(57)【要約】【課題】回転機械の性能の向上を可能にすること。【解決手段】回転機械と共に使用する自浄式流体力学的面シールが提供される。流体力学的面シールは、半径方向に延びるシール面を有するシールリングを含む。加えて、流体力学的面シールは、シールリングに結合された少なくとも１つのブラシを含む。少なくとも１つのブラシは、面シールリングの半径方向に延びるシール面から離れるように延びる複数の可撓性エレメントを含む。【選択図】      図１
2015094470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械と共に用いるための流体力学的面シールリングであって、
半径方向に延びるシール面を含むシールリングと、
前記シールリングに結合され、前記シール面から離れて延びた複数の可撓性エレメントを含む少なくとも１つのブラシと
を備える、流体力学的面シールリング。
【請求項２】
前記少なくとも１つのブラシが、複数のブラシを含む、請求項１記載の面シールリング。
【請求項３】
前記シール面が円滑である、請求項１記載の面シールリング。
【請求項４】
前記シール面が、内部に定められた少なくとも１つの流体力学的特徴部を有する、請求項１記載の面シールリング。
【請求項５】
前記シールリングが、貫通して定められた少なくとも１つのアライメントスロットを有し、該少なくとも１つのアライメントスロットが、シールハウジングのそれぞれのアライメント部材と滑動可能に結合するよう構成されている、請求項１記載の面シールリング。
【請求項６】
前記複数の可撓性エレメントがブリストルを含む、請求項１記載の面シールリング。
【請求項７】
前記ブリストルが、金属合金から製作される、請求項６記載の面シールリング。
【請求項８】
前記少なくとも１つのブラシが、前記シールリングに結合された保持装置を含み、前記複数の可撓性エレメントの各可撓性エレメントが、前記保持装置に結合された第１の端部と、第２のシールリングに接触するよう前記保持装置から延びた第２の端部とを含み、該第２のシールリングが、内部に定められた少なくとも１つの流体力学的特徴部を含む、請求項１記載の面シールリング。
【請求項９】
前記複数の可撓性エレメントの各可撓性エレメントの第２の端部が、第２のシールリングと接触して前記少なくとも１つの流体力学的特徴部から異物を取り除く、請求項８記載の面シールリング。
【請求項１０】
回転機械であって、
ケーシングと、
中心軸線を定める回転可能シャフトと、
シールシステムと
を備え、前記シールシステムが、
第１の主シール面を含み、前記回転可能シャフトに結合された第１のシールリングと、
第２の主シール面を含む第２のシールリングと、
第１のシールリング及び第２のシールリングの少なくとも一方に結合され、複数の可撓性エレメントを含む少なくとも１つのブラシと、
第２のシールリングに結合されて共に移動可能なシールハウジングと
を含む、回転機械。
【請求項１１】
前記シールシステムが、前記シールハウジングと第２のシールリングとの間に結合された付勢リングを含む、請求項１０記載の回転機械。
【請求項１２】
前記付勢リングが、中心軸線に沿って軸方向で第１のシールリングから離れるよう第２のシールリングを付勢するように構成されている、請求項１１記載の回転機械。
【請求項１３】
前記シールシステムが更に、第２のシールリングに結合された付勢リングを含む、請求項１０記載の回転機械。
【請求項１４】
前記シールハウジングが、前記シールハウジングと前記ケーシングとの間に位置付けられた２次シールを含む、請求項１０記載の回転機械。
【請求項１５】
前記シールハウジングが、少なくとも１つの半径方向内向きに延びるアライメント部材を含む、請求項１０記載の回転機械。
【請求項１６】
第１のシールリング及び第２のシールリングの各々が、貫通して定められた少なくとも１つのアライメントスロットを含み、該少なくとも１つのアライメントスロットが、前記少なくとも１つのアライメント部材に滑動可能に結合されるよう構成されている、請求項１５記載の回転機械。
【請求項１７】
第２のシールリングが、第１のシールリングの外側半径方向面と協働して、第２のシールリングを第１のシールリングに向かって引張するのを可能にする圧力低下を生じさせるよう構成された吸引部材を含む、請求項１０記載の回転機械。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのブラシが、第１のシールリング及び第２のシールリングの少なくとも１つに結合された保持装置を含み、前記複数の可撓性エレメントの各可撓性エレメントが、前記保持装置に結合された第１の端部と、前記保持装置から延びた第２の端部とを含む、請求項１０記載の回転機械。
【請求項１９】
シールシステムを組み立てる方法であって、
回転機械のケーシングの内面にシールハウジングを結合するステップと、
第１の主シール面を含む第１のシールリングを前記回転機械の回転シャフトに結合するステップと、
第２の主シール面を含む第２のシールリングを第１のシールリングに同心状に解除可能に結合するステップと、
複数の可撓性エレメントを含む少なくとも１つのブラシを第１のシールリング及び第２のシールリングの少なくとも一方に結合するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのブラシが、第１のシールリング及び第２のシールリングの少なくとも一方に結合される保持装置を含み、前記複数の可撓性エレメントの各可撓性エレメントが、前記保持装置に結合された第１の端部と、前記保持装置から延びた第２の端部とを含み、前記複数の可撓性エレメントの各可撓性エレメントの第２の端部が、第１のシールリング及び第２のシールリングの他方に接触するよう構成されている、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に、回転機械に関し、より詳細には、回転機械をシールするための装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンエンジンのような少なくとも一部の回転機械は、貫通して延びた定められた流体流路を有する。流路は、直列流れ関係で、流体入口と、タービンと、流体出口とを含む。プロセス流体は、システム内にデブリ又は固体粒子を含む場合がある。デブリ又は固体粒子は、回転機械の内部部品及びシール上に堆積して、タービンのエンジン性能に影響を及ぼす可能性がある。
【０００３】
一部の回転機械は、流路及び端部パッキン領域に複数のシール組立体を含み、回転機械の作動効率の向上を促進する。一般に、公知のシール組立体は、固定部品と回転部品との間に結合され、高圧領域と低圧領域との間にシールを設ける。複数の公知のシール組立体は、ブラシシール、ラビリンス歯、及び流体力学的面シールなどの可撓性部材を含む。
【０００４】
一部の公知の回転機械において、流体力学的面シールを用いて、２つの部品間のギャップを通る加圧プロセス流体の漏洩を低減することができる。流体力学的面シールは一般に、嵌合（回転する）リングと、シール（固定の）リングとを含む。一般に、嵌合リング面上に浅い流体力学的溝が形成又はエッチングされる。作動中、回転リングにおける流体力学的溝は、流体力学的力を発生し、これにより、固定リングが回転リングから持ち上げられ又は分離され、２つのリング間に小ギャップが生成される。回転リングと固定リングとの間のギャップを通ってシールガスが流れる。大きなデブリは、嵌合リングとシールリングとの間の小ギャップに侵入することができないが、プロセス流体中の微細な固体粒子及び汚染物質がギャップに侵入し、回転リング及び／又は固定リングの流体力学的溝内に捕捉される可能性がある。
【０００５】
ガスタービンエンジンのような一部の公知の回転機械において、面シールの保守整備は、比較的単純とすることができる。ガスタービンエンジンにおける少なくとも一部の公知の面シールは、回転シャフトから容易に分解してデブリの蓄積を取り除くことができる。しかしながら、蒸気タービンエンジンのような一部の公知の回転機械においては、面シールの保守整備が困難である場合がある。少なくとも一部の公知の蒸気タービンエンジンは、数年間にわたり連続して運転され、従って、面シールのリングの溝内にデブリ及び汚染物質の蓄積が促進される可能性がある。加えて、少なくとも一部の公知の蒸気タービンエンジンは極めて大きく、２０インチよりも大きな直径の回転可能シャフトを含む。このような大型の内部部品は、かかる公知の蒸気タービンエンジンのシールの保守整備の複雑さを増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８１６７５４５号明細書
【発明の概要】
【０００７】
１つの態様において、回転機械と共に用いるための流体力学的面シールが提供される。流体力学的面シールは、半径方向に延びるシール面を有するシールリングを含む。加えて、流体力学的面シールは、シールリングに結合された少なくとも１つのブラシを含む。少なくとも１つのブラシは、面シールリングの半径方向に延びるシール面から離れて延びた複数の可撓性エレメントを含む。
【０００８】
別の態様において、回転機械が提供される。回転機械は、ケーシングと、中心軸線を定める回転可能シャフトとを含む。回転機械はまた、第１の主シール面を有する第１のシールリングを備えたシールシステムを含む。第１のシールリングは、回転可能シャフトに結合される。シールシステムはまた、第２のシール面を有する第２のシールリングを含む。加えて、シールシステムは、第１のシールリング及び第２のシールリングのうちの少なくとも一方に結合された少なくとも１つのブラシを含む。少なくとも１つのブラシは、複数の可撓性エレメントを含む。更に、シールシステムは、第２のシールリングに結合されて共に移動可能な結合装置を含む。
【０００９】
更に別の態様において、シールシステムを組み立てる方法が提供される。本方法は、結合装置を回転機械のケーシングの内面に結合するステップを含む。本方法はまた、第１の主シール面を含む第１のシールリングを回転機械の回転可能シャフトに結合するステップを含む。本方法は更に、第２の主シール面を含む第２のシールリングを第１のシールリングに同心状に解除可能に結合するステップを含む。加えて、本方法は、少なくとも１つのブラシを第１のシールリング及び第２のシールリングの少なくとも一方に結合するステップを含む。少なくとも１つのブラシは、複数の可撓性エレメントを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な蒸気タービンエンジンの概略図。
【図２】図１に定められる領域２の周りから見た、図１の蒸気タービンエンジンの一部のより詳細な概略図。
【図３】図１に示す蒸気タービンエンジンと共に使用する自浄式流体力学的面シールの概略断面図。
【図４】図３に定めた区域の周りから見た、面シールの一部のより詳細な概略図。
【図５】図３の面シールの固定シールリングの正面図。
【図６】図１に示す蒸気タービンエンジンと共に使用する代替の例示的な自浄式流体力学的面シールの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で記載される例示的な装置及びシステムは、回転機械から外部環境へのプロセス流体の漏洩で作動する可能性がある回転機械に関連する欠点の少なくとも一部に対処する。本明細書で記載される実施形態は、回転機械からのプロセス流体の漏洩を実質的に低減し、従って、回転機械の性能を改善することができる自浄式シール組立体を提供する。より具体的には、本明細書で記載されるシール組立体は、自浄式流体力学的面シールであり、該シールは、蒸気タービンエンジンで使用される蒸気などのプロセス流体によって流体力学的特徴要素内に堆積した異物（デブリ及び汚染物質など）を連続的に除去する、シールリング面間に位置付けられた複数のブラシを含む。
【００１２】
図１は、例示的な蒸気タービンエンジン１０の概略図である。図１は例示的な蒸気タービンエンジンを記載しているが、本明細書で記載されるシール装置及びシステムは、何らかの１つの特定のタイプのタービンエンジンに限定されない点に留意されたい。本明細書で記載される現行のシール装置及びシステムは、かかる装置及びシステムが本明細書で更に記載されるように作動するのを可能にする好適な構成で、ガスタービンエンジンを含む回転機械と共に用いることができることは、当業者であれば理解されるであろう。
【００１３】
例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン１０は、単流式蒸気タービンエンジンである。或いは、蒸気タービンエンジン１０は、限定ではないが、低圧タービン、対向流式の高圧及び中圧蒸気タービンの組み合わせ、複流式蒸気タービンエンジン、及び／又はその他など、任意のタイプの蒸気タービンとすることができる。更に、上記で検討したように、本発明は、蒸気タービンエンジンにおいてのみ使用することに限定されず、ガスタービンエンジンなどの他のタービンシステムにおいて用いることができる。
【００１４】
例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン１０は、回転可能シャフト１４に結合された複数のタービン段１２を含む。ケーシング１６は、上側半セクション１８と下側半セクション（図示せず）とに分けられる。タービンエンジン１０は、高圧蒸気入口導管２０及び低圧蒸気排出導管２２を含む。シャフト１４は、中心軸線２４に沿ってケーシング１６を貫通して延びる。シャフト１４は、ジャーナル軸受（図示せず）によりシャフト１４の対向する末端部分３０にて支持される。複数の端部パッキン領域又はシール部材３２、３４、及び３６が、回転可能シャフトの末端部分３０とケーシング１６との間に結合され、シャフト１４の周りでケーシング１６のシールを向上させる。
【００１５】
作動中、高圧高温の蒸気４０は、ボイラーなど（図示せず）の蒸気供給源からタービン段１２に送られ、該タービン段１２によって熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。より具体的には、蒸気４０は、蒸気入口導管２０を介してケーシング１６を通って入口ボウル２６に送られて、ここで、シャフト１４に結合された複数のタービンブレード又はバケット３８に衝突し、中心軸線２４の周りのシャフト１４の回転を誘起する。蒸気４０は、蒸気排出導管２２にてケーシング１６から流出する。次いで、蒸気４０は、ボイラー（図示せず）に送られ、ここで再加熱されるか、又はシステムの他の部品（例えば、低圧タービンセクション又は凝縮器（図示せず））に送ることができる。
【００１６】
図２は、図１に定められる領域２の周りから見た、蒸気タービンエンジン１０の一部のより詳細な概略図である。図２に示す例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン１０は、シャフト１４と、ケーシング１６の内側シェル４４に結合されたステータ部品４２と、該ステータ部品４２に取り付けられた複数のシール部材３４とを含む。ケーシング１６、内側シェル４４、及びステータ部品４２は各々、シャフト１４及びシール部材３４の周りに円周方向に延びる。例示的な実施形態において、シール部材３４は、ステータ部品４２とシャフト１４との間に蛇行シール経路を形成する。シャフト１４は、複数のタービン段１２を含み、高圧高温の蒸気４０が、蒸気タービンエンジン１０の入口側１１にある１又はそれ以上の入口ボウル２６を介して、この複数のタービン段１２を通過する。タービン段１２は、複数の入口ノズル４８を含む。蒸気タービンエンジン１０は、本明細書で記載されるように蒸気タービンエンジン１０が作動するのを可能にする任意の数の入口ノズル４８を含むことができる。例えば、蒸気タービンエンジン１０は、図２に示すよりも多い又は少ない入口ノズル４８を含むことができる。タービン段１２はまた、複数のタービンブレード又はバケット３８を含む。蒸気タービンエンジン１０は、本明細書で記載されるように蒸気タービンエンジン１０が作動するのを可能にする任意の数のバケット３８を含むことができる。例えば、蒸気タービンエンジン１０は、図２に示すよりも多い又は少ないバケット３８を含むことができる。蒸気４０は、蒸気入口導管２０を通って入口ボウル２６に流入し、タービン段１２を通ってシャフト１４の長さを下方向に通過する。
【００１７】
流入した高圧高温の蒸気４０の一部は、漏洩領域５０を介して端部パッキンシール部材３４を通過する。漏洩領域５０を通る蒸気４０の損失は、蒸気タービンエンジン１０の効率の損失をもたらす結果となる。上述のように、端部パッキン領域３２を通る蒸気４０の漏洩を低減するために、例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン１０は、符号５２で全体的に示される、固有の自浄式流体力学的面シールを含む。
【００１８】
図３は、蒸気タービンエンジン１０（図１に示す）と共に用いることができる自浄式流体力学的面シール５２の概略断面図である。例示的な実施形態において、面シール５２は、比較的高圧の領域と、比較的低圧の区域との間での加圧プロセス流体（例えば、蒸気４０）の漏洩の低減又は阻止を可能にする。しかしながら、面シール５２内に堆積される蒸気４０中の汚染物質又はデブリのような異物により、面シール５２の効果的な作動が低下する。
【００１９】
例示的な実施形態において、面シール５２は、タービン段１２の入口側でシャフト１４とケーシング１６の内側シェル４４との間に位置付けられた高圧シールである。上述のように、蒸気タービンエンジン１０が例示されているが、面シール５２は、自己調整式シールが望ましい、又は必要とされる用途で用いることができる。例示的な実施形態において、面シール５２は、回転シールリング５４と、固定シールリング５６と、シャフト１４の中心軸線２４と同心で中心軸線２４の周りに延びるシールハウジング５８とを含む。回転シールリング５４と固定シールリング５６が共に主シール５５を形成する。
【００２０】
例示的な実施形態において、回転シールリング５４は、シャフト１４に結合され、これと共に回転可能である。或いは、回転シールリング５４は、シャフト１４の一体部材として形成することができる。例示的な実施形態において、回転シールリング５４は、略ディスク形状であり、軸方向に面する第１の主シール面６０を含み、該第１の主シール面６０は、内部に定められるチャンネル又は溝６１のような流体力学的特徴部を含む。チャンネル又は溝６１は、プロセス流体（例えば、蒸気４０）を回転シールリング５４と固定シールリング５６との間に配向し、従って、全体として約０．００２インチ厚さ以下のプロセス流体膜層を形成する。代替として、又はこれに加えて、チャンネル又は溝６１は、固定シールリング組立体５６の主シール面７４内に形成することができる。
【００２１】
固定シールリング５６は、略ディスク形状であり、軸方向に面する第２の主シール面７４を定める半径方向に延びる面を有する。第２の主シール面７４は、第１の主シール面６０と対面嵌合関係で第１のシール部品５４に接して位置付けられる。第１及び第２の主シール面６０、７４は、流体（例えば、蒸気４０）用の巡回又は蛇行流路を形成する。
【００２２】
例示的な実施形態において、固定シールリング５６は、円滑な第２の主シール面７４を有する。或いは、第２の主シール面７４は、内部に定められたチャンネル又は溝７５のような流体力学的特徴部を含むことができる。例示的な実施形態において、付勢後方リング７２が、シールリング５６とは別個の部品として図示されている。或いは、付勢後方リング７２とシールリング５６は、単一の部品として一体的に形成することができる。ここに２次シール８２が位置付けられる。固定シールリング５６は、少なくとも１つのアライメントスロット６８を含み、該スロットは、シールハウジング５８のそれぞれのアライメント部材６６と整列して滑動可能に結合される。アライメントスロット６８は、固定シールリング５６の外側縁部の周りで固定シールリング５６を貫通して形成される。或いは、固定シールリング５６は、固定シールリング５６の外側縁部の周りで半径方向に離間して配置される幾つかのアライメントスロット６８を含むことができる。舌部スロット挿入（ｔｏｎｇｕｅ−ｉｎ−ｓｌｏｔ）結合は、第２の主シールリング５６が第１の回転シールリング５４と共に回転するのを防ぐための回転防止特徴部として動作する。
【００２３】
シールハウジング５８は、ケーシング１６の内側シェル４４に固定シールリング５６を結合するよう構成される。シールハウジング５８は、軸方向に延びる非回転部品であり、半径方向に面する２次シール面８０を含む。シールハウジング５８はまた、１又はそれ以上のバネ座６４を含む。シールハウジング５８は、固定シールリング５６のアライメントスロット６８に結合される半径方向内向きに延びたアライメント部材６６を含む。固定シールリング５６は、中心軸線２４に沿って半径方向には移動可能であるが、横方向又は回転方向には移動可能ではないようにシールハウジング５８に結合される。一部の実施形態において、シールハウジング５８は、ケーシング１６の内側シェル４４と一体化することができる。更に、一部の代替の実施形態において、固定シールリング５６は、内側シェル４４又はステータ部品４２に直接結合することができる。
【００２４】
バネのような１又はそれ以上の付勢部品７０は、バネ座６４と、固定シールリング５６の半径方向に延びる付勢リング７２との間に延びる。付勢部品７０は、第１のシール部品５４から離れるよう固定シールリング５６を付勢する。或いは、付勢部品７０は、第１のシール部品５４に向かって固定シールリング５６を付勢するよう構成することができる。
【００２５】
構造シール７６は、シールハウジング５８の溝７８に位置付けられる。例示的な実施形態において、構造シール７６はＯリングである。或いは、構造シール７６は、例えば、Ｃ型シール、Ｅ型シール、又はブラシシールなど、面シール５２が本明細書で記載されるように作動するのを可能にするタイプのシールとすることができる。構造シール７６は、内側シェル４４とシールハウジング５８との間のプロセス流体の漏洩を阻止する。２次シール８２は、付勢リング７２内に形成されるノッチ又は溝８３内に位置付けられて、２次シール面８０を係合／滑動する。例示的な実施形態において、２次シール８２はＯリングである。或いは、２次シール８２は、例えば、Ｃ型シール、Ｅ型シール、又はブラシシールなど、面シール５２が本明細書で記載されるように作動するのを可能にするタイプのシールとすることができる。２次シール８２は、シールハウジング５８と２次主リング５６及び／又は付勢リング７２との間のプロセス流体の漏洩を防ぐため付勢リング７２に対するシールを提供する。
【００２６】
図４は、図３に示した区域４の周りから見た面シール５２の一部のより詳細な概略図である。図３及び４を参照すると、例示的な実施形態において、回転シールリング５４は、ブラシ８４を含む。例示的な実施形態において、ブラシ８４は、線形であり、すなわち、実質的に直線状に形成される。或いは、ブラシ８４は、ブラシ８４が本明細書で記載されるように作動するのを可能にする構成で形成することができる。代替の実施形態において、固定シールリング５６がブラシ８４を含むことができ、或いは、回転シールリング５４と固定シールリング５６の両方がブラシ８４を含むことができる。ブラシ８４は、保持装置８８に結合された複数の可撓性エレメント８６を含む。本明細書において用語「可撓性エレメント」は、エレメントを破壊させることなく撓むことができるエレメントを指すことができる点に留意されたい。一部の実施形態において、複数の可撓性エレメント８６は、ブリストルを含み、該ブリストルは、金属又は非金属ブリストル、或いは、金属及び非金属ブリストルの組み合わせを含むことができる。一部の実施形態において、可撓性エレメント８６は、金属合金、例えば、ＨＡＹＮＥＳ２５（登録商標）などのコバルト合金を含むことができる。可撓性ブリストルは、片持ち梁（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ  ｂｅａｍ）であり、その半径方向剛性は、長さ、断面慣性モーメント、及び材料弾性係数によって定められる。
【００２７】
例示的な実施形態において、ブラシ８４は、回転シールリング５４の第１の主シール面６０に位置付けられる。ブラシ８４は、固定シールリング５６の第２の主シール面７４の溝６１からの異物除去を可能にする。或いは、ブラシ８４は、固定シールリング５６の第２の主シール面７４に位置付けることができ、ここでシールリング５４の第１の主シール面６０の溝６１からの異物除去を可能にする。
【００２８】
各可撓性エレメント８６は、保持装置８８に結合された第１の端部９０と、第２の主シール面７４に近接して位置付けられた第２の端部９２とを含む。例示的な実施形態において、可撓性エレメント８６の第２の端部９２は、第２の主シール面７４に接触する。可撓性エレメント８６は、拘束されていない第２の端部９２の比較的大きな動きを可能にし、その結果、可撓性エレメント８６がデブリ及び汚染物質などの異物を溝６１から取り除くのを可能にする。各可撓性エレメント８６の第１の端部９０は、保持装置８８に結合され、第２の端部９２は、保持装置８８から第２の主シール面７４に向けて突出している。保持装置８８は、回転シールリング５４に結合される。一部の実施形態において、保持装置８８は、溶接接続を含むことができる。他の実施形態において、保持装置８８は、エポキシ結合など、該保持装置８８が本明細書で記載されるように作動するのを可能にする接続方法を含むことができる。
【００２９】
図５は、図３の面シール５２の固定シールリング５６の正面図である。例示的な実施形態において、固定シールリング５６は、４つのブラシ８４を含み、各々が実質的にライナ形状である。各ブラシは、隣接するブラシ８４から実質的に等間隔で配置されている。例えば、例示的な実施形態において、それぞれのブラシ８４は、およそ１２時、３時、６時、及び９時の位置に配置される。或いは、固定シールリング５６は、自浄式面シール５２が本明細書で記載されるように作動するのを可能にする任意の数のブラシ８４を含むことができる。例示的な実施形態において、ブラシ８４は、固定シールリング５６の中心軸線から延びる半径方向の線に沿って位置付けられる。或いは、ブラシ８４は、それぞれの半径方向の線に対して傾斜することができる。線形ブラシ８４は、好ましくは、内向きのシールのためのシール内径ＩＤにまで延びる前に終端され、或いは、外向きのシールのためのシール外形ＯＤにまで延びる前に終端され、プロセス流体の漏洩の阻止を促進する。
【００３０】
図６は、図１に示す蒸気タービンエンジン１０と共に用いるための代替の例示的な自浄式流体力学的面シール５２の概略断面図である。各要素は、その機能が同じである場合には、図３と同じ符号が付けられている。例示的な実施形態において、面シール５２は、回転シールリング５４と、固定シールリング５６と、シャフト１４の中心軸線２４と同心で且つ中心軸線２４の周りに延びたシールハウジング５８とを含む。回転シールリング５４及び固定シールリング５６が共に主シール５５を形成する。
【００３１】
例示的な実施形態において、回転シールリング５４は、シャフト１４と一体的に形成され、これと共に回転可能である。或いは、回転シールリング５４は、別体として形成され、シャフト１４に機械的に取り付けることができる。回転シールリング５４は、略ディスク形状であり、軸方向に面する第１の主シール面６０を含み、該第１の主シール面６０は、少なくとも１つのブラシ８４を含む。
【００３２】
固定シールリング５６は、略ディスク形状であり、軸方向に面する第２の主シール面７４を定める半径方向に延びる面を有し、該第２の主シール面７４は、内部に形成されるチャンネル又は溝６１を含む。チャンネル又は溝６１は、プロセス流体（例えば、蒸気４０）を回転シールリング５４と固定シールリング５６との間に配向し、従って、全体として約０．００２インチ厚さ以下のプロセス流体膜層を形成する。代替として、又はこれに加えて、チャンネル又は溝６１は、固定シールリング組立体５６の主面内に形成することができる。代替の実施形態において、固定シールリング５６を通って延びるオリフィス９４は、上流側プロセス流体（例えば、蒸気４０）を第１の主シール面６０と第２の主シール面７４との間に送り込むのに用いることができる。第２の主シール面７４は、第１の主シール面６０と対面嵌合関係で第１のシール部品５４に接して位置付けられる。第１及び第２の主シール面６０、７４はそれぞれ、プロセス流体（例えば、蒸気４０）用の巡回又は蛇行流路を形成する。
【００３３】
例示的な実施形態において、２次シール８２は、固定シールリング５６とシールハウジング５８との間に位置付けられる。２次シール８２は、固定シールリング５６とシールハウジング５８との間の漏洩の阻止を促進し、また、固定シールリング５６が、軸方向に滑動して、シャフト１４の熱膨張／収縮又はスラスト反転に起因する軸方向の並進に追従できるようにする。
【００３４】
例示的な実施形態において、バネのような１又はそれ以上の付勢部品７０は、シールハウジング５８上のバネ座６４間に延びて、固定シールリング５６に取り付けられたロッド９６上に装着される。付勢部品７０は、回転シールリング５４から離れるよう固定シールリング５６を付勢する。ロッド９６はまた、固定シールリング５６の回転を阻止するよう作動する。或いは、付勢部品７０は、回転シールリング５４に向かって固定シールリング５６を付勢するよう構成することができる。
【００３５】
例示的な実施形態において、圧力なし又は低圧荷重条件では、付勢部品７０は、回転シールリング５４から離れるよう固定シールリング５６を付勢する。従って、面シール５２は、開放位置にある。圧力がタービンエンジン１０内に蓄積すると、固定シールリング５６から延びる吸引部材９８と、回転シールリング５４の外面１００とが協働して圧力低下を発生させ、これにより固定シールリング５６を回転シールリング５４に向けて引張り、従って、荷重状態でのシールを形成する。吸引設計の利点は、無荷重状態でシール面が分離し、シール面の摩擦を避けることができることである。
【００３６】
本明細書で記載される装置及びシステムは、回転機械内のプロセス流体の漏洩を実質的に低減する自浄式シール組立体を提供することによって回転機械の性能の向上を可能にする。具体的には、複数の線形ブラシを含む自浄式流体力学的面シールが記載される。線形ブラシは、面シールのような面シールリングの流体力学的特徴部の清浄化をもたらし、プロセス流体がシールリング間にデブリ及び／又は汚染物質を堆積させたときにそのシール能力を維持することができる。従って、自浄式特徴部を持たない公知の流体力学的面シールとは対照的に、本明細書で記載される装置及びシステムは、大きな直径の面シールの保守整備期間の短縮を可能にし、また、回転機械からのプロセス流体の漏洩の低減を可能にする。
【００３７】
本明細書で記載される方法及びシステムは、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、各システムの部品及び／又は各方法のステップは、本明細書に記載した他の部品及び／又はステップとは独立して且つ別個に使用し及び／又は実施することができる。加えて、各部品及び／又はステップはまた、他の組立体及び方法でも使用及び／又は実施することができる。
□種々の特定の実施形態について本発明を説明してきたが、請求項の技術的思想及び範囲内にある修正により本発明を実施することができる点は、当業者であれば理解されるであろう。
【符号の説明】
【００３８】
５６  固定シールリング
５８  シールハウジング
６０  第１の主シール面
６１  流体力学的特徴部又は溝
６４  バネ座
６６  アライメント部材
６８  アライメントスロット
７０  付勢部品
７２  付勢リング
７４  第２の主シール面
７５  チャンネル又は溝
７６  構造シール
７８  溝
８０  ２次シール面
８２  ２次シール
８４  線形ブラシ
８６  可撓性エレメント
８８  保持装置
９０  第１の端部
９２  第２の端部
９４  オリフィス
９６  ロッド
９８  吸引部材
１００  外面
【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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