(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）縁（３２）を有するブラシシール後板（３０）と、
ｂ）縁（３６）を有するブラシシール前板（３４）と、
ｃ）それぞれ自由端（４０）を有する複数のブラシシール・ブリッスル（３８）とを備え、
前記ブリッスルが前記後板と前板の間に配置され、すべてのブリッスルの自由端が前記後板および前板の縁を越えて延在し、
前記前板のその縁まで延在する部分（４２）が前記ブリッスルから離間しており、
前記前板の縁まで延在する部分に貫通孔（４４，４６）が配列されており、
前記貫通孔は、それぞれの長さが前記前板の縁まで延在する部分からブリッスルまでの距離より長い第１孔（４４）を含み、
前記前板の縁まで延在する部分にもっとも近いブリッスルが平面内にあり、前記第１孔が前記平面に直角に配向され、
前記貫通孔が含む別の第２孔（４６）は、前記ブリッスル（３８）の自由端（４０）に向けて配向され、前記第２孔から出てくるガスの細分流を他の流れがなければブリッスル（３８）の自由端（４０）に衝突させる、
ブラシシール・セグメント（１０）。
【請求項２】
前記ブラシシール・セグメントが１枚だけ前板を有する、請求項１に記載のブラシシール・セグメント。
【請求項３】
前記前板が手で曲がらない前板である、請求項２に記載のブラシシール・セグメント。
【請求項４】
前記ブラシシール後板（３０）及びブラシシール前板（３４）はブラシシール・ホルダ（４８）を形成し、該ブラシシール・ホルダ（４８）は長さ方向軸線（５０）を有する円形リングの環状セグメントの形状を有し、
前記第１孔が前記長さ方向軸線に平行に配向されている、
請求項１に記載のブラシシール・セグメント（１０）。
【請求項５】
前記前板（３４）の縁まで延在する部分（４２）がその縁に、前記ブリッスル（３８）から遠ざかる方に突出する棚板（５２）を有し、
前記前板の縁まで延在する部分にもっとも近いブリッスルが平面内にあり、前記縁まで延在する部分が前記平面に直角な方向に厚さを有し、前記前板の縁まで延在する部分の棚板の厚さが前記前板の縁まで延在する部分の他の部分の厚さより２倍以上厚い、請求項３に記載のブラシシール・セグメント。
【請求項６】
前記棚板に第２孔（４６）が配列された、請求項５に記載のブラシシール・セグメント。
【請求項７】
前記第２孔（４６）が前記第１孔（４４）に対して傾斜している、請求項１に記載のブラシシール・セグメント。
【請求項８】
前記前板（３４）の前記部分（４２）は、前記前板の縁（３６）に位置し前記ブリッスル（３８）から遠ざかる方に突出する棚板（５２）を有し、前記第２孔（４６）は前記棚板（５２）を通り前記ブリッスルに配向している、請求項１に記載のブラシシール・セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、シール、特にブラシシール・セグメントに関する。
【０００２】
【背景技術】
回転機械としては、蒸気タービン用のタービンやガスタービン用の圧縮機およびタービンなどが挙げられる。蒸気タービンの蒸気流路には、代表的には、蒸気入口、タービンおよび蒸気出口が直流関係で配列されている。ガスタービンのガス流路には、代表的には、空気取り入れ口（入口）、圧縮機、燃焼器、タービンおよびガス出口（排気ノズル）が直流関係で配列されている。高圧領域から低圧領域へのガスまたは蒸気の漏れは、それがガスまたは蒸気流路から外への漏れであれ、ガスまたは蒸気流路に侵入する漏れであれ、いずれにしても望ましくない。たとえば、ガスタービンのタービンまたは圧縮機領域において、タービンまたは圧縮機のロータとそれを円周方向に包囲するタービンまたは圧縮機ケーシングとの間で、ガス流路に漏れがあると、ガスタービンの効率が低下し、燃料コストが上昇する。また、蒸気タービンのタービン領域において、タービンのロータとそれを円周方向に包囲するケーシングとの間で、蒸気流路に漏れがあると、蒸気タービンの効率が低下し、燃料コストが上昇する。
【０００３】
ガスおよび蒸気タービンにおいてロータと包囲ケーシングとの間に用いる環状ブラシシールが提案されている。環状ブラシシールは、複数のブラシシール・セグメントを円周方向に配列して構成される。各ブラシシール・セグメントは、ケーシングに取り付けられ、後（すなわち下流）板と、前（すなわち上流）板と、後板および前板間に配置されたブリッスルとを含み、ほぼすべてのブリッスルの自由端が後板および前板の縁を越えて延在する。代表的には、ブリッスルはロータの回転方向に約４５°の角度に傾斜しており、ブリッスルの自由端はロータに近接している（接触してもよい）。代表的には、ブリッスルの自由端近くで、前板は（場合によっては、後板の一部も）、ブリッスルから離間しており、ブリッスルの自由端がロータと過渡的に接触する際にブリッスルが曲がりまた回復する余地を残している。上流ガス流が乱流である場合、流れの一部が前板とブリッスルの間で渦まき、ブリッスルをばたつかせ（フラッタ、すなわち不安定要因となり）、ブリッスルがすぐに摩耗し、早期のブラシシール破損につながる。乱流環境でもブリッスルのフラッタを軽減するブラシシール・セグメントの設計が、必要とされている。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の第１の実施態様においては、ブラシシール・セグメントは、後板と、前板と、ブリッスルとを備える。ブリッスルは、後板と前板の間に配置され、ほぼすべてのブリッスルの自由端が後板および前板の縁を越えて延在する。前板はその縁まで延在する部分を有し、この縁まで延在する部分がブリッスルから離間しており、かつ縁まで延在する部分に貫通孔が配列されている。
【０００５】
本発明の第２の実施態様においては、ブラシシール・セグメントは、概して円形リングの環状セグメントの形状を有するブラシシール・ホルダを備える。ホルダは、環状後板および環状前板を有し、後および前板はそれぞれ概して前記リングの長さ方向軸線とほぼ同軸に心合わせされ、またそれぞれ概して長さ方向軸線に面する内側円周方向縁を有する。ブラシシール・セグメントは、また、前記後板と前板の間に長さ方向に配置された複数のブリッスルを備える。ほぼすべてのブリッスルの自由端が後板の縁および前板の縁を越えて延在する。後板の縁は前板の縁より長さ方向軸線近くまで延在する。前板はその縁まで延在する部分を含み、この縁まで延在する部分はブリッスルから長さ方向に離間しており、かつこの縁まで延在する部分に貫通孔が配列されている、
本発明の第３の実施態様においては、ブラシシール・セグメントは、後板と、前板と、ブリッスルとを備える。ブリッスルは、後板と前板の間に配置され、ほぼすべてのブリッスルの自由端が後板および前板の縁を越えて延在する。前板はその縁まで延在する部分を有し、この縁まで延在する部分はブリッスルから離間しており、かつその縁に、ブリッスルからほぼ遠ざかる方に突出する棚板（レッジ）を有する。
【０００６】
本発明の第４の実施態様においては、ブラシシール・セグメントは、概して円形リングの環状セグメントの形状を有するブラシシール・ホルダを備える。ホルダは、環状後板および環状前板を有し、後および前板はそれぞれ前記リングの長さ方向軸線と概して同軸に心合わせされ、またそれぞれ概して長さ方向軸線に面する内側円周方向縁を有する。ブラシシール・セグメントは、また、前記後板と前板の間に長さ方向に配置された複数のブリッスルを備える。ほぼすべてのブリッスルの自由端が後板の縁および前板の縁を越えて延在する。後板の縁は前板の縁より長さ方向軸線近くまで延在する。前板はその縁まで延在する部分を含み、この縁まで延在する部分はブリッスルから長さ方向に離間しており、かつその縁に、ブリッスルからほぼ長さ方向に遠ざかる方に突出する棚板を有する。
【０００７】
本発明から多くの効果と利点がえられる。本発明の第１および第２の実施態様においては、工学的な検討から明らかになるように、前板の貫通孔は、細分流が貫通孔を通過し、これにより前板とブリッスルの間の空間から、これらの貫通孔がなければブリッスルの自由端近くで同空間に侵入する乱流を追い出すことを可能にし、したがって、ブリッスルの自由端にあたる流れが一層安定なものとなるので、ブリッスルの自由端が減衰され、その結果ブリッスルの自励振動（フラッタ）が少なくなり、ブラシシールの摩耗耐性が増加する。本発明の第３および第４の実施態様においては、工学的な検討から明らかになるように、前板の上流に延在する棚板が乱流をチャネル流とし、したがって、ブリッスルの自由端にあたる流れが一層安定なものとなるので、ブリッスルの自由端が減衰され、その結果ブリッスルの自励振動が少なくなり、ブラシシールの摩耗耐性が増加する。
【０００８】
【発明の詳細な記述】
図１に、この発明の好適な実施態様によるブラシシール・セグメント１０を、他の５つの同一なブラシシール・セグメント１２，１４，１６，１８および２０とともに線図的に示す。これらのブラシシール・セグメントのすべてが円周方向に配列されて環状ブラシシール２２を画定する。図２に、ガスタービン・アセンブリ２４（図２にはその一部のみを図示）に据え付けたブラシシール・セグメントの一つ１０を示す。このガスタービン・アセンブリ２４は、ロータ２６と、このロータ２６から半径方向に離間されてロータ２６を円周方向に包囲するケーシング２８とを有する。ブラシシール・セグメント１０は、ロータ２６とケーシング２８間の環状間隙内に配置されている。ブラシシール・セグメント１０はケーシング２８に取り付けられている。なお、ブラシシール・セグメント１０は、蒸気タービンなど他のどのような回転機械にも配置することができる。
【０００９】
図面に示す本発明の第１の実施態様においては、ブラシシール・セグメント１０は、縁３２を有するブラシシール後板３０と、縁３６を有するブラシシール前板３４と、それぞれ自由端４０を有する複数のブラシシール・ブリッスル３８とを備える。ブリッスル（剛毛）３８は、後板３０と前板３４との間に配置され、ほぼすべてのブリッスル３８の自由端４０が後板３０の縁３２および前板３４の縁３６を越えて延在する。前板３４は、その縁３６まで延在する部分４２を含み、この縁まで延在する部分４２がブリッスル３８から離間している。この前板３４の縁まで延在する部分４２に貫通孔４４，４６が配列されている
ある設計例では、ブラシシール・セグメント１０は１つの前板３４しかもたず、別の設計例では、前板３４が手で曲がらない（剛固な）前板３４である。ここで「手で曲がらない」とは、平均的な強さの大人の手で前板３４をたわませることができないことを意味する。単一の剛固な前板は、乱流ガス流中で望ましくない自励振動（フラッタ）を生じにくく、また輸送や装着時また近傍のタービン部品のメンテナンス時に損傷を受けにくい。１例では、貫通孔４４および４６には、長さが前板３４の縁まで延在する部分４２からブリッスル３８までの距離より長い第１孔４４が含まれる。相対的に長い第１孔４４はガスの細分流をチャネル流とし、ブリッスル３８への相対的に短い出口距離は第１孔４４からチャネル流とされたガスの細分流がブリッスル３８にぶつかる衝撃の制御を改良する。図面から明らかなように、前板３４の縁まで延在する部分４２にもっとも近いブリッスル３８はほぼ平面内にある。別の例では、第１孔４４がその平面に対してほぼ直角に配向されている。１適用例では、第１孔４４が、ブラシシール・セグメント１０の正面（すなわち下流向き）図の図面（図１のような）で見える貫通孔４４および４６のすべてである。
【００１０】
図面に示す本発明の第２の実施態様では、ブラシシール・セグメント１０は、概して円形リングの環状セグメントの形状を有するブラシシール・ホルダ４８を含む。ここで５０はリングの長さ方向軸線を示す。ブラシシール・ホルダ４８は、環状ブラシシール後板３０および環状ブラシシール前板３４を有し、後および前板はそれぞれ概して軸線５０とほぼ同軸に心合わせされ、またそれぞれ概して軸線５０に面する内側円周方向縁３２および３６を有する。ブラシシール・セグメント１０はまた、それぞれ自由端４０を有する複数のブラシシール・ブリッスル３８を含む。ブリッスル３８は後板３０と前板３４の間に長さ方向に配置され、各ブリッスル３８の自由端４０が後板３０の縁３２および前板３４の縁３６を越えて延在する。後板３０の縁３２は前板３４の縁３６より軸線５０近くまで延在している。前板３４はその縁３６まで延在する部分４２を含み、この縁まで延在する部分４２はブリッスル３８から長さ方向に離間している。前板３４の縁まで延在する部分４２には、貫通孔４４および４６が配列されている。
【００１１】
ある設計例では、ブラシシール・セグメント１０は１つの前板３４しかもたず、別の設計例では、前板３４が手で曲がらない（剛固な）前板３４である。単一の剛固な前板は、乱流ガス流中で望ましくないフラッタを生じにくく、また輸送や装着時また近傍のタービン部品のメンテナンス時に損傷を受けにくい。１例では、貫通孔４４および４６には、長さが前板３４の縁まで延在する部分４２からブリッスル３８までの距離より長い第１孔４４が含まれる。相対的に長い第１孔４４はガスの細分流をチャネル流とし、ブリッスル３８への相対的に短い出口距離は第１孔４４からチャネル流とされたガスの細分流がブリッスル３８にぶつかる衝撃の制御を改良する。別の例では、第１孔４４が軸線５０にほぼ平行に配向されている。１適用例では、ブラシシール・セグメント１０の正面（すなわち下流向き）図の図面（図１のような）で見える貫通孔４４および４６のすべてが第１孔４４である。
【００１２】
図面に示す本発明の第３の実施態様においては、ブラシシール・セグメント１０は、縁３２を有するブラシシール後板３０と、縁３６を有するブラシシール前板３４と、それぞれ自由端４０を有する複数のブラシシール・ブリッスル３８とを備える。ブリッスル３８は、後板３０と前板３４との間に配置され、ほぼすべてのブリッスル３８の自由端４０が後板３０の縁３２および前板３４の縁３６を越えて延在する。前板３４は、その縁３６まで延在する部分４２を含み、この縁まで延在する部分４２がブリッスル３８から離間している。この前板３４の縁まで延在する部分４２はその縁３６に、ブリッスル３８からほぼ遠ざかる方に突出する棚板（レッジ）５２を有する。
【００１３】
ある設計例では、ブラシシール・セグメント１０は１つの前板３４しかもたず、別の設計例では、前板３４が手で曲がらない（剛固な）前板３４である。単一の剛固な前板は、乱流ガス流中で望ましくないフラッタを生じにくく、また輸送や装着時また近傍のタービン部品のメンテナンス時に損傷を受けにくい。別の設計例では、図面からわかるように、前板３４の縁まで延在する部分４２にもっとも近いブリッスル３８はほぼ平面内にある。前板３４の縁まで延在する部分４２はこの平面に直角な方向に厚さを有し、前板３４の縁まで延在する部分４２の棚板５２の厚さは前板３４の縁まで延在する部分４２の残りの部分の厚さの２倍以上である。長い棚板５２は乱流ガス流をチャネル流とし、望ましくないブリッスルのフラッタを少なくする。１例では、前板３４の縁まで延在する部分４２に貫通孔４４および４６が配列されている。棚板５２以外の縁まで延在する部分４２に第１孔４４が配列され（棚板を除いては図面に示す本発明の第１および第２実施態様において説明したように）、そして縁まで延在する部分４２の棚板５２に第２孔４６が配列されている。第２孔４６はそれぞれ、第２孔から出てくるガスの細分流を適当な方向に向けて、他の流れがなければ、ブリッスル３８の自由端４０に衝突させるように、配向されている。別の例では、ブラシシール・セグメント１０の半径方向内向きに見た図（図示せず）および半径方向外向きに見た図（図示せず）で見える貫通孔４４および４６が第２孔４６だけである。このように配向された第２孔４６は、望ましくない乱流が前板３４およびブリッスル３８間の空間に進入するのを防止するのに役立ち、望ましくないブリッスルのフラッタを軽減する。
【００１４】
図面に示す本発明の第４の実施態様では、ブラシシール・セグメント１０は、概して円形リングの環状セグメントの形状を有するブラシシール・ホルダ４８を含む。ここで５０はリングの長さ方向軸線を示す。ブラシシール・ホルダ４８は、環状ブラシシール後板３０および環状ブラシシール前板３４を有し、後および前板はそれぞれ概して軸線５０とほぼ同軸に心合わせされ、またそれぞれ概して軸線５０に面する内側円周方向端縁３２および３６を有する。ブラシシール・セグメント１０はまた、それぞれ自由端４０を有する複数のブラシシール・ブリッスル３８を含む。ブリッスル３８は後板３０と前板３４の間に長さ方向に配置され、ほぼすべてのブリッスル３８の自由端４０が後板３０の縁３２および前板３４の縁３６を越えて延在する。後板３０の縁３２は前板３４の縁３６より軸線５０近くまで延在している。前板３４はその縁３６まで延在する部分４２を含み、この縁まで延在する部分４２はブリッスル３８から長さ方向に離間している。この前板３４の縁まで延在する部分４２はその縁３６に、ブリッスル３８からほぼ長さ方向に遠ざかる方に突出する棚板（レッジ）５２を有する。
【００１５】
ある設計例では、ブラシシール・セグメント１０は１つの前板３４しかもたず、別の設計例では、前板３４が手で曲がらない（剛固な）前板３４である。単一の剛固な前板は、乱流ガス流中で望ましくないフラッタを生じにくく、また輸送や装着時また近傍のタービン部品のメンテナンス時に損傷を受けにくい。別の設計例では、図面からわかるように、前板３４の縁まで延在する部分４２にもっとも近いブリッスル３８はほぼ平面内にある。前板３４の縁まで延在する部分４２はその平面に直角な（すなわち、軸線５０に平行な）方向に厚さを有し、前板３４の縁まで延在する部分４２の棚板５２の厚さは前板３４の縁まで延在する部分４２の残りの部分の厚さの２倍以上である。長い棚板５２は乱流ガス流をチャネル流とし、望ましくないブリッスルのフラッタを少なくする。１例では、前板３４の縁まで延在する部分４２に貫通孔４４および４６が配列されている。棚板５２以外の部分４２に第１孔４４が配列され（棚板を除いては図面に示す本発明の第１および第２実施態様において説明したように）、そして部分４２の棚板５２に第２孔４６が配列されている。第２孔４６はそれぞれ、第２孔から出てくるガスの細分流を適当な方向に向けて、他の流れがなければ、ブリッスル３８の自由端４０に衝突させるように、配向されている。別の例では、ブラシシール・セグメント１０を半径方向内向きに見た図（図示せず）および半径方向外向きに見た図（図示せず）で見える貫通孔４４および４６は第２孔４６だけである。このように配向された第２孔４６は、望ましくない乱流が前板３４およびブリッスル３８間の空間に進入するのを防止するのに役立ち、望ましくないブリッスルのフラッタを軽減する。
【００１６】
図面に示す本発明のいずれの実施態様においても、ブリッスル３８は、軸線５０から各ブリッスル３８に外向きに延在する半径方向直線（図示せず）に関してほぼ同一の角度に傾斜している。１例ではブリッスル３８の角度は約４５度である。代表的な構成では、後板３０および前板３４それぞれは一体構造で、本質的にステンレス鋼などの金属または合金からなる。ブリッスル３８は、代表的には、コバルト基合金ワイヤブリッスルなどの金属ワイヤまたはセラミックワイヤのブリッスルからなる。１構成例では、金属ワイヤブリッスル３８をブラシシール・ホルダ４８に溶接により取り付ける（このような溶接部は図示の都合上図面から省略）。図２から明らかなように、ブラシシール・セグメント１０は高圧側５４と低圧側５６とを有し、ブラシシール・ホルダ４８の半径方向外側部分はケーシング２８に取り付けられ（たとえばブラシシール・セグメント１０をケーシング２８のスロット５８に係合することにより）、ブリッスル３８の内向きに突出する自由端４０（図２に見えるように）はロータ２６の近くに配置されている（１適用例ではロータ２６にまさに接触するように配置されている）。後板３０は下流板であり、前板３４は上流板である。ガス流はブラシシール・セグメント１０の高圧側５４から低圧側５６に流れる。前述したように、ブラシシール・セグメント１０は長さ方向軸線５０を有する円形リングの環状セグメント（円弧区分）である。ここでは、具体的には、円形リングは図１に示す環状ブラシシール２２であるとみなすことができる。図面に示したブラシシール・セグメント１０の実施例は、貫通孔４４および４６と棚板５２とを設けた部分４２を有するが、本発明はこれに限定されず、部分４２が貫通孔４４を有するが棚板５２をもたない設計例や、部分４２が棚板５２を有するが貫通孔４４および／または４６をもたない設計例などを包含する。
【００１７】
以上本発明の実施例のいくつかの態様を説明したが、これは例示のためにすぎない。これらは全てを網羅しているわけではなく、また本発明を開示したとおりの形態に限定しようとするものでもなく、上述した教示内容から種々の変更や改変が可能である。本発明の要旨は特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラシシール・セグメントの実施例の線図的正面（すなわち下流向きに見た）図で、同セグメントを他の同じブラシシール・セグメントと円周方向に配列して環状ブラシシールを画定した状態を示す。
【図２】図１のブラシシールの１セグメントの図１の２−２線方向に見た断面図で、ガスタービンアセンブリに据え付けたブラシシール・セグメントを示す。
【図１】
0004678914.tif 000002
【図２】
0004678914.tif 000003