(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ハウジング（１８）及び軸線（２２）周りを回転するロータ（２０）を含むターボ機械用のシール組立体（４０）であって、
前記固定ハウジングに結合された前方リング（１１０）及び後方リング（１１２）と、
前記前方及び後方リング間で前記固定ハウジング（１８）の内側表面に取り付けられ且つ前記固定ハウジング（１８）と前記ロータ（２０）との間に定められた、各々が内部に少なくとも１つのスロット（７４）を有する複数のコンプライアントプレート部材（４２）と、
前記固定ハウジング（１８）の内側表面に取り付けられ且つ前記コンプライアントプレート部材（４２）内の少なくとも１つのスロット（７４）に半径方向に延び、各々が前記複数のコンプライアントプレート部材（４２）間を通って円周方向に延びて該複数のコンプライアントプレート部材（４２）間の少なくとも幾らかの軸方向漏洩に対する障壁（７０）としての役割を果たすようになる少なくとも１つの環状リング（７２）と、
前記前方リングと、前記複数のコンプライアントプレート部材（４２）および／または前記少なくとも１つの環状リングに接し、該複数のコンプライアントプレート部材（４２）の振動を減衰させるよう構成された振動ダンパー（１１８）と、
を備えたシール組立体（４０）。
【請求項２】
前記振動ダンパー（１１８）が、前記少なくとも１つの環状リング（７２）に結合された多孔性メッシュを含む、請求項１に記載のシール組立体（４０）。
【請求項３】
前記メッシュの多孔率が２５パーセントよりも大きい、請求項２に記載のシール組立体。
【請求項４】
前記振動ダンパー（１１８）の硬度が、前記複数のコンプライアントプレート部材（４２）の硬度よりも低い、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシール組立体（４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ターボ機械で使用されるシールの分野に関する。より詳細には、本明細書で開示される主題は、タービン又は圧縮機におけるロータのような回転構成要素と、ケーシング又はステータのような固定構成要素との界面部に適用するためのコンプライアントプレートシールの振動を減衰させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転構成要素と固定構成要素との間の動的シールは、ターボ機械における重要な関心事である。幾つかのシール方法がこれまで使用されてきた。詳細には、コンプライアントプレートシール及び／又はブラシシールなどのシール部材を含む、可撓性部材ベースのシールが使用されてきた。ブラシシールは通常、緊密にパックされたほぼ円筒形のブリストルを含み、漏洩を低減するために交互配列で構成されている。ブリストルは、半径方向剛性が低く、定常状態運転中に緊密なクリアランスを維持しながらロータが偏位したときに移動できるようにする。しかしながら、ブリストルシールは、一般に、シールにわたる限定的な圧力差を下回るときにのみ効果的である。ブリストルの幾何形状がほぼ円筒形であることに起因して、ブラシシールは、軸方向の剛性が低い傾向があり、これにより公知のブラシシールにおける最大作動圧力差が制限される。
【０００３】
対照的に、少なくとも一部のコンプライアントプレートシールは、同等の半径方向剛性に対して有意に高い半径方向剛性を有するプレート状幾何形状を有し、従って、このようなシールは、既知のブラシシールよりも大きな圧力差で用いる能力を有する。しかしながら、コンプライアントプレートシールは、隣接するコンプライアントプレート間の軸方向漏洩を生じる可能性があり、これによりコンプライアントプレートの流動誘起の振動又はフラッターを引き起こす場合がある。このような振動は、コンプライアントプレートの耐用年数を短縮する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，６５１，１０１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
第１の実施形態において、ターボ機械は、固定ハウジングと、軸線の周りを回転するロータとを含む。ターボ機械用のシール組立体は、固定ハウジングの内側表面に取り付けられた複数のコンプライアントプレート部材を含む。コンプライアントプレート部材は、固定ハウジングとロータとの間にシールリングを定める。コンプライアントプレート部材の各々は、少なくとも１つのスロットを含む。シール組立体は更に、固定ハウジングの内側表面に取り付けられ且つコンプライアントプレート部材内の少なくとも１つのスロットに半径方向に延びた少なくとも１つの弓形静的リングを含む。少なくとも１つの弓形静的リングの各々は、複数のコンプライアントプレート部材間を通って円周方向に延びて、該複数のコンプライアントプレート部材間の少なくとも幾らかの軸方向漏洩に対する障壁としての役割を果たすようになる。最後に、シール組立体は、複数のコンプライアントプレート部材に隣接して配置されるか又はその上に設けられた振動ダンパーを含む。振動ダンパーは、複数のコンプライアントプレート部材の振動を減衰させるよう構成される。
【０００６】
第２の実施形態において、ターボ機械の固定ハウジングと、ターボ機械の軸線の周りを転回する回転要素との間のガス経路をシールする方法は、固定ハウジングの内側表面上に複数のコンプライアントプレート部材を配置する段階を含む。コンプライアントプレート部材の各々は、少なくとも１つのスロットを含む。本方法は更に、固定ハウジングの内側表面上にあり、コンプライアントプレート部材内の少なくとも１つのスロットに半径方向に延びる少なくとも１つの弓形静的リングを配置する段階を含む。最後に、本方法は、複数のコンプライアントプレート部材に隣接して配置されるか又はその上に設けられた振動ダンパーを配置する段階を含む。
【０００７】
第３の実施形態において、タービン又は圧縮機は、軸線の周りを回転するロータと、ロータを囲む固定ハウジングと、ロータと固定ハウジングとの中間に配置された円周方向にセグメント化されたシール組立体とを含む。シール組立体の各セグメントは更に、固定ハウジングの内側表面に取り付けられた複数のコンプライアントプレート部材を含む。コンプライアントプレート部材は、固定ハウジングとロータとの間にシールリングを定める。コンプライアントプレート部材の各々は、少なくとも１つのスロットを含む。シール組立体の各セグメントは更に、固定ハウジングの内側表面に取り付けられ、コンプライアントプレート部材内の少なくとも１つのスロットに半径方向に延びる少なくとも１つの弓形静的リングを含む。少なくとも１つの静的リングの各々は、複数のコンプライアントプレート部材間を通って円周方向に延びて、該複数のコンプライアントプレート部材間の少なくとも幾らかの軸方向漏洩に対する障壁としての役割を果たすようになる。最後に、シール組立体の各セグメントは、複数のコンプライアントプレート部材に隣接して配置されるか又はその上に設けられた振動ダンパーを含む。振動ダンパーは、複数のコンプライアントプレート部材の振動を減衰させるよう構成される。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の１つの実施形態によるタービンシステムの断面図。
【図２】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の斜視図。
【図３】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図４】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図５】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図６】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図７】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図８】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図９】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１０】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１１】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１２】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１３】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１４】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１５】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【図１６】本開示の１つの実施形態によるシール組立体の軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、種々の修正形態及び代替形態が可能であるが、図面及び表において例証として特定の実施形態が示されおり、本明細書において詳細に説明している。しかしながら、これらの実施形態は開示された特定の形態に限定されるものではない点は理解されたい。むしろ、本開示は、添付の請求項によって定義される本開示の技術的思想及び範囲内にある全ての修正形態、均等形態、及び代替形態を保護されるべきである。更に、個々の実施形態は、説明を簡素化するように本明細書で検討されているが、本開示は、これらの実施形態の全ての組み合わせを保護するものとする。
【００１１】
図１は、種々の構成要素を含むタービンシステム１０の１つの実施形態の断面図であり、簡単にするためにその一部は図示されていない。図示の実施形態において、ガスタービンシステム１０は、圧縮機セクション１２、燃焼器セクション１４、及びタービンセクション１６を含む。タービンセクション１６は、固定ハウジング１８と、軸線２２の周りを回転する回転要素２０とを含む。回転要素２０には可動ブレード２４が取り付けられ、固定ハウジング１８には固定ブレード２６が取り付けられている。可動ブレード２４及び固定ブレード２６は、軸方向に交互に配列されている。シュラウド付き可動ブレード２４と固定ハウジング１８との間の位置２８、回転要素２０と固定ブレード２６との間の位置３０、又は回転要素２０と固定ハウジング１８との間の端部パッキンシール位置３２など、種々の実施形態による振動ダンパーを備えたコンプライアントプレートシール組立体を設置することができる幾つかの可能な位置がある。
【００１２】
本明細書で説明される改善されたコンプライアントプレートシール組立体は、コンプライアントプレート部材の振動を減衰する構造体を提供し、これによりコンプライアントプレートシール組立体の寿命を延ばすことができる。本明細書で説明されるコンプライアントプレートシール組立体は、限定ではないが、図１のタービンシステム１０などの何らかの好適な回転機械と共に用いることができる。図２は、コンプライアントプレートシール組立体４０の斜視図である。図３から９及び図１０から１５は、線３−３に沿ったシール組立体４０の種々の実施形態の軸方向断面図である。図示の実施形態において、コンプライアントプレートシール組立体４０は、回転要素２０と固定ハウジング１８との間の軸方向漏洩の低減を可能にする。より具体的には、例示的な実施形態において、回転要素２０は、固定ハウジング１８に対して回転する。
【００１３】
図２を参照すると、シール組立体４０は、根元４４において対向関係で（すなわち、向かい合って）固定ハウジング１８に固定される複数のコンプライアントプレート部材４２を備える。本明細書で使用される用語「対向関係」とは、１つのコンプライアントプレート部材４２の第１の側面が最隣接のコンプライアントプレート部材４２の第２の側面４８に隣接している位置付け状態を意味する。コンプライアントプレート部材４２は、回転要素２０の周りで円周方向に配列され、半径方向に対して傾斜することができる。加えて、コンプライアントプレート部材４２は、ブラシシールのブリストルと比べて、軸方向剛性と半径方向剛性の比が有意に高い。各側面４６、４８は、各コンプライアントプレート部材４２の高圧側部５２の前表面５０から低圧側部５６の後表面５４に延び、また、各コンプライアントプレート部材４２の根元４４から先端５８に延びる。例示的な実施形態において、各コンプライアントプレート部材４２は、各側面４６、４８に沿って実質的に平面又は平坦である。或いは、コンプライアントプレート部材４２は、実質的に平面以外とすることができる。例えば、コンプライアントプレート部材４２は、１又は複数の位置において曲線状又は湾曲し、或いは様々な厚みとすることができる。
【００１４】
例示的な実施形態において、コンプライアントプレート部材４２が実質的に一定の厚み６０を有するときには、先端５８付近よりも根元４４付近でより広くなるように、隣接するコンプライアントプレート部材４２間にギャップ６２が定められる。その結果、ギャップ６２は、コンプライアントプレート部材４２の根元４４から先端５８に向かってテーパーが付けられる。従って、コンプライアントプレート部材４２の根元４４は、「緩やかにパックされた」とみなすことができ、先端５８は、「緊密にパックされた」とみなすことができる。本明細書で使用される用語「緊密にパックされた」は、隣接するプレート先端５８が互いに接触していないが近接して離間されており、例えば、限定ではないが、約０．００５ｍｍだけ離間している配置を指す。ギャップ６２により、隣接するコンプライアントプレート部材４２が半径方向で自由に移動できるようになる。代替の実施形態において、コンプライアントプレート部材４２の厚み６０は、根元４４から先端５８まで変化することができ、ギャップ６２がこれに応じて変化することになる。
【００１５】
例示的な実施形態において、コンプライアントプレート部材４２は、各コンプライアントプレート部材４２が回転要素２０のそれぞれの接平面６６に対して角度６４（「カント角」とも呼ばれる）の向きになるように、固定ハウジング１８に結合される。より具体的には、側面４６及び／又は４８の少なくとも１つは、接平面６６に対して角度６４の向きにされる。例示的な実施形態において、カント角６４は約９０度よりも小さい。１つの実施形態において、カント角６４は、約３０度と６０度の間とすることができる。例示的な実施形態において、カント角６４は、コンプライアントプレート部材４２が回転要素２０の回転方向６８から離れる角度になるように選択され、このようなカント角６４により、シール組立体４０内の回転要素２０の回転が可能になる。
【００１６】
例示的な実施形態において、コンプライアントプレート部材４２は各々、実質的に矩形の断面形状を有する。しかしながら、他の実施形態では、コンプライアントプレート部材４２は、Ｔ形断面形状、台形断面形状、及び／又はシール組立体４０が本明細書で記載されるように機能することが可能になる他の何れかの形状など、非矩形断面形状を有することができる。或いは、各コンプライアントプレート部材４２は、根元４４から先端５８に収束又はテーパーが付けられた断面、弓形断面、及び／又はシール組立体４０が本明細書で記載されるように機能することが可能になる他の何れかの断面形状を有することができる。
【００１７】
軸方向流れ抵抗部材７０がコンプライアントプレート部材４２を少なくとも部分的に通って延び、ギャップ６２間の軸方向漏洩流を阻止することができる。より具体的には、例示的な実施形態において、抵抗部材７０は、固定ハウジング１８の周りを円周方向に延び、更に、固定ハウジング１８から回転要素２０に向かって半径方向内向きに延びる。例示的な実施形態において、抵抗部材７０は、固定ハウジング１８に結合され、各コンプライアントプレート部材４２内に定められる円周方向スロット７４内に半径方向に延びる。環状リング７２は、回転要素２０と同心の連続した３６０度リングとすることができる。他の実施形態において、環状リング７２は、各々が６０度の６セグメント、又は各々が９０度の４セグメントなど、複数のセグメントに分割することができる。代替の実施形態において、抵抗部材７０は、シール組立体４０が本明細書で記載されるように機能することが可能になる幾つかの環状リング７２を含むことができる。
【００１８】
本明細書で記載されるコンプライアントプレート部材４２の実施形態は、抵抗部材７０の周りに漏洩経路を配置することによって、運転中に少なくとも部分的に生じる自己修正作用を示すことができる。コンプライアントプレートシール組立体４０のこのような実施形態において、コンプライアントプレート部材４２の先端５８間のクリアランスが大きくなると、流体静圧ブローダウン力が増大し、これにより先端クリアランスが小さくなる。コンプライアントプレート部材４２の先端５８間のクリアランスが小さくなると、流体静圧リフトオフ力が増大し、これにより先端クリアランスが大きくなる。これは、先端クリアランスからの受動的フィードバックによって自己修正する流体静圧リフトオフ／ブローダウン力をもたらす。この受動的フィードバックにより、コンプライアントプレート部材４２が、コンプライアントプレート部材４２とロータ２０との間の小さな先端クリアランスを維持するようになり、コンプライアントプレート部材４２に作用する効果的な流体静圧リフトオフ／ブローダウン力が、当該先端クリアランスにてバランスされる。従って、先端クリアランスが維持される。このように、以下で詳細に説明される振動ダンパーの幾つかの実施形態は、抵抗部材７０の周りの漏洩経路を実質的に妨げず、コンプライアントプレートシール組立体４０の自己修正作用を保持するようにする。
【００１９】
図３は、本開示の１つの実施形態によるコンプライアントプレートシール組立体４０の軸方向断面図を示している。図２に示すシール組立体４０とは異なり、簡単にするために図３には１つの環状リング７２だけが図示されている。代替の実施形態において、シール組立体４０は、様々な寸法を備えた、複数のスロット７４及び複数の環状リング７２を含み、該環状リング７２がそれぞれのスロット７４に延びるようにすることができる。加えて、上述の自己修正作用は、複数の環状リング７２及びスロット７４を備えたシール組立体４０に適用可能である。図２に示す要素と共通する図３の要素は、同じ参照符号で表記されている。
【００２０】
環状リング７２は、高圧側部５２に面する前表面９２と、低圧側部５６に面する後表面９４と、先端９６とを含む。スロット７４は、環状リング７２の前表面９２に面する第１の表面９８と、環状リング７２の後表面９４に面する第２の表面１００と、環状リング７２の先端９６に面する第３の表面１０２とを含む。スロット７４の第１の表面９８と、環状リング７２の前表面９２との間に環状リング前方ギャップ１０４が定められる。スロット７４の第２の表面１００と、環状リング７２の後表面９４との間に環状リング後方ギャップ１０６が定められる。スロット７４の第３の表面１０２と、環状リング７２の先端９６との間にブリッジギャップ１０８が定められる。
【００２１】
シール組立体４０は更に、前方リング１１０及び後方リング１１２を含み、これらは両方とも固定ハウジング１８に結合される。前方リング１１０は、コンプライアントプレート部材４２の前表面５０を越えて円周方向に延び、後方リング１１２は、コンプライアントプレート部材４２の後表面５４を越えて円周方向に延びている。前方リング１１０と後方リング１１２との間に定められるギャップは前方リングギャップ１１４と呼ばれ、後方リング１１２と後表面５４との間に定められるギャップは後方リングギャップ１１６と呼ばれる。前方リングギャップ１１４及び後方リングギャップ１１６は、小さく又は大きく作ることができる。シール組立体４０の作用は、前方リングギャップ１１４及び後方リングギャップ１１６に決定的に依存するものではない。
【００２２】
図示の実施形態において、振動ダンパー１１８は、環状リング７２の前表面９２に取り付けられる。限定ではないが、接着、溶接、ろう付け、又はネジファスナーなどの種々の方法を用いて、振動ダンパー１１８を環状リング７２に取り付けることができる。シール組立体４０の作動温度により、振動ダンパー１１８の材料及び／又は取り付け方法の選択肢が制限される場合がある。例えば、ろう付け又は接着は、極めて高い作動温度の時には適切ではない可能性がある。作動時には、コンプライアントプレート部材４２は、隣接するコンプライアントプレート部材４２間のギャップ６２を通って流れる軸方向漏洩により振動又はフラッターを生じる場合がある。コンプライアントプレート部材４２と振動ダンパー１１８との間の接触により、振動又はフラッターの量を低減することができる。従って、振動ダンパー１１８の厚みは、環状リング前方ギャップ１０４の幅とほぼ同じにすることができる。或いは、振動ダンパー１１８の厚みは、環状リング前方ギャップ１０４よりも小さくてもよく、流体の高圧側部５２から低圧側部５６への差圧及び／又は移動は、コンプライアントプレート部材４２の第１の表面９８を振動ダンパー１１８の表面に向かって撓ませることができる。
【００２３】
図示の実施形態において、振動ダンパー１１８は、流体を貫流させることが可能な多孔性材料とすることができ、これによりコンプライアントプレートシール組立体４０の自己修正作用を妨げないようにする。例えば、振動ダンパー１１８は、およそ２５パーセント、５０パーセント、又は７５パーセントよりも大きな多孔率を有する多孔性メッシュとすることができる。振動ダンパー１１８は、限定ではないが、金属などの様々な多孔性材料から作ることができる。作動時の振動ダンパー１１８とコンプライアントプレート部材４２との間の接触は、振動ダンパー１１８及び／又はコンプライアントプレート部材４２の摩耗を引き起こす可能性がある。幾つかの実施形態において、振動ダンパー１１８は、摩耗性メッシュとすることができる。換言すると、振動ダンパー１１８の材料は、コンプライアントプレート部材４２の材料よりも耐摩耗性を低くすることができる。例えば、コンプライアントプレート部材４２の摩耗防止を助けるために、振動ダンパー１１８の強度、弾性、及び／又は硬度は、コンプライアントプレート部材４２の強度、弾性、又は硬度をそれぞれ下回るようにすることができる。振動ダンパー１１８は、例示の実施形態では前方ギャップ１０４のほとんどを占有して示されているが、他の実施形態では、より小さな部分の前方ギャップ１０４を占有してもよい。換言すると、振動ダンパー１１８の半径方向高さ１１９は、特定の用途において所望の量の振動減衰をもたらすよう選択することができる。
【００２４】
図４は、本開示の別の実施形態によるコンプライアントシール組立体４０の軸方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図４の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、振動ダンパー１１８は、環状リング７２の後表面９４に取り付けられる。従って、振動ダンパー１１８は、環状リング後方ギャップ１０６を占有する。他の点では、図４に示す振動ダンパー１１８は、図３に示す振動ダンパー１１８と同様である。しかしながら、高圧側部５２から低圧側部５６への流体の流れによって、コンプライアントプレート部材４２が振動ダンパー１１８から離れるようになる可能性があるので、振動ダンパー１１８は、コンプライアントプレート部材４２の先端５８ではなく根元４４の近くに配置することができる。換言すると、コンプライアントプレート部材４２は、根元４４付近で固定ハウジング１８に取り付けられるので、先端５８よりも根元４４付近では振動ダンパー１１８から離れる撓みを少なくすることができる。
【００２５】
図５は、上述の実施形態のコンプライアントシール組立体４０の組み合わせ要素の軸方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図５の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、コンプライアントシール組立体４０に２つの振動ダンパー１１８が設けられている。第１の振動ダンパー１１８は、第１の表面９８に取り付けられ、第２の振動ダンパー１１８は後表面９４に取り付けられる。２つの振動ダンパー１１８のこのような配置は、コンプライアントプレート部材４２の減衰を更に追加することができる。加えて、振動ダンパー１１８の１つが摩耗すると、第２の振動ダンパー１１８が引き続き振動減衰を提供することができる。振動ダンパー１１８の他の態様は、上記で詳細に説明したものと同様である。
【００２６】
図６は、本開示の第１の実施形態によるコンプライアントプレートシール組立体４０の軸方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図６の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、振動ダンパー１１８は、コンプライアントプレート部材４２に対面する前方リング１１８の表面に取り付けられる。図示のように、振動ダンパー１１８は、前方ギャップ１１４を占有することができる。振動ダンパー１１８の上述の実施形態と同様に、半径方向高さ１１９のような配置は、特定の用途の要求に適うように調整することができる。振動ダンパー１１８は、多孔性ではないバッキングプレート１２０を含むことができ、該バッキングプレート１２０により、流体圧力又は流体流量の一方又は両方が、振動ダンパー１１８とコンプライアントプレート部材４２の前表面５０との間の接触を維持する付勢機構としての役割を果たすことができる。加えて、バッキングプレート１２０は、振動ダンパー１１８をコンプライアントシール組立体４０内で半径方向に整列させることができ、振動ダンパー１１８の追加の厚み及び／又は安定性を提供することができる。バッキングプレート１２０は、限定ではないが、金属などの種々の材料から作ることができる。加えて、バッキングプレート１２０は、連続した３６０度リング又はより小さなセグメントで構成することができる。種々の実施形態において、前方リング１１０の半径方向高さは、図６に示したものよりも短く又は長くすることができる。他の実施形態では、前方リング１１０を含まなくてもよい。図６に示す振動ダンパー１１８の他の態様は、上記で詳細に説明した振動ダンパー１１８と同様である。
【００２７】
図７は、本開示の別の実施形態によるコンプライアントシール組立体４０の軸方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図７の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、環状リング７２は、付勢要素スロット１２２を含み、円周方向及び半径方向で環状リング７２内に延びている。付勢要素１２４は、付勢要素スロット１２２内に配置される。付勢要素１２４の上部は、固定ハウジング１８又は付勢要素スロット１２２の上部に取り付けることができる。付勢要素１２４は、バネ又は他のバネ様装置とすることができる。付勢要素１２４の下部には、プランジャ１２６が取り付けられ、これを用いて付勢要素１２４からの付勢力を振動ダンパー１１８に伝達することができる。プランジャ１２６は、付勢要素スロット１２２を通って円周方向に延びる弓形リングとすることができる。振動ダンパー１１８の上部は、上部開口１２８を通って付勢要素スロット１２２内に延びることができる。同様に、振動ダンパー１１８の下部は、環状リング７２の先端９６付近に位置付けられた下部開口１３０内に延びることができる。振動ダンパー１１８は、下部開口１３０内に固定することができ、上部開口１２８を通って前後に自由に移動することができる。例えば、付勢要素１２４が軸線２２に向かって下向きに移動することにより、振動ダンパー１１８は、上部開口１２８を通って外向きに移動することができるようになる。作動中、振動ダンパー１１８は、摩耗し、薄くなる可能性がある。振動ダンパー１１８が引き続きコンプライアントプレート部材４２と接触するために、付勢要素１２４は、振動ダンパー１１８を下向きに押し込むことができ、振動ダンパー１１８を更に押し込んで上部開口１２８から外に出すようにする。振動ダンパー１１８は、前方ギャップ１０４内に図示されているが、後方ギャップ１０６内、又は前方ギャップ１０４及び後方ギャップ１０６の両方に位置付けることもできる。振動ダンパー１１８の他の態様は、上記で詳細に説明したものと同様である。
【００２８】
図８は、コンプライアントシール組立体４０の別の実施形態の軸方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図８の要素は、同じ参照符号で表記されている。振動ダンパースロット１４０は、コンプライアントプレート部材４２の高圧側部を通って円周方向に延びる。振動ダンパーリング１４２は、コンプライアントプレート部材４２の振動ダンパースロット１４０を通って円周方向に延びる。作動時には、振動ダンパーリング１４２は、コンプライアントプレート部材４２の振動を減衰することができる振動ダンパースロット１４０の内側表面と接触する。振動ダンパーリング１４２は、回転要素２０と同心の連続３６０度リングとすることができ、或いは、より小さなセグメントに分割することができる。振動ダンパーリング１４２は、図８に示す円形断面を有することができ、或いは、限定ではないが、楕円、方形、矩形、三角形、及びその他など、他の断面形状を有することができる。同様に、図８では楕円断面で示されているが、振動ダンパースロット１４０は、限定ではないが、方形、矩形、三角形、及びその他などの、他の断面形状を有することができる。
【００２９】
図示の実施形態において、振動ダンパースロット１４０は、コンプライアントプレート部材４２を２つの要素に分割しないように、コンプライアントプレート部材４２の高圧側部の初めから終わりまでは延びていない。換言すると、振動ダンパースロット１４０は閉じたスロットである。振動ダンパースロット１４０の半径方向高さは、コンプライアントプレート部材４２の半径方向移動に応答して振動ダンパーリング１４２が半径方向に移動可能なように、振動ダンパーリング１４２の半径方向高さよりも大きくすることができる。同様に、振動ダンパースロット１４０の軸方向幅は、コンプライアントプレート部材４２の軸方向移動に応答して振動ダンパーリング１４２が軸方向に移動可能なように、振動ダンパーリング１４２の軸方向幅よりも大きくすることができる。振動ダンパースロット１４０を通って流れる流体が存在しないので、振動ダンパーリング１４２は多孔性材料である必要はない。しかしながら、振動ダンパースロット１４０の内側表面の過剰摩耗の低減を助けるために、振動ダンパーリング１４２の硬度は、コンプライアントプレート部材４２の硬度よりも小さくすることができる。振動ダンパースロット１４０は、コンプライアントプレート部材４２の高圧側部上に図示されているが、コンプライアントプレート部材４２の低圧側部上に、或いは、高圧側部及び低圧側部の両方に位置付けることもできる。振動ダンパーリング１４２の他の態様は、上述の振動ダンパー１１８のものと同様である。
【００３０】
図９は、更に別の実施形態によるコンプライアントシール組立体４０の半径方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図９の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、コーティング１５０が、コンプライアントプレート部材４２の１つ又はそれ以上の表面上に設けられる。例えば、コーティングは、コンプライアントプレート部材４２の第１の側面４６上に、第２の側面４８上に、又は第１及び第２の側面４６、４８の両方に設けることができる。コーティング１５０は、コンプライアントプレート部材４２の振動を減衰させることができる。具体的には、コーティング１５０は、コンプライアントプレート部材４２の振動エネルギーを発散させる構造ダンパーとしての役割を果たすことができる。通常、構造減衰は、共振運動のみを抑制する。しかしながら、構造減衰はまた、コンプライアントプレート部材４２の剛性及び／又は質量を増大させる作用により、非共振振動をも弱めることができる。コーティング１５０は、粘弾性材料から作ることができ、変形時に歪みエネルギーを蓄積し、このエネルギーの一部をヒステリシスにより発散させることを可能にする。コーティング１５０用に使用できる材料の実施例は、限定ではないが、窒化クロム（ＣｒＮ）、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、及びその他を含む。コンプライアントプレート部材４２にコーティング１５０を施工する方法は、限定ではないが、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、スプレー、浸漬、ブラッシング、ウェブコーティング、カレンダー加工、及びその他を含む。コーティング１５０は、コンプライアントプレート部材４２の表面全体を覆って図示されているが、他の実施形態では、必要な振動減衰量に基づいてコンプライアントプレート部材４２の表面の一部だけを覆うことができる。その上、コーティング１５０の厚みは、所望の振動減衰量を得るように選択することができる。より厚みのあるコーティング１５０は、追加の振動減衰をもたらすことができる。しかしながら、コーティング１５０の厚みは、隣接するコンプライアントプレート部材４２間のギャップ６２の距離と干渉するほどには大きい訳ではない。加えて、コーティング１５０の厚みは、各コンプライアントプレート部材４２の先端５８に向かってテーパーを付けることができる。幾つかの実施形態において、コーティング１５０は、上述の振動ダンパー１１８と組み合わせることができる。
【００３１】
図１０は、本開示の別の実施形態によるコンプライアントシール組立体４０の軸方向断面図を示している。図３に示す要素と共通する図１０の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、振動ダンパープレート１６０を用いて、コンプライアントプレート部材４２の振動を減衰させることができる。具体的には、振動ダンパープレート１６０は、接続点１６２において環状リング７２に取り付けることができる。接続点１６２は、接着、溶接、ろう付け、スクリュー接続、或いは、２つの材料を共に接合する他の何れかの好適な方法を表すことができる。振動ダンパープレート１６０は、コンプライアントプレート部材４２と接触した凸面状外側表面を備えたほぼ凸面形状を有することができる。図示の実施形態において、前方ギャップ１０４に位置付けられた振動ダンパープレート１６０は、環状リング７２の先端９６付近で環状リング７２に取り付けることができる。このような配置により、コンプライアントプレート部材４２の根元４４付近の高圧側部５２から流れる流体が、コンプライアントプレート部材４２に対して振動ダンパープレート１６０を押し込むのを助けることができるようになる。同様に、後方ギャップ１０６内に位置付けられた振動ダンパープレート１６０は、コンプライアントプレート部材４２の根元４４に近接した接続点１６２と共に構成することができる。従って、環状リング７２の先端９６からコンプライアントプレート部材４２の根元４４に向かう流体の流れは、コンプライアントプレート部材４２に対して振動ダンパープレート１６０を押し込むのを助けることができる。幾つかの実施形態において、振動ダンパープレート１６０は、前方ギャップ１０４内のみ、又は後方ギャップ１０６内のみ、或いは、前方ギャップ１０４及び後方ギャップ１０６の両方に設けることができる。
【００３２】
振動ダンパープレート１６０の硬度は、コンプライアントプレート部材４２の硬度よりも小さくすることができる。加えて、振動ダンパープレート１６０の表面は、振動ダンパー１１８の表面よりも滑らかにすることができる。上記で詳細に説明された多孔性メッシュの代わりに、振動ダンパープレート１６０の滑らかな表面により、コンプライアントプレート部材４２の摩耗を低減することができる。加えて、振動ダンパープレート１６０は、一部の流体が振動ダンパープレート１６０を通って流れることができるように有孔にすることができ、これによりシール組立体４０の自己修正作用を可能にすることができる。換言すると、有孔振動ダンパープレート１６０は、上記で詳細に説明した多孔性振動ダンパー１１８と類似の手法で機能することができる。振動ダンパープレート１６０は、単一の３６０度弓形リングとして構成することができ、或いは、複数の弓形セグメントとして構成することができる。振動ダンパープレート１６０が複数のセグメントとして構成される場合、セグメントは、シール組立体４０の自己修正作用を更に促進するためにギャップによって分離することができる。換言すると、流体は、振動ダンパープレート１６０のセグメント間のギャップを通って流れることができる。他の実施形態では、振動ダンパープレート１６０の複数のセグメントは、仲介ギャップなしで構成してもよく、又はセグメントが互いに重なり合ってもよい。
【００３３】
図１１は、本開示の実施形態によるコンプライアントシール組立体４０の軸方向断面図を示している。上述の図に示す要素と共通する図１１の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、振動ダンパー１１８は、環状リング７２の先端９６付近に位置付けられた付勢要素スロット１２２内に配置される。加えて、振動ダンパー１１８に取り付けられる付勢要素１２４は、コンプライアントプレート部材４２に対して振動ダンパー１１８でを押し込むのを助ける。更に、振動ダンパー１１８は、コンプライアントプレート部材４２の軸方向移動に対応するよう前後に移動可能にすることができる。加えて、振動ダンパー１１８が摩耗すると、付勢要素１２４は、振動ダンパー１１８とコンプライアントプレート部材４２との間の接触を引き続き維持するのを助けることができる。幾つかの実施形態において、振動ダンパー、付勢要素スロット１２２、及び付勢要素１２４は、前方ギャップ１０４内のみ、又は後方ギャップ１０６内のみ、或いは、前方ギャップ１０４及び後方ギャップ１０６の両方に配置することができる。振動ダンパー１１８が前方ギャップ１０４及び後方ギャップ１０６の両方に配置されたときには、環状リング７２の一部が付勢要素スロット１２２を分離することができる。換言すると、流体は、前方ギャップ１０４から付勢要素スロット１２２を通って後方ギャップ１０６に通過することができない。上述の実施形態と同様に、振動ダンパー１１８は、単一の３６０度弓形リングとして、又は複数の弓形セグメントとして構成することができる。シール組立体４０の他の態様は、上記で詳細に説明したものと同様である。
【００３４】
図１２は、コンプライアントシール組立体４０の１つの実施形態の軸方向断面図を示している。上述の図に示す要素と共通する図１２の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、２つの振動ダンパー１１８は、付勢要素１２４によってのみ分離されており、環状リング７２を越えて軸方向に延びる付勢要素スロット１２２内に配置される。付勢要素１２４は、両方の振動ダンパー１１８がコンプライアントプレート部材４２と接触を維持するのを助けることができる。加えて、高圧流体導管１７０は、コンプライアントプレート部材４２に対して振動ダンパー１１８を押し込むのを助けるために設けることができる。具体的には、高圧流体導管１７０は、固定ハウジング１８内で環状リング７２を通って設けられ、上流側圧力１７１の高圧側部５２からの流体が振動ダンパー１１８の位置において圧力１７３の付勢要素スロット１２２に流れ得るようにすることができる。幾つかの実施形態において、上流側圧力１７１は、振動ダンパー１１８の位置における圧力１７３よりも遙かに大きいとすることができる。従って、制限オリフィス１７２を高圧流体導管１７０内に設け、高圧流体の付勢要素スロット１２２への流量を制限し、これにより振動ダンパー１１８をコンプライアントプレート部材４２に過剰に付勢するのを避けることができる。振動ダンパー１１８の過剰付勢により、振動ダンパー１１８の摩耗の促進が生じる可能性がある。
【００３５】
コンプライアントプレートシール組立体４０にわたって高い差圧が存在する他の実施形態において、過剰な差圧によって、コンプライアントプレート部材４２に対する振動ダンパー１１８の過剰な付勢が生じる可能性がある。ブリードオフ導管１７４を低圧側部５６に設け、振動ダンパー１１８の過剰付勢の防止を助けることができる。加えて、ブリードオフ導管１７４は、振動ダンパー１１８の付勢量を更に低減するためにブリードオフ制限オリフィス１７６を含むことができる。他の実施形態において、過剰差圧のブリードオフはまた、振動ダンパー１１８と付勢要素スロット１２２との間のギャップを通じて達成することができる。別の実施形態において、高圧流体導管１７０の上流側開口を図３に示すように環状リング前方ギャップ１０４内に配置することができる。環状リング前方ギャップ１０４における圧力１７８は、高圧側部５２の圧力１７１よりも低くすることができ、これにより高圧流体導管１７０にわたる差圧を低減し、振動ダンパー１１８の付勢量を制限することができる。環状リング前方ギャップ１０４における圧力１７８は、振動ダンパー１１８の位置における圧力１７３よりも大きくすることができ、これによりコンプライアントプレート部材４２に対する振動ダンパー１１８の付勢が可能になる。図１２及び１３に示すシール組立体４０の他の態様は、上記で詳細に説明されたものと同様である。
【００３６】
図１４は、コンプライアントシール組立体４０の１つの実施形態の軸方向断面図を示している。上述の図に示す要素と共通する図１４の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態において、振動ダンパーブリストル１８０は、コンプライアントプレート部材４２の振動を減衰させるために設けることができる。振動ダンパーブリストル１８０は、コンプライアントプレート部材４２の硬度よりも低い硬度を有する、金属のような材料から作ることができる。振動ダンパーブリストル１８０の直径は、約０．１ｍｍから０．８ｍｍ、０．２ｍｍから０．６ｍｍ、又は０．４ｍｍから０．５ｍｍの間とすることができる。振動ダンパーブリストル１８０の直径、振動ダンパーブリストル１８０間の間隔、及び／又は配列は、流体が振動ダンパーブリストル１８０を通って流れることが可能になり、振動ダンパーブリストル１８０が軸方向及び／又は半径方向の両方で自由に移動できるように構成することができる。加えて、振動ダンパーブリストル１８０は、取付構造１８２を介して固定ハウジング１８に取り付けることができ、該取付構造は、接着、溶接、スクリュー接続、又は２つの物体を接合する他の何れかの好適な方法を含むことができる。振動ダンパーブリストル１８０は、上述の振動ダンパー１１８よりも更に自由に移動することができるので、シール組立体４０は、前方リング１１０を含み、これを用いて振動ダンパーブリストル１８０のヒステリシスの低減を助けることができる。振動ダンパーブリストル１８０は、コンプライアントプレート部材４２の振動を減衰させるために設けられ、シールとして機能していないので、振動ダンパーブリストル１８０の半径方向長さ１１９は、環状リング７２の半径方向高さよりも小さくすることができる。更に、振動ダンパーブリストル１８０は、コンプライアントプレート部材４２のカント角６４とは異なる角度の向きにされ、振動ダンパーブリストル１８０がコンプライアントプレート部材４２に絡まること、又はこれを妨げるのを防ぐようにすることができる。図示の実施形態において、振動ダンパーブリストル１８０は、前方リング１１０とコンプライアントプレート部材４２との間の空間内及び後方ギャップ１０６内に配置することができ、これら位置は両方とも、流体の流れが振動ダンパーブリストル１８０をコンプライアントプレート部材４２に向けて押し込むのを促進する位置である。他の実施形態では、振動ダンパーブリストル１８０は、前方リング１１０付近のみ、又は後方ギャップ１０６内のみに配置してもよい。
【００３７】
図１５は、コンプライアントシール組立体４０の１つの実施形態の軸方向断面図を示している。上述の図に示す要素と共通する図１５の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態は、上記で詳細に説明した実施形態からの特徴部を組み合わせている。具体的には、振動ダンパープレート１６０は、コンプライアントプレート部材４２の振動の減衰を助けるのに用いている。振動ダンパープレート１６０は、２つの接続点１６２にて環状リング７２に取り付けられる。加えて、高圧流体導管１７０内の高圧流体は、振動ダンパープレート１６０をコンプライアントプレート部材４２に対して押し込むのを助ける。幾つかの実施形態において、上流側圧力１７１は、コンプライアントプレート部材４２に対する振動ダンパープレート１６０の過剰な付勢を引き起こすほど十分に高い場合がある。従って、ブリードオフ導管１７４を低圧側部５６に設け、振動ダンパープレート１６０の過剰付勢の防止を助けることができる。加えて、振動ダンパープレート１６０に対する高圧流体の流量を制限するために、制限オリフィス１７２及びブリードオフ制限オリフィス１７６を高圧流体導管１７０及びブリードオフ導管１７４内にそれぞれ含めて、これによりコンプライアントプレート部材４２に対する振動ダンパープレート１６０の過剰付勢の防止を助けることができる。他の実施形態では、高圧流体導管１７０の上流側開口は、図１３に示す実施形態と同様に環状リング前方ギャップ１０４内に配置することができる。振動ダンパープレート１６０は、限定ではないが、金属のような柔軟な材料から作ることができる。振動ダンパープレート１６０は前方ギャップ１０４を占有するので、コンプライアントプレート部材４２を通過する漏洩の低減を助けることができる。前述の実施形態と同様に、振動ダンパープレート１６０は、前方ギャップ１０４、後方ギャップ１０６、又は前方ギャップ１０４及び後方ギャップ１０６の両方に設けることができる。シール組立体４０の他の態様は、上記で詳細に説明されたものと同様である。
【００３８】
図１６は、コンプライアントシール組立体４０の１つの実施形態の軸方向断面図を示している。上述の図に示す要素と共通する図１６の要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、振動ダンパープレート１６０がコンプライアントプレート部材４２に対して押し込まれ、コンプライアントプレート部材４２の振動を減衰させる。振動ダンパープレート１６０は、ベローズ１８０により環状リング７２に取り付けられ、これによりコンプライアントプレート部材４２の軸方向移動に応答して振動ダンパープレート１６０が軸方向に移動するための柔軟性が提供される。加えて、高圧流体は、コンプライアントプレート部材４２に対して振動ダンパープレート１６０を押し込むのを助けることができる。具体的には、環状リング前方ギャップ１０４内の圧力１７８は、ベローズ１８０付近の圧力よりも高くすることができる。加えて、第２の振動ダンパープレート１６０及びベローズ１８０を後方ギャップ１０６内に含めることができる。後方ギャップの圧力は、ベローズ１８０付近の圧力よりも高くすることができる。他の実施形態では、高圧流体導管１７０の上流側開口は、図１５に示す実施形態と同様に高圧側部５２付近に配置することができる。ベローズ１８０は、限定ではないが、金属のような柔軟な材料から作ることができる。シール組立体４０の他の態様は、上記で詳細に説明されたものと同様である。
【００３９】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１０  タービンシステム
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼器セクション
１６  タービンセクション
１８  固定ハウジング
２０  回転要素
２２  軸線
２４  可動ブレード
２６  固定ブレード
２８  シュラウド付き可動ブレードと固定ハウジングとの間の位置
３０  回転要素と固定ブレードとの間の位置
３２  端部パッキンシール位置
４０  コンプライアントプレートシール組立体
４２  コンプライアントプレート部材
４４  根元
４６  第１の側面
４８  第２の側面
５０  前表面
５２  高圧側部
５４  後表面
５６  低圧側部
５８  先端
６０  厚み
６２  ギャップ
６４  角度
６６  接平面
６８  回転方向
７０  軸流抵抗部材
７２  環状リング
７４  円周方向スロット
９２  前表面
９４  後表面
９６  先端
９８  第１の表面
１００  第２の表面
１０２  第３の表面
１０４  環状リング前方ギャップ
１０６  環状リング後方ギャップ
１０８  ブリッジギャップ
１１０  前方リング
１１２  後方リング
１１４  前方リングギャップ
１１６  後方リングギャップ
１１８  振動ダンパー
１１９  半径方向高さ
１２０  バッキングプレート
１２２  付勢要素スロット
１２４  付勢要素
１２６  プランジャ
１２８  上部開口
１３０  下部開口
１４０  振動ダンパースロット
１４２  振動部材リング
１５０  コーティング
１６０  振動ダンパープレート
１６２  接続点
１７０  高圧流体導管
１７１  上流側圧力
１７２  制限オリフィス
１７３  振動ダンパー位置での圧力
１７４  ブリードオフ導管
１７６  ブリードオフ制限オリフィス
１７８  環状リング前方ギャップ内の圧力
１８０  振動ダンパーブリストル
１８２  取付構造
１９０  ベローズ
１９２  後方ギャップ圧力
【図１】
0005798413.tif 000002
【図２】
0005798413.tif 000003
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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