(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（２４）を含む回転機械（１０）で使用するためのシール組立体（５２）であって、当該シール組立体（５２）が、
軸方向に延在する２次シール面（８０）を含むシールハウジング（５８）と、
前記シールハウジング（５８）に対して軸方向に移動できるように前記シールハウジング（５８）に結合された固定シールリング組立体（５６）であって、半径方向に延在する面シール面（７４）と反対側の第２の面とを有する固定シールリング組立体（５６）と、
前記第２の面に隣接する付勢リング（７２）であって、前記シールハウジング（５８）に対して軸方向に移動できるように前記シールハウジング（５８）に結合された付勢リング（７２）と、
前記付勢リング（７２）及び前記固定シールリング組立体（５６）の少なくとも一方に形成される第１の溝（１１６）内に配置されたシールリング（１０８）であって、前記２次シール面（８０）と２次シールを形成するよう構成されたシールリング（１０８）と、
前記付勢リング（７２）に形成される第２の溝（１１４）内に配置された第１の保護リング（１１０）であって、第１の保護リング（１１０）が、上流側面と下流側面とそれらの間に延在する半径方向内側面とを有していて、上流側面及び下流側面が共に、前記２次シール面（８０）と接触するように構成された鋭い先端部へとテーパが付けられた楔形断面形状を有しており、第１の保護リング（１１０）が、更に、第２の溝（１１４）の円筒形半径方向内側面から所定の距離で離隔した円筒形半径方向外側面を有していて、第２の溝（１１４）内で前記回転軸線（２４）の周りで回転することができる第１の保護リング（１１０）と
を備えており、前記付勢リング（７２）が前記回転軸線（２４）に沿って付勢されて、前記第１の保護リング（１１０）が前記２次シール面（８０）に沿って軸方向に移動して前記２次シール面（８０）の少なくとも一部からのデブリを除去できるように構成されている、シール組立体（５２）。
【請求項２】
当該シール組立体（５２）が、前記固定シールリング組立体（５６）に形成された第３の溝（１１８）内に配置された第２の保護リング（１１２）を更に備えており、第２の保護リング（１１２）が、前記２次シール面（８０）の少なくとも一部からデブリを除去できるように前記２次シール面（８０）に隣接して配置され、前記シールリング（１０８）が第１の保護リング（１１０）と第２の保護リング（１１２）との間に位置する、請求項１記載のシール組立体（５２）。
【請求項３】
前記第２の保護リング（１１２）が、前記回転軸線（２４）の周りで回転するように構成されている、請求項２記載のシール組立体（５２）。
【請求項４】
前記付勢リング（７２）と前記固定シールリング組立体（５６）とが一緒に前記第１の溝（１１６）を形成する、請求項１記載のシール組立体（５２）。
【請求項５】
前記付勢リング（７２）に結合された付勢部品（７０）を更に備えており、該付勢部品（７０）が、前記回転軸線（２４）に沿って前記付勢リング（７２）及び前記固定シールリング組立体（５６）を付勢して、前記第１の保護リング（１１０）及び前記固定シールリング組立体（５６）が前記回転軸線（２４）に沿って移動できるように構成される、請求項１記載のシール組立体（５２）。
【請求項６】
前記固定シールリング組立体（５６）が、主シールリング（９４）と対面関係で結合した支持リング（８４）を更に備えており、前記主シールリング（９４）が前記面シール面（７４）を有していて、前記支持リング（８４）が前記反対側の第２の面を有している、請求項１記載のシール組立体（５２）。
【請求項７】
前記固定シールリング組立体（５６）が、さらに該固定シールリング組立体（５６）に形成された少なくとも１つのアライメントスロット（６８）を更に備え、該少なくとも１つのアライメントスロット（６８）が、前記シールハウジング（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記載のシール組立体（５２）。
【請求項８】
前記第１の保護リング（１１０）が、前記２次シール面（８０）と接触してデブリの除去を可能にするよう構成された掃引エレメントを含む、請求項１記載のシール組立体（５２）。
【請求項９】
回転軸線（２４）を含む回転機械（１０）で使用するための面シール組立体（５２）であって、
半径方向に延在する第１の面シール面（６０）を有する回転シールリング（５４）と、
軸方向に延在する２次シール面（８０）を含むシールハウジング（５８）と、
前記シールハウジング（５８）に対して軸方向に移動できるように前記シールハウジング（５８）に結合された固定シールリング組立体（５６）であって、固定シールリング組立体（５６）が、主シールリング（９４）と対面関係で結合した支持リング（８４）を備えており、前記主シールリング（９４）が、前記第１の面シール面（６０）と面シールを形成するように構成された半径方向に延在する第２の面シール面（７４）を有している、固定シールリング組立体（５６）と、
前記支持リング（８４）に隣接する付勢リング（７２）であって、前記シールハウジング（５８）に対して軸方向に移動できるように前記シールハウジング（５８）に結合された付勢リング（７２）と、
前記付勢リング（７２）及び前記支持リング（８４）の少なくとも一方に形成される第１の溝（１１６）内に配置された２次シールリング（１０８）であって、前記２次シール面（８０）と２次シールを形成するよう構成された２次シールリング（１０８）と、
前記付勢リング（７２）に形成される第２の溝（１１４）内に配置された第１の保護リング（１１０）であって、第１の保護リング（１１０）が、上流側面と下流側面とそれらの間に延在する半径方向内側面とを有していて、上流側面及び下流側面が共に、前記２次シール面（８０）と接触するように構成された鋭い先端部へとテーパが付けられた楔形断面形状を有しており、第１の保護リング（１１０）が、更に、第２の溝（１１４）の円筒形半径方向内側面から所定の距離で離隔した円筒形半径方向外側面を有していて、第２の溝（１１４）内で前記回転軸線（２４）の周りで回転することができる第１の保護リング（１１０）と
を備えており、前記付勢リング（７２）が前記回転軸線（２４）に沿って付勢されて、前記第１の保護リング（１１０）が前記２次シール面（８０）に沿って軸方向に移動して前記２次シール面（８０）の少なくとも一部からのデブリを除去できるように構成されている、面シール組立体（５２）。
【請求項１０】
回転軸線（２４）を有する回転機械（１０）で使用するためのシール組立体（５２）を組み立てる方法であって、当該方法が、
軸方向に延在する２次シール面（８０）を含むシールハウジング（５８）を提供するステップと、
半径方向に延在する面シール面（７４）と反対側の第２の面とを有する固定シールリング組立体（５６）を、前記シールハウジング（５８）に対して軸方向に移動できるように前記シールハウジング（５８）に結合するステップと、
前記第２の面に隣接する付勢リング（７２）を、前記シールハウジング（５８）に対して軸方向に移動できるように前記シールハウジング（５８）に結合するステップと、
前記付勢リング（７２）及び前記固定シールリング組立体（５６）の少なくとも一方に形成される第１の溝（１１６）内にシールリング（１０８）を配置して、前記シールリング（１０８）と前記２次シール面（８０）とで２次シールを形成するステップと、
前記付勢リング（７２）に形成される第２の溝（１１４）内に、第１の保護リング（１１０）を配置するステップと
を含んでおり、
第１の保護リング（１１０）が、上流側面と下流側面とそれらの間に延在する半径方向内側面とを有していて、上流側面及び下流側面が共に、前記２次シール面（８０）と接触するように構成された鋭い先端部へとテーパが付けられた楔形断面形状を有しており、第１の保護リング（１１０）が、更に、第２の溝（１１４）の円筒形半径方向内側面から所定の距離で離隔した円筒形半径方向外側面を有していて、第２の溝（１１４）内で前記回転軸線（２４）の周りで第１の保護リング（１１０）回転することができ、前記付勢リング（７２）が前記回転軸線（２４）に沿って付勢されて、前記第１の保護リング（１１０）が前記２次シール面（８０）に沿って軸方向に移動して前記２次シール面（８０）の少なくとも一部からのデブリを除去できるように構成されている、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２次シール組立体に関する。
【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、貫通して延びた複数の所定の流体流路を有する。主（１次）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。一部の公知の回転機械においては、主流路の上流側に漏洩流路が存在する。少なくとも一部の回転機械においては、流体は、粒子デブリを含有して漏洩流路内に漏洩し、従って、機械効率を低下させ、有害な汚染物質が機械に導入される。流体は、回転機械の内部部品上に堆積して、流路の少なくとも一部の閉塞を引き起こす可能性があるデブリを排除するように注意深く監視及び制御しなければならない。
【０００３】
一部の回転機械は、漏洩流路において複数のシール組立体を使用して、回転機械の作動効率の向上を促進させる。一般に、公知のシール組立体は、漏洩流路において主シールと２次シールとを含む。主シールは、固定部品と回転部品との間に結合され、高圧区域と低圧区域との間にシールを提供する。２次シールは、固定部品内に位置付けられ、主シールの作動を促進するよう軸方向に移動可能である。回転機械の作動中、漏洩流内に含まれるデブリの一部は、２次シールの近傍に堆積し、回転機械の固定部品上に蓄積する。このデブリの蓄積は、２次シールの軸方向移動を阻止し、主シールの障害につながる可能性がある。主シールの障害により、回転機械の作動効率が低下する可能性がある。
【０００４】
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、漏洩シール組立体の保守整備は、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漏洩シール組立体は、回転シャフトから容易に分解されて、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、２次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、２次シール近傍の固定部品上にデブリ及び汚染物質の過度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】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８１４１４７６号明細書
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様において、回転軸線を含む回転機械と共に使用するためのシールリング組立体が提供される。シールリング組立体は、２次シール面を含むシールハウジングと、シールハウジングに結合された２次シール組立体とを含む。２次シール組立体は、シールリングを含み、該シールリングは、２次シール面と２次シールを形成するよう構成されている。２次シール組立体はまた、シールリングから上流側に位置する少なくとも１つの保護リングを含む。２次シール組立体は、軸線に沿って付勢されて、少なくとも１つの保護リングを付勢することにより、付勢中にシールリングが移動する２次シール面の少なくとも一部からのデブリの除去を可能にするように構成されている。
【０００７】
別の態様において、回転軸線を含む回転機械と共に使用するための面シール組立体が提供される。面シール組立体は、回転シールリングと、２次シール面を含むシールハウジングと、シールハウジングと回転シールリングとの間に結合され、回転シールリングと共に主シールを形成する固定シールリング組立体とを含む。固定シールリング組立体は、２次シール組立体を含み、該２次シール組立体が、シールハウジングに結合され、２次シール面と２次シールを形成するよう構成された２次シールリングを含む。２次シール組立体がまた、シールリングから上流側に位置する少なくとも１つの保護リングを含む。２次シール組立体は、軸線に沿って付勢されて、少なくとも１つの保護リングを付勢することにより、付勢中にシールリングが移動する２次シール面の少なくとも一部からのデブリの除去を可能にするように構成されている。
【０００８】
更に別の態様において、回転軸線を有する回転機械と共に使用するためのシールリング組立体を組み立てる方法が提供される。本方法は、２次シール面を含むシールハウジングを提供するステップと、シールリング及び少なくとも１つの保護リングを含む２次シール組立体を２次シール面の近傍でシールハウジングに結合するステップとを含む。シールリングは、シールハウジングに結合され、シールリング及び２次シール面が２次シールを形成する。少なくとも１つの保護リングがシールリングの上流側で結合され、２次シール組立体が、軸線に沿って付勢されて、少なくとも１つの保護リングを付勢することにより、付勢中にシールリングが移動する２次シール面の少なくとも一部からのデブリの除去を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な蒸気タービンエンジンの概略図。
【図２】図１の囲み部分２で定められる領域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される流体力学的面シールの概略断面図。
【図４】図３の囲み部分４で定められる領域の周りから見た、図３の流体力学的面シールと共に使用される２次シール組立体の一部の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で記載される例示的な組立体及び方法は、回転機械から外部環境への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、回転機械の性能を改善することができる、回転機械の固定部品に位置付けられた２次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２次シール組立体は、自浄式シール組立体であり、該シール組立体は、回転機械からの流体の漏洩を実質的に低減する少なくとも１つのシールリングと、シールリングの高圧側に位置付けられ、蒸気タービンエンジンにて使用される蒸気などのプロセス流体により固定部品内に堆積したデブリ及び汚染物質などの異物を連続的に除去する少なくとも１つの保護リングとを含む。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【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、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）とに水平方向で分けられる。蒸気タービンエンジン１０は、高圧（ＨＰ）蒸気入口導管２０及び低圧（ＬＰ）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。
【００１４】
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。
【００１５】
図２は、図１の囲み部分２で定められる領域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。
【００１６】
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、固有の流体力学的面シール組立体を含む。
【００１７】
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。面シール５２は更に、面シール５２の表面上に堆積して該面シール５２の作動効率の低下を引き起こす可能性がある、蒸気４０中の汚染物質又はデブリのような異物の堆積を低減する。
【００１８】
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１１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、固定シールリング組立体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組立体５６が共に主シール５５を形成する。
【００１９】
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２次主シール面７４内に形成することができる。
【００２０】
固定シールリング組立体５６は、主リング９４と、支持リング８４とを含み、これらは、回転防止、位置決め、及び取り付け機能を提供するエレメント７７により対面関係で共に結合される。主リング９４は、略ディスク形状であり、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と対面嵌合関係で回転シールリング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。
【００２１】
例示的な実施形態において、シールハウジング５８は、ケーシング１６の内側シェル４４に固定シールリング組立体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、以下で説明するように２次シール組立体１００を含み、該２次シール組立体１００により、シールリング組立体５６が、シールを提供しながら軸方向の並進で回転シールリング５４に動的に追従するよう軸方向に滑動できる。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、固定シールリング組立体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を含むことができる。固定シールリング組立体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。アライメントスロット６８は、主リング９４及び支持リング８４の各々の外側縁部上に形成される。或いは、固定シールリング組立体５６は、その外側縁部の周りで半径方向に離間して配置された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の主シールリング組立体５６が第１の主回転リング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。
【００２２】
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、固定シールリング組立体５６は、内側シェル４４に直接結合することができる。例示的な実施形態において、シールハウジング５８は、該シールハウジング５８の外形６２に沿って延びる構造シール７６と共に内側シェル４４に結合される。シールハウジング５８は、構造シール７６を受けるように構成された溝７８を含む。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、限定ではないが、Ｖ型又はＣ型金属リングなど、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。
【００２３】
例示的な実施形態において、バネなどの１又はそれ以上の付勢部品７０は、バネ座６４と、固定シールリング組立体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、固定シールリング組立体５６を回転リング５４から離れるように付勢して、回転可能シャフト１４が始動時に最初にシール面と接触することなく回転できる。或いは、付勢部品７０は、固定シールリング組立体５６を第１のシール部品５４に向けて付勢して、回転可能シャフト１４が最初にシール面と接触した状態で回転し始めるように構成することができる。
【００２４】
主リング９４は、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含み、該第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、プロセス流体（例えば、蒸気４０）の流れのための巡回又は蛇行流路を形成する。例示的な実施形態において、主リング９４及び支持リング８４は各々、設置を可能にするために少なくとも２つのエレメントに分割される。支持リング８４のセグメント継手は、主リング９４のセグメント継手からオフセットされている。この２層の固定シールリング組立体５６は、主リング９４のセグメント継手が支持リング８４の連続した面上に位置できるようにし、従って、セグメント継手の上に段部が存在する可能性を排除する。支持リング８４及び主リング９４の両方は、両側面上で所定の平坦度要件（典型的には０．００１インチ未満）を達成するために二重重ねにすることができる。例示的な実施形態において、支持リング８４及び付勢リング７２は、製造を容易にするために別個のエレメントである。或いは、これらは、分割される一体部分として製作することができる。
【００２５】
例示的な実施形態において、面シール５２は更に、固定シール組立体５６とシールハウジング５８との間に位置付けられた２次シール組立体１００を含む。２次シール組立体１００は、付勢部品７０により固定シールリング組立体５６と軸方向に付勢されるよう構成される。例示的な実施形態において、２次シール組立体１００は、複数のリング１０２を含み、該複数のリング１０２は、組み合わされて２次シール面８０からデブリを除去し、２次シール組立体１００の上流側１０４と下流側１０６との間の漏洩流体に対するシールを提供する。例示的な実施形態において、２次シール組立体１００は、シールハウジング５８と固定シールリング組立体５６との間にシールを形成する２次シールリング１０８を含み、該２次シールリング１０８は、蒸気の漏洩及び少なくとも１つの保護リング１１０に起因した圧力荷重を引き受ける。２次シールリング１０８は、２次シール組立体１００の上流側１０４と下流側１０６との間にシールを提供する。例示的な実施形態において、２次シールリング１０８はＯリングである。或いは、２次シールリング１０８は、例えば、ブラシシール、ピストンリング、又はテフロン（登録商標）リングなど、固定シールリング組立体５６がシールハウジング５８に対して軸方向に滑動できるタイプのシールとすることができる。２次シールリング１０８は、シールハウジング５８の２次シール面８０に対するシールを提供し、２次シール組立体１００の上流側１０４と下流側１０６並びにシールハウジング５８との間の蒸気４０の漏洩を阻止しながら、２次シール組立体１００が固定シールリング組立体５６と軸方向に移動して、熱膨張、スラスト反転、或いは製造公差によるシール面の揺動に起因した回転シールリング５４の移動に追従できる。
【００２６】
好ましくは、２次シール組立体１００は、２次シールリング１０８の上流側１０４上に位置する第１の保護リング１１０と、２次シールリング１０８の下流側１０６上に位置する第２の保護リング１１２とを含む。或いは、２次シール組立体１００は、２次シールリング１０８の上流側１０４上に第１の保護リング１１０のみを含むことができる。例示的な実施形態において、第１の保護リング１１０は、付勢リング７２上の溝１１４内で結合され、シールリング１０８は、同様に付勢リング７２上の第２の溝１１６内で結合される。第２の保護リング１１２は、固定シール組立体５６の支持リング８４上の溝１１８内で結合される。或いは、リング１０８，１１０、及び１１２は、３つのリング１０８，１１０、及び１１２全てが付勢リング７２又は支持リング８４に結合されるなど、任意の構成で付勢リング７２及び支持リング８４の溝内に結合することができる。
【００２７】
例示的な実施形態において、蒸気４０（図１に示す）の漏洩は、アライメントスロット６８とアライメント部材６６との間のギャップを通ってシールハウジング５８に流入する。次いで、蒸気４０は、付勢リング７２及び２次シールリング１０８に遭遇するまで上流側端部１０４に向かって２次シール面８０を越えて流れる。蒸気４０は、２次シールリング１０８に近接した２次シール面８０上に位置する粒子デブリを含有し、シール面８０上及びリング７２、８４、及び９４などの他の部品上に蓄積する可能性がある。粒子デブリの蓄積は、固定シールリング組立体５６、及びより具体的には２次シールリング１０８の軸方向の付勢を阻止する可能性がある。このような固着は、ロータシャフト１４と、２次シール組立体１００及び固定シールリング組立体５６の少なくとも１つとの間の接触につながり、これらの部品の何れかに対する損傷を生じる結果となる可能性がある。更に、２次シール組立体１００と固定シールリング組立体５６の固着は、主シール５５の障害につながる可能性があり、その結果、蒸気タービンエンジン１０（図１に示す）の作動効率が低下する可能性がある。
【００２８】
第１の保護リング１１０は、２次シールリング１０８の高圧の上流側１０４に位置付けられ、第２の保護リング１１２は、２次シールリング１０８の低圧の下流側１０６に位置付けられる。例示的な実施形態において、保護リング１１０、１１２は、２次シール面８０と接触状態にあり、蒸気４０によりシール面８０上に堆積された粒子デブリを除去するように構成される。２次シールリング１０８の上流側１０４が、下流側１０６よりもより多くの粒子デブリを含有するより高圧の蒸気４０に曝されるので、第１の保護リング１１０は、２次シールリング１０８の高圧の上流側１０４から粒子を除去する必要があるが、任意選択の第２の保護リング１１２は、２次シールリング１０８又は主シール５５の何れかを通過する残りの粒子を低圧の下流側１０６で除去するよう構成されている。付勢リング７２、支持リング８４、及び主リング９４が２次シール面８０にわたって付勢されると、第１及び第２の保護リング１１０、１１２は、軸方向で同時に付勢され、２次シールリング１０８が移動するシール面８０の一部からデブリを除去するのが可能となる。２次シール面８０からのデブリの除去により、２次シールリング１０８での密封シールが形成され、２次シール組立体１００が固着するのを防ぐことができる。
【００２９】
加えて、第１及び第２の保護リング１１０、１１２は、それぞれ溝１１４、１１８内で軸線２４の周りに回転するよう構成することができる。リング１１０、１１２は、付勢部品が作動状態でないときに回転し、リング１１０、１１２が軸方向に移動していないときにデブリの除去を可能にする。或いは、リング１１０、１１２は、付勢部品が作動状態であるときに回転し、リング１１０、１１２が軸方向に移動しているときに追加のデブリの除去を可能にするようにしてもよい。
【００３０】
例示的な実施形態において、第１の保護リング１１０は、上流側縁部１２０と、下流側縁部１２２と、これらの間に延びる半径方向内側面１２４とを含む。同様に、第２の保護リング１１２は、上流側縁部１２６と、下流側縁部１２８と、これらの間に延びる半径方向内側面１３０とを含む。上流側縁部１２０及び１２６、下流側縁部１２２及び１２８、並びに内側面１２４及び１３０のうちの少なくとも１つは、２次シール組立体１００の付勢中に２次シール面８０で軽く接触し、２次シール面８０からのデブリの除去を促進する。例示的な実施形態において、縁部１２０、１２２、１２６、及び１２８は、２次シール面８０からデブリを擦り落とすことを容易にする先鋭化先端部（図示せず）を含む。或いは、縁部１２０、１２２、１２６、及び１２８は、限定ではないが、鋸歯形状のような、本明細書で記載されるように２次シール組立体１００の作動を容易にする形状を有することができる。更に、縁部１２０、１２２、１２６、及び１２８、並びに内側面１２４及び１３０の各々は、ワイヤブリストルのように、２次シール組立体１００が部品７０により付勢されたときに２次シール面８０からの粒子デブリの除去を容易にする掃引エレメント（図示せず）を含むことができる。第１及び第２の保護リング１１０、１１２は、２次シール面８０と最小限の接触をし、リング１１０、１１２が面８０を清浄にすることだけを作動可能であり、圧力荷重を受けないようにし、リング１１０、１１２が固着するのを防ぐ。
【００３１】
本明細書で記載される組立体及び方法は、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２次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、２次シール組立体は、２次シールリングと、プロセス流体によりシールケーシング上に残る粒子デブリの蓄積を除去する、何れかの側上に位置する保護リングとを含む。２次シール組立体がシールハウジングの表面に沿って付勢されると、保護リングの縁部は、表面を掃引して、そこに残っているデブリ堆積物を除去し、これにより２次シールリング組立体の固着の阻止を可能にする。従って、保護リングを清浄にし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組立体及び方法は、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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】
【００３４】
１０  蒸気タービンエンジン
１１  入口側
１２  タービン段
１４  シャフト
１６  ケーシング
１８  上側半セクション
２０  蒸気入口導管
２２  蒸気排出導管
２４  中心軸線
２６  入口ボウル
３０  シャフト末端部分
３２  シール部材
３４  シール部材
３６  シール部材
３８  タービンブレード
４０  蒸気
４２  ステータ部品
４４  内側シェル
４８  入口ノズル
５０  漏洩領域
５２  面シール
５４  回転シールリング
５５  主シール
５６  固定シールリング組立体
５８  シールハウジング
６０  主シール面
６０  第１の主シール面
６１  溝
６２  外形
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
７６  構造シール
７７  エレメント
７８  溝
８０  ２次シール面
８４  支持リング
９４  主リング
１００  ２次シール組立体
１０２  複数のリング
１０４  上流側端部
１０６  下流側端部
１０８  ２次シールリング
１１０  第１の保護リング
１１２  第２の保護リング
１１４  溝
１１６  溝
１１８  溝
１２０  上流側縁部
１２２  下流側縁部
１２４  半径方向内側面
１２６  上流側縁部
１２８  下流側縁部
１３０  半径方向内側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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