配置するステップと、
前記タービンエンジン（１０）が定常状態で運転している時に前記回転構成要素（１２０）に前記磁気ブラシシールシステム（１００）のブラシシール（１２５）を係合させるステップと、
前記タービンエンジン（１０）が過渡状態で運転している時に前記磁気ブラシシールシステム（１００）内の電磁石（１８０）を起動させて前記ブラシシール（１２５）を前記回転構成要素（１２０）から分離させるようにするステップと、を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンロータ又はその他のタイプの構成要素で使用するための後退式磁気ブラシシールシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシシールは普通、互いに隣接して配置することができる部品又は構成要素間のギャップを通しての空気漏洩を排除又は最少にするために使用される。例えば、ブラシシールは普通、発電などに用いる蒸気又はガスタービンのような回転機構内で使用される。一般的に、ブラシシールは、該シールの両側の差圧のある領域間の漏洩を最少にする。具体的な実例として、ブラシシールを使用して、タービンのケーシング又はシールリングのような固定構成要素とロータのような回転構成要素との間の空気漏洩を最少にすることができる。
【０００３】
しかしながら、ブラシシールは、過渡運転時に該ブラシシールがロータ又はその他のタイプの回転表面に対して摩擦係合する傾向があるため、摩滅するおそれがある。さらに、ブラシシールは、ロータ上に強く押付けられかつ場合によっては該ブラシシールのブリストルに損傷を生じるおそれがある。過渡運転時におけるこのような強い押付けを回避又は制限するようにするために、これまで熱応動ブラシシールが使用されてきた。しかしながら、そのような熱応動ブラシシールは、例えば圧縮機吐出ケーシングに存在する温度場との兼合いで対応するものであって、該ブラシシールの作動又は後退が有効でないもの或いは一貫しないものになる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６８７４７８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、特に過渡運転時にブラシシールを後退させるシステム及び方法の改良に対する願望が存在する。そのようなシステム及び方法は、ブラシシールの寿命を向上させると同時に、システム全体の作動及び性能を改善するものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本出願は、回転構成要素及び固定構成要素で使用するための磁気ブラシシールシステムを提供する。本磁気ブラシシールシステムは、回転構成要素と係合するブラシシールと、固定構成要素の周りに配置された磁気系とを含むことができる。磁気系は、ブラシシールと導通状態になっていて、該ブラシシールを回転構成要素から後退させるようにすることができる。
【０００７】
本出願はさらに、タービンエンジン内で磁気ブラシシールシステムを作動させる方法を提供する。本方法は、タービンエンジンの固定構成要素及び回転構成要素間に磁気ブラシシールシステムを配置するステップと、タービンエンジンが定常状態で運転している時に回転構成要素に磁気ブラシシールシステムのブラシシールを係合させるステップと、タービンエンジンが過渡状態で運転している時に磁気ブラシシールシステム内の電磁石を起動させてブラシシールを回転構成要素から分離させるようにするステップとを含む。
【０００８】
本出願はさらに、タービンのロータで使用するための磁気ブラシシールシステムを提供する。本磁気ブラシシールシステムは、ロータと係合するブラシシールと、ブラシシールと協働状態になったスプリングクッション体と、ブラシシールの周りに配置された一対の磁石とを含むことができる。一対の磁石は、ブラシシールと協働状態になっていて、該ブラシシールをロータから後退させるようにする。
【０００９】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】本明細書に説明したような磁気ブラシシールシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図を示している。公知なように、ガスタービンエンジン１０は、流入空気の流れを加圧する圧縮機２０を含むことができる。圧縮機２０は、加圧空気の流れを燃焼器３０に送給する。燃焼器３０は、加圧空気の流れを加圧燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。（単一の燃焼器３０のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は、あらゆる数の燃焼器３０を含むことができる。）次に、高温燃焼ガスが、タービン４０に送給される。高温燃焼ガスは、タービン４０を駆動して、機械的仕事を産生するようにする。タービン４０内で産生された機械的仕事は、圧縮機２０を駆動しかつ発電機などのような外部負荷５０を駆動する。ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス及びその他のタイプの燃料を使用することができる。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ製の９ＦＡ型タービン又は同様の装置とすることができる。本明細書では、その他のタイプのガスタービンエンジンも使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、その他の構成を有することができ、またその他のタイプの構成要素を使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１０、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置は、同時に使用することができる。
【００１３】
図２は、本明細書に説明したような磁気ブラシシールシステム１００を示している。上記のように、磁気ブラシシールシステム１００は、シールリングのような固定構成要素１１０とロータなどのような回転構成要素１２０との間をシールする。本明細書では、その他の構成も使用することができる。固定構成要素１１０はまた、同様に該固定構成要素上に配置された幾つかのラビリンスシール又は同様なタイプのシールを含むことができる。
【００１４】
磁気ブラシシールシステム１００は、ブラシシール１２５を含む。ブラシシール１２５は、１対の裏当てプレート１４０間に配置された幾つかのブリストル１３０を含むことができる。ブリストル１３０は、裏当てプレート１４０を越えてかつ回転構成要素１２０の表面と係合（接触）状態になるように延びることができる。ブリストル１３０は、金属又はセラミックスのようなその他の材料で製作することができる。ブリストル１３０のあらゆる数又は寸法を使用することができる。
【００１５】
磁気ブラシシールシステム１００はさらに、ブラシシール１２５の裏当てプレート１４０の周りに配置され１つ又はそれ以上のスプリングクッション体１５０を含む。スプリングクッション体１５０は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８又は同様のタイプの材料で製作することができる。（Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８は、アルミニウム及びチタンの添加によって硬化可能になった析出物で製作されかつ約１２９０°Ｆ（約７００℃）までの高温においてクリープ破断強度を有するニッケルクロム合金である。）そのような材料は、そのような高温において約１７％の応力緩和を有することができる。Ｉｎｃｏｎｅｌは、ウェストバージニア州ハンチントン所在のＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商標である。本明細書では、その他のタイプ又は組合せの材料も使用することができる。スプリングクッション体１５０の剛性及び長さは、変化させることができる。
【００１６】
磁気ブラシシールシステム１００はまた、磁気系１６０を含むことができる。磁気系１６０は、電源１７０を含むことができる。電源１７０は、あらゆるタイプの従来型のＤＣベース電流システムとすることができる。磁気系１６０はまた、固定構成要素１１０の周りに配置された電磁石１８０を含むことができる。電磁石１８０は、従来型の設計のものとすることができる。電磁石１８０は、電源１７０を作動させた時に、磁場を形成することができる。磁場は、変化させることができる。
【００１７】
磁気系１６０はさらに、永久磁石１９０を含むことができる。永久磁石１９０は、ブラシシール１２５のブリストル１３０及び裏当てプレート１４０の周りに配置することができる。永久磁石１９０は、あらゆるタイプの強磁性体材料とすることができる。永久磁石１９０は、電磁石１８０が起動した時に、該電磁石１８０に対して吸引されることになる。吸引の性質は、変化させることができる。磁石１８０、１９０の位置は、変化させることができる。本明細書では、その他のタイプの吸引手段も使用することができる。
【００１８】
使用中、定常状態運転時には、スプリングクッション体１５０は、ブラシシール１２５のブリストル１３０を回転構成要素１２０の周りに配置された状態に維持する。ブラシシール１２５の重量は、ブリストル１３０が回転構成要素１２０と接触状態を保つようにするために、スプリングクッション体１５０の剛性及び該ブリストル１３０の接触剛性に打ち勝つことができなければならない。
【００１９】
しかしながら、過渡運転時には、磁気系１６０の電源１７０は、電磁石１８０を励磁させて、永久磁石１９０が電磁石１８０に吸引されるようにすることができる。磁気吸引により、ブラシシール１２５のブリストル１３０を回転構成要素１２０から離れるように引上げて、該回転構成要素１２０のよる損傷を回避するか又は最少になるようにする。磁気系１６０は、定常状態運転が再び得られると、消磁させることができる。電磁石１８０の強さは、スプリングクッション体１５０の剛性及びブラシシール１２５の全重量とバランスさせて、回転構成要素１２０との間に適当なギャップを形成するか又はその他の状態になるようにすることができる。
【００２０】
従って、本磁気ブラシシールシステム１００は、ブラシシール１２５のブリストル１３０の寿命を向上させる。本磁気ブラシシールシステム１００はまた、パージ流の制御の強化を可能にしかつさらに寄生流を最少にするのを助けることができる。本磁気ブラシシールシステム１００はまた、存在する温度場と干渉することはなくて、一貫した作動を可能にする。
【００２１】
上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ガスタービンエンジン
２０  圧縮機
３０  燃焼器
４０  タービン
５０  外部負荷
１００  磁気ブラシシールシステム
１１０  固定構成要素
１２０  回転構成要素
１２５  ブラシシール
１３０  ブリストル
１４０  裏当てプレート
１５０  スプリングクッション体
１６０  磁気系
１７０  電源
１８０  電磁石
１９０  永久磁石
【図１】
2011007180.tif 000003
【図２】
2011007180.tif 000004