(57)【要約】      （修正有）【課題】過渡摩擦を回避するためにターボ機械で使用する浮遊パッキンリング組立体を提供すること。【解決手段】ターボ機械において回転部品１０２と静止部品１０４との間で使用するためのパッキンリング組立体１００が開示され、本組立体は、弓形パッキンリングケーシング１０６と、該パッキンリングケーシング１０６内に少なくとも部分的に位置付けられた弓形パッキンリングセグメント１１０と、圧力状態に応答して、第１の位置と第２の位置との間で回転部品１０２に対するパッキンリングセグメント１１０の軸方向の移動を可能にするよう構成された抵抗部品１１８とを含む。【選択図】図３
2012031996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械において回転部品（１０２）と静止部品（１０４）との間で使用するためのパッキンリング組立体（１００）であって、
環状溝（１０８）を有する弓形パッキンリングケーシング（１０６）と、
取付部分（１１２）及びシール部分（１１４）を有し、前記取付部分（１１２）が前記環状溝（１０８）内に少なくとも部分的に位置付けられ、前記シール部分（１１４）が前記回転部品（１０２）に隣接している弓形パッキンリングセグメント（１１０）と、
圧力状態に応答して、第１の位置と第２の位置との間で前記回転部品（１０２）に対するパッキンリングセグメント（１１０）の軸方向の移動を可能にするよう構成された抵抗部品（１１８）と
を備えるパッキンリング組立体。
【請求項２】
前記抵抗部品（１１８）が、バネ及びベローズからなる群から選択される、請求項１記載のパッキンリング組立体。
【請求項３】
前記シール部分（１１４）が、前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）から前記回転部品（１０２）に向かって半径方向に延在する複数の歯状部（１１６ａ、１１６ｂ）を含み、前記複数の歯状部（１１６ａ、１１６ｂ）が、第１の長さを有する歯状部（１１６ａ）の第１のセットと、第２の長さを有する歯状部（１１６ｂ）の第２のセットとを含み、前記第１の長さが前記第２の長さよりも長く、前記回転部品（１０２）の表面が、少なくとも３つの半径（Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３）を有する表面を含み、半径Ｒ１が半径Ｒ２よりも大きく、半径Ｒ２が半径Ｒ３よりも大きく、前記第１の位置において、前記歯状部（１１６ａ）の第１のセットが半径Ｒ３を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接し且つ前記歯状部（１１６ｂ）の第２のセットが半径Ｒ２を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接しており、前記第２の位置において、前記歯状部（１１６ａ）の第１のセットが半径Ｒ２を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接し且つ前記歯状部（１１６ｂ）の第２のセットが半径Ｒ１を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接している、請求項１記載のパッキンリング組立体。
【請求項４】
前記第１の位置にある前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）に応答して、前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）と前記回転部品（１０２）との間のクリアランスが、前記第２の位置において前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）と前記回転部品（１０２）との間のクリアランスよりも大きい、請求項３記載のパッキンリング組立体。
【請求項５】
前記弓形パッキンリングケーシング（１０６）が更に、該弓形パッキンリングケーシング（１０６）の第１の側部から前記環状溝（１０８）の第１の軸面に延在する開口（１０２）を含み、前記開口（１２０）は、前記ターボ機械の作動流体が前記開口（１２０）を通って前記環状溝（１０８）に進み、前記弓形パッキンリングケーシング（１０６）と接触することができるように構成される、請求項１記載のパッキンリング組立体。
【請求項６】
前記圧力状態が、前記ターボ機械の負荷の約３０％である、前記環状溝（１０８）内の圧力を含む、請求項１記載のパッキンリング組立体。
【請求項７】
前記環状溝（１０８）内の圧力状態を制御するために前記ターボ機械の作動流体を前記弓形パッキンリングケーシング（１０６）の周囲に配向する流体バイパスシステム（１２９）を更に備え、前記流体バイパスシステム（１２９）が更に、該流体バイパスシステム（１２９）を通る流量を制御するバルブ（１３６）を含む、請求項１記載のパッキンリング組立体。
【請求項８】
実質的に円筒形の回転部品（１０２）と、
パッキンリング組立体（１００）を含む静止部品（１０４）と、
を備えるターボ機械であって、前記パッキンリング組立体（１００）が、
環状溝（１０８）を有する弓形パッキンリングケーシング（１０６）と、
取付部分（１１２）及びシール部分（１１４）を有し、該取付部分（１１２）が前記環状溝（１０８）内に少なくとも部分的に位置付けられ、前記シール部分（１１４）が前記回転部品（１０２）に隣接している弓形パッキンリングセグメント（１１０）と、
圧力状態に応答して第１の位置と第２の位置との間で前記回転部品（１０２）に対して軸方向の前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）の移動を可能にするよう構成された抵抗部品（１１８）と
を備える、ターボ機械。
【請求項９】
前記シール部分（１１４）が、前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）から前記回転部品（１０２）に向かって半径方向に延在する複数の歯状部（１１６ａ、１１６ｂ）を含み、前記複数の歯状部（１１６ａ、１１６ｂ）が、第１の長さを有する歯状部（１１６ａ）の第１のセットと、第２の長さを有する歯状部（１１６ｂ）の第２のセットとを含み、前記第１の長さが前記第２の長さよりも長く、前記回転部品（１０２）の表面が、少なくとも３つの半径（Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３）を有する表面を含み、半径Ｒ１が半径Ｒ２よりも大きく、半径Ｒ２が半径Ｒ３よりも大きく、前記第１の位置において、前記歯状部（１１６ａ）の第１のセットが半径Ｒ３を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接し且つ前記歯状部（１１６ｂ）の第２のセットが半径Ｒ２を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接しており、前記第２の位置において、前記歯状部（１１６ａ）の第１のセットが半径Ｒ２を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接し且つ前記歯状部（１１６ｂ）の第２のセットが半径Ｒ１を有する前記回転部品（１０２）の表面に隣接している、請求項８記載のターボ機械。
【請求項１０】
前記弓形パッキンリングケーシング（１０６）が更に、該弓形パッキンリングケーシング（１０６）の第１の側部から前記環状溝（１０８）の第１の軸面に延在する開口（１０２）を含み、前記開口（１２０）は、前記ターボ機械の作動流体が前記開口（１２０）を通って前記環状溝（１０８）に進み、前記弓形パッキンリングケーシング（１０６）と接触することができるように構成され、前記抵抗部品（１１８）が、前記弓形パッキンリングセグメント（１１０）の取付部分（１１２）と、前記少なくとも１つの開口（１２０）に軸方向に対向する前記環状溝（１０８）の第２の軸面との間に位置付けられる、請求項８記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、回転ターボ機械に関し、より詳細には、過渡摩擦を回避するためにターボ機械で使用する浮遊パッキンリング組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンなどの回転機械では、回転部品と静止部品の間にシールが設けられる。例えば、蒸気タービンでは、通常は、複数の弓形パッキンリングセグメントを設けて回転部品と静止部品の間に環状ラビリンスシールを形成する。典型的には、弓形パッキンリングセグメント（通常、環状シール当たりに４から６つ）は、機械の回転軸に同心の、及びひいては回転部品のシール表面に同心の静止部品の環状溝内に配置される。各弓形シールセグメントは、回転部品のシール表面と対向する弓形シール面を担持する。ラビリンス型シールにおいて、シール面は、軸方向に離間した歯状部の半径方向アレイを担持し、該歯状部は、回転部品のシール面を形成する軸方向に離間した環状歯状部のアレイから半径方向に間隔を置いて配置される。シール機能は、シール面歯状部及び回転部品の対向面により定められるラビリンスシール内の比較的狭いクリアランスを通って作動流体（例えば、蒸気）が通過するときに、該作動流体の乱流又は流量制限を生成することにより達成される。
【０００３】
回転機器と静止部品との間の物理的接触をすることなく適切なクリアランスを維持できることによって、効果的なシールの形成が可能になる。セグメントのシール面と回転部品の対向するシール面との間のこの半径方向クリアランスが過大になった場合には、流量制限の低下が生じ、シール作用が損なわれる。反対に、クリアランスが狭すぎる場合には、シール歯状部が回転要素と接触する可能性があり、その結果、先鋭な輪郭及び狭いクリアランスが失われた後、流量制限の低下が生じて、同様にシール作用が損なわれることになる。
【０００４】
過渡状態の間に所望のシールを生成及び維持し且つロータ及びパッキンリングに対する損傷を回避するために正圧可変クリアランスパッキンリングを用いることができ、例えば、このようなパッキンリングは、クリアランスを維持するためにロータの内外にパッキンリングを半径方向に後退させるバネ組立体が設けられた、米国特許第７３８４２３５号において開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３８４２３５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
ターボ機械において回転部品と静止部品との間で使用するためのパッキンリング組立体が開示され、本組立体は、弓形パッキンリングケーシングと、該パッキンリングケーシング内に少なくとも部分的に位置付けられた弓形パッキンリングセグメントと、圧力状態に応答して、第１の位置と第２の位置との間で回転部品に対するパッキンリングセグメントの軸方向の移動を可能にするよう構成された抵抗部品とを含む。一実施形態では、抵抗部品は、圧力状態がターボ機械の負荷の約３０％を含むときに移動可能にする。また、パッキンリングセグメントが第１の位置にあるときのパッキンリングセグメントと回転部品との間のクリアランスが、パッキンリングセグメントが第２の位置にあるときよりも大きいように、パッキンリングセグメントから延在する可変長歯状部を収容するための回転部品の変更した表面トポグラフィが開示される。
【０００７】
本開示事項の第１の態様は、ターボ機械において回転部品と静止部品との間で使用するためのパッキンリング組立体を提供し、本組立体が、環状溝を有する弓形パッキンリングケーシングと、取付部分及びシール部分を有し、取付部分が環状溝内に少なくとも部分的に位置付けられ、シール部分が回転部品に隣接している弓形パッキンリングセグメントと、圧力状態に応答して、第１の位置と第２の位置との間で回転部品に対するパッキンリングセグメントの軸方向の移動を可能にするよう構成された抵抗部品とを備える。
【０００８】
本開示事項の第２の態様は、ターボ機械を提供し、本ターボ機械が、実質的に円筒形の回転部品と、パッキンリング組立体を含む静止部品とを備え、該パッキンリング組立体が、環状溝を有する弓形パッキンリングケーシングと、取付部分及びシール部分を有し、該取付部分が環状溝内に少なくとも部分的に位置付けられ、シール部分が回転部品に隣接している弓形パッキンリングセグメントと、圧力状態に応答して第１の位置と第２の位置との間で回転部品に対して軸方向の弓形パッキンリングセグメントの移動を可能にするよう構成された抵抗部品とを含む。
【０００９】
本開示の例示した態様は、本明細書に記載した問題点及び／又は記載していないその他の問題点を解決するように設計されている。
【００１０】
本開示のこれらの及びその他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】当該技術分野で公知の例示的なターボ機械の部分断面図。
【図２】当該技術分野で公知のターボ機械の回転及び静止部品間で使用するパッキンリング組立体の断面図。
【図３】本発明の実施形態に係るターボ機械の回転及び静止部品間で使用するパッキンリング組立体の断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るターボ機械の回転及び静止部品間で使用するパッキンリング組立体の断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るターボ機械の回転及び静止部品間で使用するパッキンリング組立体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１３】
図１を参照すると、当該技術分野において公知のターボ機械５の一部が図示されている。ターボ機械５は、回転部品１２と静止部品１４との間にシールを形成するために複数の弓形パッキンリング組立体１０を含む。当該技術分野において公知のこのような１つのパッキンリング組立体１０が図２に示されている。図２に示すような組立体１０は、静止部品１４内に少なくとも部分的に位置付けられた少なくとも１つの弓形パッキンリングケーシング１６を含む。パッキンリングケーシング１６は環状溝１８を有する。また、環状溝１８内に少なくとも部分的に位置付けられた少なくとも１つの弓形パッキンリングセグメント２０も設けられる。組立体１０は更に、パッキンリングセグメント２０を移動させるバネ２２を含む。バネ２２は、パッキンリングケーシング１６とパッキンリングセグメント２０との間で、回転部品１２とは半径方向反対側にあるパッキンリングセグメント２０の側部上の環状溝１８内に位置付けられる。バネ２２は、パッキンリングセグメント２０が図２の矢印で示すように半径方向で、すなわち回転部品１２に対して往復移動できるように構成される。
【００１４】
図２に示すパッキンリングセグメント２０は更に、パッキンリングセグメント２０から回転部品１２に向かって半径方向に延在する複数の歯状部２４を含む。バネ２２が回転部品１２に対してリングセグメント２０を往復移動させると、歯状部２４は回転部品１２に対して往復移動する。回転部品１２はまた、回転部品１２の表面から延在する複数の突起２６を含むことができる。この構成は、一般にラビリンスシールと呼ばれ、これは、パッキンリングセグメント２０が回転部品１２に接近したときに、歯状部２４が突起２６に接近し、これによりターボ機械の作動流体を歯状部２４と突起２６との間の蛇行路に効果的に移動させることによって回転部品１２とパッキンリングセグメント２０との間に非接触シール作用が形成されることに起因する。
【００１５】
図３を参照すると、本発明の一実施形態に係るパッキンリングセグメント１１０が開示される。パッキンリング組立体１００は、ターボ機械（図１に部分的に示すターボ機械５）において実質的に円筒形の回転部品１０２（部分的に図示）と静止部品１０４との間で使用される。静止部品１０４は、環状溝１８を有する少なくとも１つの弓形パッキンリングケーシング１０６を含む。図３に示すように、パッキンリングケーシング１０６は、上流側軸面１２２及び下流側軸面１２４を有する。環状溝１０８はまた、上流内側軸面１２６（上流側軸面１２２に軸方向に対向する）と、下流内側軸面１２８（下流側軸面１２４に軸方向に対向する）とを有する。パッキンリング組立体１００は更に、取付部分１１２及びシール部分１１４を有する少なくとも１つの弓形パッキンリングセグメント１１０を含み、該取付部分１１２は環状溝１０８内に部分的に位置付けられ、シール部分１１４は、回転部品１０２に隣接している。
【００１６】
シール部分１１４は更に、パッキンリングセグメント１１０から回転部品１０２に向かって半径方向に延在する少なくとも１つのシール部材１１７を含むことができる。図３は、回転部品１０２に向かって半径方向に延在する複数の歯状部１１６ａ、１１６ｂとして少なくとも１つのシール部材１１７を示しているが、本発明の実施形態ではあらゆる公知のシール手段を用いてもよい。例えば、シール部材１１７は、リーフシール、ブラシシール、ラビリンスシール（Ｈｉ−Ｌｏ、直線／平滑、スラント／平滑、Ｈｉ−Ｌｏ／平滑タイプのラビリンスシール）、フィンガシール、コンプライアントシール、シングルシール、ハニカムシール、アブレイダブルシール、又は回転及び静止部品間の他の何れかの現在公知の又は将来発見されるシール手段とすることができる。また、本発明の実施形態は、根元シール、先端シール、及び端部パッキンなどのシールを必要とするターボ機械の種々の領域、並びにターボ機械の中央パッキン領域に適用できる点は理解される。
【００１７】
パッキンリング組立体１００は更に、回転部品１０２に対して軸方向のパッキンリングセグメント１１０の移動を可能にする抵抗部品１１８を含む。一実施形態では、抵抗部品１１８は、パッキンリングセグメント１１０の取付部分１１２と環状溝１０８の下流内側軸面１２８との間で環状溝１０８内に位置付けられる。抵抗部品１１８は、取付部分１１２又はパッキンリングケーシング１０６、或いはその両方に結合することによって環状溝１０８内に位置付けることができる。従って、抵抗部品１１８の一部がパッキンリングケーシング１０６に取り付けられ、抵抗部品１１８の一部が取付部分１１２に取り付けられると、取付部分１１２は環状溝１０８内で懸下され、すなわち浮遊されるので、抵抗部品１１８は、パッキンリングセグメント１１０を少なくとも部分的に支持することができる。パッキンリング１１０は、ターボ機械を流れる作動流体の圧力及び抵抗部品１１８の剛性によってパッキンリングケーシング１０６において軸方向に位置付けられ、すなわち浮遊することができるので、パッキンリング組立体１００は「浮遊」シール構成と呼ばれる。抵抗部品１１８の何らかの公知の取り付け手段を用いることができ、これには、溶接、ろう付け、接着、拡散接合、並びに限定ではないが、ダブテール継手、カマ継手、可撓性滑り継手、ネジ孔、スクリュー又はナットもしくはボルトを含む機械的継手が含まれる。
【００１８】
抵抗部品１１８は、パッキンリングセグメント１１０が回転部品１０２に対して第１と第２の位置の間を軸方向に移動できるように構成可能な何れかの公知の手段を含むことができる。好適な手段は、油圧、空気圧、又は電磁気による抵抗部品を含むことができ、該抵抗部品は、圧力条件に応答して圧縮又は移動し、パッキンリングセグメント１１０を軸方向に移動させることができるように構成される。例えば、本明細書でより詳細に検討されるように、図３は、環状溝１０８内に位置付けられたバネ１１８を示し、バネ１１８は、パッキンリングセグメント１１０を第１の位置（図３）に維持し、次いで環状溝１０８内の圧力状況に応答して、バネ１１８により、パッキンリングセグメント１１０が第２の位置（図４）に軸方向で移動できるように構成される。１つの実施例において、バネ１１８は、圧縮及び移動可能にするのにターボ機械負荷の約３０％の作動力を必要とするような剛性を有することができ、従って、圧力条件は、ターボ機械負荷の約３０％の環状溝１０８内の圧力を含むことができる。この実施形態に類似した構成で使用できる抵抗部品１１８の別の実施例は、バネと同様に圧縮及び圧縮解除をするベローズである。１つの抵抗部品１１８の使用を本明細書で検討し、図３〜５に図示しているが、１以上の好適な手段を用いてもよい点は理解される。抵抗部品１１８は、装着時に圧縮可能又は引張可能とすることができる。
【００１９】
本明細書で検討するように、抵抗部品１１８は、環状溝１０８内の圧力条件に応答して、抵抗部品１１８によりパッキンリングセグメント１１０が軸方向に移動できるように構成することができる。一実施形態では、この圧力条件は受動的に制御することができる。
例えば、パッキンリングケーシング１０６は更に、パッキンリングケーシング１０６の上流側軸面１２２から環状溝１０８の上流内側軸面１２６に延在する少なくとも１つの開口１２０を含むことができ、開口１２０は、ターボ機械の作動流体ＯＦが開口１２０を通って環状溝１０８に進み、パッキンリングセグメント１１０の取付部分１１２と接触できるように構成される。開口１２０は、何らかの所望の形状又は構成の開口又は孔を含むことができ、必要に応じてパッキンリングケーシング１０６内に位置付けることができる。図３は、パッキンリングケーシング１０６の上流側面１２２から環状溝１０８の上流内側軸面１２６に実質的に軸方向に開口１２０が延在する１つの構成を示しており、抵抗部品１１８は、取付部分１１２と、開口１２０に軸方向に対向するパッキンリングケーシング１０６の下流内側軸面１２８との間に位置付けられる。１つの開口１２０が図３に示されているが、本発明の実施形態に沿ってパッキンリングケーシング１０６に複数の開口１２０を含めることができる点は理解される。加えて、開口１２０は、パッキンリングケーシング１０６を通る実質的に軸方向（図３に示す）とは異なる角度に向けることができる点は理解される。また、開口１２０及び抵抗部品１１８の位置は、設計要求に基づいて入れ替えることもできる。
【００２０】
ターボ機械の作動流体（ＯＦ）は、開口１２０（図３の矢印「ＯＦ」で示される）を通って進み環状溝１０８に流入し、環状溝１０８内の圧力状態を変化させることができる。圧力状態に応答して、抵抗部品１１８によりパッキンリングセグメント１１０が軸方向に移動可能になる。例えば、抵抗部品１１８は、移動を可能にするためにターボ機械負荷の約３０％の作動力を必要とする可能性があり、すなわち、圧力状態がターボ機械負荷の約３０％の作動流体の力を含むときには、抵抗部品１１８が移動を可能にし（例えば、バネ又はベローズの形態であるときに圧縮又は圧縮解除することによって）、パッキンリングセグメント１１０は、第１の位置から第２の位置（図３から図４）に軸方向に移動することができる。換言すると、環状溝１０８内の圧力がターボ機械負荷の約３０％を上回ると、抵抗部品１１８は移動を可能にせず、パッキンリングセグメント１１０は第１の位置に留まる（図３）。環状溝１０８内の圧力がターボ機械負荷の約３０％に達すると、抵抗部品１１８が移動を可能にし、パッキンリングセグメント１１０が第２の位置（図４）に移動する。
【００２１】
図４を参照すると、抵抗部品１１８が移動を可能にしてパッキンリングセグメント１１０が第２の位置（図４）にあるときのパッキンリング組立体１００が示されている。換言すると、パッキンリングセグメント１１０は、回転部品１０２に対して軸方向に移動している。パッキンリングセグメント１１０のこの軸方向の移動は、図３及び４において両矢印で例示されている。パッキンリングセグメント１１０が第１の位置（図３）にあるときには、パッキンリングセグメント１１０のシール部材１１７と回転部品１０２との間のクリアランスＣ１は、パッキンリングセグメント１１０が第２の位置にあるときのパッキンリングセグメント１１０のシール部材１１７と回転部品１０２との間のクリアランスＣ２よりも大きい。従って、シール部材１１７は、パッキンリングセグメント１１０が第２の位置にあるときは回転部品１０２により接近している。
【００２２】
図３を再度参照すると、シール部材１１７及び回転部品１０２の構成はまた、本開示の実施形態に係る既存のラビリンスシール構成から修正することができる。例えば、シール部材１１７は、可変長の複数の歯状部１１６ａ、１１６ｂを含むことができ、回転部品１０２の表面は、歯状部１１６ａ、１１６ｂの可変長に対応するような複数の谷及び山を含むように修正することができる。換言すると、図３に示すように、歯状部１１６は、第１の長さを有する歯状部１１６ａの第１のセットと、第２の長さを有する歯状部１１６ｂの第２のセットを含むことができ、ここで第１の長さは第２の長さよりも長い。歯状部１１６ａの第１のセット（長い歯状部）は、図３に示すように歯状部１１６ｂの第２のセット（短い歯状部）と交互配置することができ、或いは、何らかの所望のパターンで配列してもよい。加えて、回転部品１０２の表面トポグラフィは、少なくとも３つの異なる半径Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３を含めるよう変更することができ、図３及び４に示すように、半径Ｒ１は半径Ｒ２よりも大きく、半径Ｒ２は半径Ｒ３よりも大きい。
【００２３】
本明細書で検討されるパッキンリングセグメント１１０の軸方向の移動により、可変長歯状部１１６ａ、１１６ｂ及び可変表面トポグラフィを備えた回転部品１０２が、パッキンリングセグメント１１０と回転部品１０２との間にシール構成を提供するように相互作用することができる。図３に示すように、パッキンリングセグメント１１０が第１の位置にあるときに、歯状部１１６ａの第１のセットが半径Ｒ３を有する回転部品１０２の表面に隣接し、歯状部１１６ｂの第２のセットが半径Ｒ２を有する回転部品１０２の表面に隣接している。図４に示すように、パッキンリングセグメント１１０が第２の位置に軸方向に移動すると、歯状部１１６ａの第１のセットは、半径Ｒ２を有する回転部品１０２の表面に隣接し、歯状部１１６ｂの第２のセットは、半径Ｒ１を有する回転部品１０２の表面に隣接している。従って、図３及び４に示すように、パッキンリングセグメント１１０が第２の位置（図４）にあるときの歯状部１１６ａ、１１６ｂ間のクリアランスＣ２は、パッキンリングセグメント１１０が第１の位置（図３）にあるときの歯状部１１６ａ、１１６ｂ間のクリアランスＣ１よりも小さい。歯状部１１６ａ、１１６ｂを回転部品１０２の特定の表面に隣接しているものとして説明する場合、この関連における「隣接」とは、歯状部１１６ａ、１１６ｂが回転部品１０２の特定の表面の近くにあり又は近接しており、或いは、当該回転部品１０２の特定の表面と実質的に半径方向に整列していることを意味する点は理解される。
【００２４】
図３に示す第１の位置と図４に示す第２の位置との間でのパッキンリングセグメント１１０の軸方向の移動により、パッキンリングセグメント１１０との摩擦及び深刻な損傷を回避できるようになる。これにより、定常動作下でターボ機械のセクション効率の悪化を軽減できるようになる。詳細には、始動、シャットダウン、速度増加、負荷増大、前方流／逆流、トリップ、ターニングギア作動、及び振動レベルが高いときの低負荷のようなターボ機械の過渡条件の間、抵抗部品１１８は、パッキンシールセグメント１１０を第１の位置（図３）に維持して、パッキンシールセグメント１１０と回転部品１０２との間のより大きなクリアランスＣ１を維持するようにする。ターボ機械が正常作動モードにあると、例えば、ターボ機械を通って移動する作動流体が特定の圧力に達すると、抵抗部品１１８により、パッキンシールセグメント１１０の第２の位置（図４）への移動が、パッキンシールセグメント１１０と回転部品１０２との間の小さなクリアランスＣ２を提供できるようになる。
【００２５】
別の実施形態では、環状溝１０８内の圧力状態は、パッキンリングセグメント１１０を移動させるようアクティブに制御することができる。換言すると、圧力状態は、圧力状態をもたらすのに開口１２０を通る作動流体の自然流量に依存するのではなく、ある特定の圧力であるように操作することができる。例えば、図５に示すように、流体バイパスシステム１２９を用いて、ターボ機械の作動流体をパッキンリングセグメント１１０の周りに配向し、環状溝１０８内の圧力状態を制御するようにすることができる。この場合も同様に、本明細書で開示される受動的制御システムのように、流体バイパスシステム１２９を用いて環状溝１０８内の圧力状態を制御し、該環状溝１０８内の圧力が特定の圧力（例えば、ターボ機械負荷の約３０％）に達したときに、抵抗部品１１８が圧縮されてパッキンリングセグメント１１０が第２の位置に移動できるようにする。
【００２６】
流体バイパスシステム１２９は、ターボ機械の作動流体をパッキンリングセグメント１１０の周りに配向するよう構成された一連のパイプ又は導管を備えることができる。例えば、図５に示すように、流体バイパスシステム１２９は、パッキンリングセグメント１１０の上流側の静止部品１０４の位置にある入口１３２から、パッキンリングセグメント１１０の下流側の静止部品１０４の位置にある出口１３４まで延在する少なくとも１つの導管又はパイプ１３０を含むことができる。入口１３２は、通常は、パッキンリングセグメント１１０と回転部品１０２との間でターボ機械を通って、流体バイパスシステム１２９を介してパッキンリングセグメント１１０の周りに移動する作動流体を再配向するよう構成される。
【００２７】
少なくとも１つのバイパス制御バルブ１３６は、流体バイパスシステム１２９を通る流れを制御するため入口１３２と出口１３４との間に位置付けられる。バルブ１３６は、手動又は自動的に作動することができる。自動作動は、直接的又は機械コントローラとの連携の何れかとすることができる。バルブ１３６が開放されると、流体バイパスシステム１２９は、シール部材１１７と回転部品１０２との間の漏洩に比べて著しく小さな流れ抵抗をもたらす。これは、パッキンリングセグメント１１０前後の圧力低下を有意に軽減する結果となる。アクティブ作動の流体バイパスシステムの実施例は、米国特許公開２００８／０１６９６１６で開示されている。
【００２８】
本開示の実施形態を例証するためにラビリンスシールが本明細書の図に示されているが、当業者であれば理解されるように、本明細書で開示されるパッキンリング組立体１００は、限定ではないが、ブラシシール、リーフシール、フィンガシール、コンプライアントシール、シングルシール、ハニカムシール、及びアブレイダブルシールを含む、ターボ機械において回転及び静止部品間で使用されるあらゆるタイプのシールに用いることができる。
【００２９】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００３０】
特許請求の範囲における全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する構造、材料、作用及びその均等物は、特に特許請求したような他の特許請求した要素と組合せて機能を実行するあらゆる構造、材料又作用を含むことを意図している。本開示の記載は例示及び説明の目的で示してきたが、本開示を開示の形態のみを包含するものとすること或いはその形態に限定することを意図するものではない。本開示の技術的範囲及び技術思想から逸脱せずに多くの修正及び変更を行えることは、当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最も良く説明するようにまた企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解するのを可能にするように、選択しかつ説明してきた。
【符号の説明】
【００３１】
５  ターボ機械
１０，１００  パッキンリング組立体
１２，１０２  回転部品
１４，１０４  静止部品
１６，１０６  パッキンリングケーシング
１８，１０８  環状溝
２０，１１０  パッキンリングセグメント
２２  バネ
２４，１１６ａ，１１６ｂ  歯状部
１１２  取付部分
１１４  シール部分
１１７  シール部材
１１８  抵抗部品
１２０  開口
１２２  上流側軸面
１２４  下流側軸面
１２６  上流内側軸面
１２８  下流内側軸面
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  半径
１２９  流体バイパスシステム
１３０  導管又はパイプ
１３２  入口
１３４  出口
１３６  バイパス制御バルブ
【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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