(57)【要約】【課題】周知の直線状シール設計と周知の千鳥状シール設計とを混成したラビリンスシール設計を提供する。【解決手段】改良された千鳥状シールアセンブリは、静止要素（２１０）と回転要素（２１２）を利用してシールを形成する。静止要素（２１０）は、回転要素（２１２）を取り囲むとともに少なくとも１つのフィン（３３０）を有する。回転要素（２１２）は、少なくとも１つの長いフィン（３１０）と一組の比較的短いフィン（３２０）とを有する。第３の部品（２４０）が、千鳥状フィン（３４０）を有する。これらのフィン（３１０，３２０，３３０，３４０）によって、シールを横切る高圧領域（２０２）から低圧領域（２０４）への漏れを抑制する漏れ流路が形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転要素と、
前記回転要素を径方向で取り囲む静止要素と、を有し、
前記静止要素は、前記回転要素に向かって径方向内向きに延在する少なくとも１つの第１の静止フィンを備えており、前記回転要素は、該回転要素から径方向外向きに延在する複数の回転フィンを備えており、少なくとも１つの第１の千鳥状フィンが、前記静止要素に隣接するとともに前記回転要素を径方向で取り囲むように該回転要素から径方向外向きに延在していることを特徴とする改良された千鳥状シールアセンブリ
【請求項２】
前記回転要素は、該回転要素から径方向外向きに延在する少なくとも１つの第１の細長いフィンをさらに含み、この第１の細長いフィンは、前記複数の回転フィンよりも外側まで該回転要素から径方向に延在していることを特徴とする請求項１記載の改良された千鳥状シールアセンブリ。
【請求項３】
前記静止要素は、第１の端部に設けられた第１の切欠き部を有し、この第１の切欠き部は、径方向厚さが減少した前記静止要素の領域を含むことを特徴とする請求項２記載の改良された千鳥状シールアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第１の細長い回転フィンは、第１の切欠き部内に径方向に延在していることを特徴とする請求項３記載の改良された千鳥状シールアセンブリ。
【請求項５】
前記静止要素は、第２の端部に設けられた第２の切欠き部をさらに有し、この第２の切欠き部は、前記回転要素に対して径方向厚さが減少した前記静止要素の領域を含むことを特徴とする請求項３記載の改良された千鳥状シールアセンブリ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の静止フィンは、第２の切欠き部の軸方向内側端部において径方向内向きに突出していることを特徴とする請求項５記載の改良された千鳥状シールアセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの千鳥状フィンは、第２の切欠き部内に径方向に延在していることを特徴とする請求項３記載の改良された千鳥状シールアセンブリ。
【請求項８】
第１の端部と、この第１の端部の軸方向反対側に位置する第２の端部と、を有する円筒状部材と、
第１の端部から第２の端部まで軸方向に延在する貫通孔と、
第１の端部に設けられ、前記円筒状部材の中央部よりも径方向で薄い該円筒状部材の部分を定める第１の切欠き部と、
前記円筒状部材の中央部よりも径方向で薄い該円筒状部材の部分を定める第２の切欠き部と、
前記中央部から径方向に延在し、第２の切欠き部の軸方向内側端部を定める少なくとも１つの第１のフィンと、を有することを特徴とするシール。
【請求項９】
前記円筒状部材は、第１の端部の径方向外側面に設けられた第３の切欠き部を有し、第１の切欠き部は、前記円筒状部材の径方向内側面に設けられていることを特徴とする請求項８記載のシール。
【請求項１０】
第３の切欠き部は、前記円筒状部材の中央部よりも径方向で薄い該円筒状部材の部分を定めていることを特徴とする請求項９記載のシール。
【請求項１１】
前記円筒状部材は、第２の端部の径方向外側面に設けられた第４の切欠き部を有し、第２の切欠き部は、前記円筒状部材の径方向内側面に設けられていることを特徴とする請求項８記載のシール。
【請求項１２】
第４の切欠き部は、前記円筒状部材の中央部よりも径方向で薄い該円筒状部材の部分を含むことを特徴とする請求項１１記載のシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良されたラビリンスシール設計に関し、特に、周知の直線状シール設計と周知の千鳥状シール設計とが混成されたラビリンスシール設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファン、タービンおよび圧縮機などの空気流を利用する機械は、典型的に機械の内部における高流体圧の領域と低流体圧の領域とを分離する回転エアシールを有する。回転のため、高圧領域と低圧領域との間の漏れを１００％防止する完全なシールを形成することはできない。高圧領域から低圧領域に漏れる流体の通路は、“漏れ流路”と呼ばれる。
【０００３】
従来技術では、漏れ流路を通る流体の量を減少させるために２種類のシールが使用されている。第１の種類のシールは、直線状の漏れ流路を用いるもので直線状シールと呼ばれる。直線状の漏れ流路は、他の種類のシールに比べて漏れる量が多い。しかし、組立てが容易で、他の周知のシールよりもかなり単純で安価な部品で構成される。
【０００４】
従来技術で使用されている第２の種類のシールは、千鳥状シールである。千鳥状シールは、直線状シールよりもかなり制限された流路を形成する。千鳥状シールでは、静止要素に一連のフィンが設けられており、シールの回転要素にも一連のフィンが設けられている。フィンは互い違いに設けられており、回転要素の各々のフィンは静止要素の２つのフィンに隣接する。これにより、漏れ流路が比較的複雑で曲がりくねった経路を通り、漏れ流路が絞られることによって高圧領域と低圧領域との間の圧力の漏れを直線状の設計に比べて減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
千鳥状シール設計は、フィンを正しいパターンで配置する必要があり、かつ許容差が小さいため組立てが比較的複雑である。また、千鳥状シールは、比較的高価な部品を使用し、比較的多くの部品数を有する。これらの２つの特徴が組み合わさることにより、千鳥状シールの製造および組立ては他の比較的単純なシール設計に比べてかなりのコストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
静止シール要素の内部に収容される回転要素を有するシールアセンブリが開示されている。静止シール要素に千鳥状要素が隣接して設けられており、この千鳥状要素も回転要素を取り囲む。静止要素は、回転要素に向かって径方向内向きに延在する少なくとも１つのフィンを有し、回転要素は、該回転要素から径方向外向きに延在する少なくとも１つのフィンを有する。千鳥状要素は、回転要素から静止要素に向かって径方向外向きに延在する少なくとも１つのフィンを有する。
【０００７】
複数の切欠き部と少なくとも１つのフィンとを備える円筒状シールも開示されている。このシールは、円筒状であり、内部の貫通孔が円筒を通って軸方向に延びている。
【０００８】
本発明の上記およびその他の特徴は、以下の詳細な説明および図面によって最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】直線状の漏れ流路を利用する従来技術のラビリンスシールの説明図である。
【図２】千鳥状の漏れ流路を利用する従来技術のラビリンスシールの説明図である。
【図３】改良された千鳥状シールアセンブリを利用する蒸気サイクル圧縮機を示す説明図である。
【図４】図３の蒸気サイクル圧縮機の混成千鳥状シールアセンブリをより詳細に示す説明図である。
【図５】図４のシールアセンブリと共に使用される円筒状シールの切欠き説明図である。
【図６】図５の円筒状シールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１，図２は、従来技術のラビリンスシールを示している。図１は、高圧領域２０と低圧領域２２とを分離する静止要素１０を有するラビリンスシールを示している。静止要素１０は、回転要素３０を径方向で取り囲んでいる。回転要素３０は、一組のフィン３２を有する。これらのフィン３２は、静止要素１０の端部２４に隣接する。フィン３２と静止要素１０との間の間隙が、高圧領域２０の流体の一部が低圧領域２２に漏れることを可能にする漏れ流路４０である。図１のフィン３２および漏れ流路４０は、図示のために拡大して示している。
【００１１】
図１の直線状シールの代わりに、従来技術のシステムでは図２に示す千鳥状シールアセンブリを使用するものもある。千鳥状シールアセンブリは、回転要素１３０に向かって径方向内向きに突出するフィン１１２を備える静止要素１１０を有する。回転要素１３０もフィン１３２を有しており、これらのフィン１３２は、静止要素１１０に向かって径方向外向きに延在する。静止要素のフィン１１２および回転フィン１３２は、複雑な漏れ流路１４０を形成するように間に間隙を有する互い違いのパターンで配置されている。複雑な漏れ流路１４０により、図１の直線状の漏れ流路に比べて高圧領域１２０から低圧領域１２２への漏れが遅くなる。図１と同様に、フィン１１２，１３２および漏れ流路は図示のために拡大して示している。
【００１２】
図３は、改良された千鳥状シールアセンブリ２００を使用する蒸気サイクル圧縮機１９８を概略的に示している。シールアセンブリ２００は、シールを形成し、かつシールの高圧側２０２からシールの低圧側２０４への空気流を制限する静止要素２１０を有する。静止要素２１０はリング形状であり、シャフト２１２を取り囲んでいる。静止要素２１０は、スラストプレート２３０との接触によって定位置に保持される。インペラ２４０が、シャフト２１２に取り付けられており、シャフト２１２と共に回転する。インペラ２４０は、さらに、シールの形成を補助する（図４に示す）千鳥状要素３４０を提供する。シールアセンブリ２００は、漏れ流路を有し、この漏れ流路によって、高圧側２０２の流体の一部が静止要素２１０とロータ２１２との間の間隙を通って低圧側２０４まで移動可能となっている。
【００１３】
図３，図４から分かるように、シールアセンブリ２００は、静止要素２１０が定位置に達するまで静止要素２１０をシャフトに沿って摺動させることで組み立てることができる。続いて、スラストプレート２３０が静止要素２１０に接触して静止要素２１０が移動しないように固定する。次に、（図４に示す）千鳥状要素３４０が静止要素２１０に隣接した状態でインペラ２４０がシャフト２１２に接触するように設置され、漏れ流路がさらに千鳥状に設けられる。この設置技術により、静止要素２１０を単一片で構成とすることが可能となり、従来技術の千鳥状シール設計に比べて部品のコストやシールアセンブリ２００の組立時間を減少させることができる。さらに、静止要素２１０を単一片とすることにより、静止要素２１０が摩耗したときに交換することができ、シールアセンブリ２００の寿命が延長される。
【００１４】
静止要素２１０とシャフト２１２とは、種々のフィン３１０，３２０，３３０，３４０によって高圧側２０２と低圧側２０４とを分離する。シャフト２１２は、第１のシャフトフィン３１０と一組の第２のシャフトフィン３２０を有する。第１のシャフトフィン３１０は、静止要素２１０の切欠き部３５０内にシャフト２１２からより離れた位置まで延在する。一組の第２のシャフトフィン３２０は、静止要素３１０の中央部３５２に沿って、シャフト２１２から静止要素２１０に向かって延在する。静止要素２１０は、静止要素２１０からシャフト２１２に向かって径方向内向きに延在する静止フィン３３０を有する。静止フィン３３０に隣接して、千鳥状要素フィン３４０が設けられている。千鳥状要素フィン３４０は、静止要素２１０の第２の切欠き部３５４内にシャフト２１２から径方向外向きに延在し、インペラに連結されている。他の用途では、千鳥状要素フィン３４０は、静止要素２１０の高圧側２０２に隣接するとともにシャフト２１２と共に回転する他の部品に連結可能である。
【００１５】
静止要素２１０は、中央部３５２よりも切欠き部３５０，３５４において径方向に薄く設けられている。これにより、フィン３１０，３２０，３３０，３４０によって（図５に示す）千鳥状の漏れ流路を形成するとともに、従来技術の千鳥状シールアセンブリに比べてシールアセンブリ２２０の製造および組立てを容易にすることができる。第１の切欠き部３５０と第２の切欠き部３５４は、さらに、（第１の切欠き部３５０は）第１の寸法のロータフィン３１０および（第２の切欠き部３５４は）千鳥状要素フィン３４０が、静止要素２１０と干渉せずに自由に回転することを可能にする。図４は静止要素２１０の切欠き断面図を示しているが、実際の千鳥状シールアセンブリ２００では、静止要素２１０が均一な形状でロータを径方向に取り囲み、全ての箇所で断面形状が同じになる（図６参照）。
【００１６】
図５は、シールアセンブリ２００の部分拡大図であり、一連の矢印によって漏れ流路４００が示されている。漏れ流路４００は、静止要素２１０の高圧側２０２から低圧側２０４に進むに従って、フィン３１０，３２０，３３０，３４０の周囲の千鳥状の経路を辿る。この構造により、漏れ流体が曲がりくねった流路に押し込まれることで（図２に示す）従来技術の千鳥状シールアセンブリの利点が得られると同時に、（図１に示す）従来技術の直線状シールアセンブリの組立ての容易さを維持することができる。
【００１７】
図６は、静止要素２１０を立体的に示している。静止要素２１０は、静止要素２１０が設置されたときにシャフト２１２に嵌る貫通孔６０２を有し、静止要素フィン３３０とシャフト２１２との間には間隙が形成される。静止要素２１０の第１の端部６０６は、第１の切欠き部３５０と第３の切欠き部６０４とを有する。静止要素２１０の第２の端部６０８は、第２の切欠き部３５４と第４の切欠き部６１０とを有する。第３の切欠き部６０４と第４の切欠き部６１０とは、（図３に示す）シールアセンブリ２００の他の静止部品が静止要素２１０を把持し、シャフト２１２が貫通孔６０２内で回転するときに静止要素２１０を静止位置に保持することを可能にする。静止要素フィン３３０は、第２の切欠き部３５４と静止要素２１０の中央部３５２との間の境界から延在する。第１の切欠き部３５０と第２の切欠き部３５４とは、（図４に示す）第１のロータフィン３１０と（図４に示す）千鳥状要素フィン３４０とが静止要素２１０に干渉せずに自由に回転することを可能にする。
【００１８】
本発明の一実施例を開示したが、当業者であれば分かるように、特定の改良も本発明の範囲内に含まれる。よって、本発明の真の範囲および内容を判断するには、以下の請求項の検討が必要である。
【符号の説明】
【００１９】
２０２…高圧側
２０４…低圧側
２１０…静止要素
２１２…シャフト
２３０…スラストプレート
２４０…インペラ
３１０…第１のシャフトフィン
３２０…第２のシャフトフィン
３３０…静止フィン
３４０…千鳥状要素
３５０…切欠き部
３５２…中央部
３５４…第２の切欠き部
【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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