(57)【要約】【課題】より小型の設計であり、タービンの静止構成要素と回転構成要素との間のコールドギャップをさらに狭くでき、シールの構成要素の組立および／または交換が容易である、効果的なハイブリッドシールを提供すること。【解決手段】回転構成要素と、回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間にシールを確立するためのハイブリッドシール保持体は、前方および後方の末端板部の間に保持され、静止構成要素に形成された第１の溝穴の中に据え付けられるように適合された第１のシール要素を含む。第２のシール要素が、前方または後方の末端板部の一方に形成された第２の溝穴の中に据え付けられている。上記第１のシール要素は、ブラシシールを形成する複数のブリストルを備え、上記第２のシール要素は、少なくとも１つのハニカムシールを備える。【選択図】図１
2013145051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転構成要素と、前記回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間にシールを確立するためのハイブリッドシール保持体であって、
前方および後方の末端板部の間に保持され、前記静止構成要素に形成された第１の溝穴の中に保持されるように適合された第１のシール要素と、前記前方および後方の末端板部の一方に形成された第２の溝穴の中に据え付けられた第２のシール要素と、
を備える、ハイブリッドシール保持体。
【請求項２】
前記第１のシール要素は、前記前方および後方の末端板部との間にあるブリストルからなり、ブラシシールを形成している、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項３】
前記前方および後方の末端板部のうちの前記一方は、前記後方の末端板部を備える、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項４】
前記第２の溝穴は実質的にＴ字形状であり、外側へ向けて、かつ、逆向きにテーパーが付けられた開口端部を有する、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項５】
前記第２の溝穴は、前記第１の溝穴の放射方向内側にある、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項６】
前記複数のブリストルの前記先端部は、前記第２のシール要素の対応する、放射方向内側の突出部と放射方向に同じ位置、より高い位置、または、より低い位置に突き出している、請求項２記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項７】
前記第２のシール要素は、ハニカムシールを含む、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項８】
前記ハニカムシールは、裏当て板と、前記回転構成要素の、少なくとも１つの、放射方向に突き出た歯部と互いに作用し合うように適合されたハニカムシール要素とを備える、請求項７記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項９】
前記第１のシール要素は、ブラシシールを含む、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１０】
前記シール保持体は、複数の弓形部分を備え、各弓形部分は、前記第１および第２のシール要素のうちのそれぞれの１つを支持する、請求項１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１１】
回転構成要素と、ガスタービン圧縮機の前記回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間に取り付けられたハイブリッドシール保持体であって、
前方および後方の末端板部の間に保持され、前記静止構成要素に形成された第１の実質的にＴ字形状の溝穴の中に据え付けられたブラシシールを形成する複数のブリストルと、前記前方および後方の末端板部の少なくとも一方と一体に形成され、軸方向に延びるシール保持体拡張部分であって、前記静止構成要素に形成された、前記第１の実質的にＴ字形状の溝穴の軸方向拡張部に据え付けられたシール保持体拡張部分と、前記シール保持体拡張部分に形成された第２の実質的にＴ字形状の溝穴の中に据え付けられた少なくとも１つの追加のシールと、を備えるハイブリッドシール保持体。
【請求項１２】
前記静止構成要素は、ガスタービン圧縮機の内側筐体を含み、前記ハイブリッドシール保持体は、前記回転構成要素を実質的に取り囲む前記ガスタービン圧縮機の後方部位に取り付けられ、高圧領域から低圧領域への、前記圧縮機を通過する主流方向の漏れを防止する、請求項１１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１３】
前記前方および後方の末端板部の前記少なくとも１つは、前記前方および後方の末端板部の両方を含む、請求項１１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１４】
前記シール保持体は、複数の弓形部分を備え、各弓形部分は、前記第１および第２のシール要素のうちのそれぞれの１つを支持する、請求項１３記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの追加のシールは、２つ以上の追加のシールを含む、請求項１１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１６】
前記ブラシシールの前記先端部は、前記少なくとも１つの追加のシールの対応する放射方向内側の突出部よりも、放射方向内側へ長い距離を突き出している、請求項１１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの追加のシールは、ハニカムシールおよび／または摩耗性コーティングシールを含む、請求項１１記載のハイブリッドシール保持体。
【請求項１８】
回転構成要素と、前記回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間にシールを確立するためのハイブリッドシール保持体アセンブリであって、
組み合わせたときに環状シール保持体を形成する複数の弓形部分であって、各弓形部分が第１のシール要素を有し、前記第１のシール要素は前方および後方の末端板部の間に保持され、前記静止構成要素に形成された第１の溝穴内に保持されるように適合されている、複数の弓形部分と、前記前方および後方の末端板部の一方と一体に形成され、軸方向に延びるシール保持体拡張部分であって、前記静止構成要素に形成された前記第１の溝穴の軸方向拡張部に据え付けられるように適合されたシール保持体拡張部分と、前記シール保持体拡張部分に形成された第２の溝穴の中に少なくとも部分的に据え付けられた第２のシール要素と、を備え、
前記第１のシール要素がブラシシールを含み、前記第２のシール要素が少なくとも１つのハニカムシールを含む、ハイブリッドシール保持体アセンブリ。
【請求項１９】
前記ハニカムシールは、裏当て板を備え、前記裏当て板は、前記第２の溝穴に据え付けられた第１の軸方向部分と、前記シール保持体拡張部分の放射方向面に留められた放射方向部分とを有する、請求項１８記載のハイブリッドシール保持体アセンブリ。
【請求項２０】
前記ハニカムシールは、裏当て板と、回転構成要素上の、少なくとも１つの放射方向に突き出た歯部と互いに作用し合うように適合されたハニカムシール要素とを備える、請求項１８記載のハイブリッドシール保持体アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械のシールに関し、具体的には、タービンの静止構成要素と、回転構成要素との間にあるシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンおよびガスタービンのような、発電や機械的駆動といった用途に使用される回転機械は、一般に、複数のタービン段からなる大きな機械である。回転機械では、静止構成要素と回転構成要素との間にあるシールを使用して高圧領域と低圧領域との間の漏れを抑制する。回転機械の効率は、漏れを、例えばローターとステーター間で、最小にするシールの能力に直接左右される。
【０００３】
従来、ハイ−ロー（ｈｉ−ｌｏ）、段付き、または、直線のシャフト設計である剛体ラビリンスシールが使用されている。この種のシールは、回転機械の事実上全ての、回転構成要素と静止構成要素との間の漏れを抑制しなければならない場所で採用されている。タービンの場合、例えば段間のシャフトのシール、回転部末端のシール、および、バケット（ｂｕｃｋｅｔ）（またはブレード）先端部のシールがこれに含まれる。衝撃型および反動型の設計のいずれの蒸気タービンも、通常、硬く、鋭い歯部をローター／ステーターのシーリングに採用している。ラビリンスシールの信頼性が非常に高いことは分かっているが、過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｅｖｅｎｔｓ）のため、ラビリンスシールの性能は時間とともに悪くなる。過渡現象では、静止構成要素と回転構成要素が干渉し、ラビリンスの歯部をこすって「きのこ」形状にし、かつ／または、ステーター表面を摩耗させ、これによりシールのすき間が広がるのである。
【０００４】
回転機械を含む多くの環境で使用されているもう１つの種類のシールは、ブラシシールである。ブラシシールは、一般に、ラビリンスシールよりも漏れを阻止する。ブラシシールはまた、シールのブリストル（ｂｒｉｓｔｌｅｓ）が柔軟であるので、固定された構成要素と回転する構成要素との間、例えば、ローターとステーターとの間の放射方向における相対運動に対応することもできる。ブラシシールはまた、一般に、表面の不均一さに対し、よりうまく形を合わせる。ブラシシールを使えば、一般にラビリンスシールで可能であるよりも回転機械の性能が長く持続する。
【０００５】
摩耗性のハニカムシールのランド（ｌａｎｄｓ）も、タービンにおける静止構成要素と回転構成要素との間の放射方向の間隙をシールするのに、ラビリンスシールでときとして採用される。さらに、例えば、米国特許第６，８２７，３５０号に記載のハイブリッド構成では、ブラシシールがハニカム／ラビリンスシールと組み合わせてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６９５１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、より小型の設計であり、タービンの静止構成要素と回転構成要素との間のコールドギャップ（ｃｏｌｄ  ｇａｐｓ）をさらに狭くでき、シールの構成要素の組立および／または交換が容易である、効果的なハイブリッドシールが依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、第１の例示的であるが限定をしない実施形態では、本発明は、回転構成要素と、回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間にシールを確立するためのハイブリッドシール保持体を提供するものであり、このハイブリッドシール保持体は、前方および後方の末端板部の間に保持され、静止構成要素に形成された第１の溝穴の中に保持されるように適合された第１のシール要素と、前方および後方の末端板部の一方に形成された第２の溝穴の中に据え付けられた第２のシール要素と、を備える。
【０００９】
別の態様では、本発明は、回転構成要素と、回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間に取り付けられたハイブリッドシール保持体を提供するものであり、このハイブリッドシール保持体は、前方および後方の末端板部の間に保持され、静止構成要素に形成された第１の実質的にＴ字形状の溝穴の中に据え付けられたブラシシールと、前方および後方の末端板部の少なくとも一方と一体に形成され、軸方向に延びるシール保持体拡張部分であって、静止構成要素に形成された、第１の実質的にＴ字形状の溝穴の軸方向拡張部に据え付けられたシール保持体拡張部分と、シール保持体拡張部分に形成された第２の実質的にＴ字形状の溝穴の中に据え付けられた少なくとも１つの追加のシールと、を備える。
【００１０】
さらに別の例示的であるが限定をしない実施形態では、本発明は、回転構成要素と、回転構成要素を実質的に取り囲む静止構成要素との間にシールを確立するためのハイブリッドシール保持体アセンブリを提供するものであり、このハイブリッドシール保持体アセンブリは、前方および後方の末端板部の間に保持され、静止構成要素に形成された第１の溝穴内に保持されるように適合された第１のシール要素と、前方および後方の末端板部の一方と一体に形成され、軸方向に延びるシール保持体拡張部分であって、静止構成要素に形成された第１の溝穴の軸方向拡張部に据え付けられるように適合されたシール保持体拡張部分と、シール保持体拡張部分に形成された第２の溝穴の中に少なくとも部分的に据え付けられた第２のシール要素と、を備え、第１のシール要素がブラシシールを含み、第２のシール要素が少なくとも１つのハニカムシールを含む。
【００１１】
ここで、本発明を以下に特定する図面とともに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の、例示的であるが限定をしない実施形態による、タービンステーターとタービンローターとの間で使用するための、ブラシ／ハニカム組み合わせシールの模式的な側面図である。
【図２】別の例示的な実施形態による、ブラシ／ハニカム組み合わせシールの模式的な側面図である。
【図３】さらに別の例示的な実施形態による、ブラシ／ハニカム組み合わせシールの模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、ローター／ステーター構成１０が部分的に示されており、このローター／ステーター構成１０は、回転可能なタービンローター１２と、周囲を囲むステーター構成要素１４とを含んでいる。
【００１４】
ローター１２は、少なくとも１つの放射方向に突き出たシール歯部１６を含むように形成されており、このシール歯部１６は、以下に記載するハイブリッドシールアセンブリ１８と互いに作用し合う。
【００１５】
シール保持体アセンブリ（または、単に、シール保持体）１８は、ブラシシール構成要素２０を含み、このブラシシール構成要素２０は、放射方向に向けられた前板２２と、実質的に平行な後板２４とを含み、前板２２と後板２４は、複数のブリストル（またはブリストルパック（ｂｒｉｓｔｌｅ  ｐａｃｋ））２６（第１のシール要素ともいう）を挟むように配置されている。当然のことながら、シール保持体１８は、弓形部分から作られていて、この弓形部分は、ステーター１４に取り付けたときに、ローター１２を取り囲む環状のシールを形成する。前板２２と後板２４の放射方向外側の部分は、拡大部またはフランジ２８、３０を含むように形成されていて、この拡大部またはフランジ２８、３０は、ブラシシール構成要素２０に全体としてＴ字の形状を与える。この構成により、シール保持体１８を、ステーター１４に形成された、対応する、実質的にＴ字形状の環状溝穴（または、第１の溝穴）３２に入れることができる。
【００１６】
前板２２は、ブリストルパック２６の放射方向外側末端部と、放射方向に向けられた表面部分３４に沿って係合し、また、３６にオフセットがあり、このオフセットがブリストルパック２６の放射方向長さの残りの部分に沿って放射方向の間隙３８を確立し、これにより、ブリストルパックがタービンの稼働中に曲がることができるようにしている。
【００１７】
ある例示的であるが限定をしない実施形態によれば、シール保持体１８に軸方向に延びる側板（または、軸方向拡張部）４０が形成されていて、この側板４０は、後板２４から軸方向へ突き出し、側板自体の、放射方向に向けられたＴ字形状溝穴（または第２の溝穴）４２が形成されている。Ｔ字形状溝穴４２には、ハニカムシール構成要素４４が入っている。ハニカムシール構成要素４４は、ハニカムシール要素（または第２のシール要素）４８を支持する取り付け板または裏当て４６を含む。ハニカムシールランド要素４８は、ローターシール歯部１６と互いに作用し合うような場所に配置されている。シール要素４８全体と同様に、ハニカムシール構成要素４４もまた弓形部分からできていて、各シール部分１８が弓状ハニカムシール部分を支持している。
【００１８】
例示的な実施形態において、複数のブリストル２６の先端部２７は、第２のシール要素４８の放射方向内側の突出部に対して、同じ位置、より高い位置、または、より低い位置まで放射方向へ突き出している。
【００１９】
軸方向に延びる側板４０を収容するために、溝部５０がステーターに、第１のＴ字形状溝穴３２の一方の側に、または、近傍に形成されている。第２のＴ字形状溝穴４２の心棒部分は、逆向きにテーパーが付けられた入口面５２、５４を含むように形成されている。入口面５２、５４は、幅の狭い首部分５１から延びていて、面５２がさらに放射方向内側へ延び、後板２４がブリストルパック２６を広範囲で支持できるようにしている。
【００２０】
図２は、ブラシ／ハニカム組み合わせシールの代替例であるが限定をしない実施形態を図示している。便宜上、さまざまな参照番号（ただし、頭に「１」が付け加えられている）が対応する構成要素を示すために使用されている。この代替構成では、軸方向に延びる側方部分または側板１４０が、第２の溝穴１４２が一方の側で端部が開口するように形成されていて、ハニカムシール１４８の取り付けまたは裏当て板１４６を側板１４０に、側板１４０の軸方向縁部１４９に当接させた放射方向フランジ１４７によって直接ボルト締めできるようにしてある。ボルト１５１は、フランジ１４７を通って直接側板１４０の中まで延び、これにより、ハニカムシール１４８を直接シール保持体１１８に固定する。この構成では、ブラシシール１２６がタービンローター１１２上の隆起したシールランド１１３と互いに作用し合うこと、また、後方板１３０が、図１の実施形態のようにテーパーが付けられた面５２を有する代わりに、今度は放射方向面１５３が形成されていて、この放射方向面１５３がハニカムシール１４８を十分に裏から支えることにも留意しなければならない。
【００２１】
図３は、さらに別の例示的であるが限定をしない実施形態を示しており、この実施形態は、図２に関連して上述した実施形態に、特に、修正したハニカムシール裏当て板２４６、放射方向フランジ２４７、軸方向縁部２４９およびボルト２５１に関して類似している。しかしながら、この実施形態では、ローターの構成が図１に示した構成により類似していて、放射方向に延びる歯部２１６が図１の歯部１６よりも放射方向にかなり高い点でのみ異なっている。この構成では、ブラシシール２２６の後方板２２４が図１の後方板２４に類似しているが、表面部分２５２が拡張されていて、また、拡張された放射方向面２５３をも含み、この放射方向面２５３がハニカムシール２４８を十分に裏から支持している。
【００２２】
他の例示的な実施形態では、軸方向に延びる側板４０、１４０および／または２４０が前板２２、１２２および／または２２２から逆の軸方向に延びることであってもよい。
【００２３】
さらに別の例示的な実施形態では、軸方向に延びる側板、または、軸方向拡張部４０、１４０および／または２４０が前板２２、１２２および／または２２２と、後板２４、１２４および／または２２４の両方から逆の方向に延び、各軸方向拡張部が１つまたは２つ以上のハニカムシールを支持することであってもよい。
【００２４】
軸方向に延びる側板は、向かい合うローターの歯部の数しだいで、２つ以上の並んだシール要素を支持することであってもよいこともまた当然であろう。
【００２５】
軸方向に延びる側板は、ハニカムシールの代わりに、または、ハニカムシールに加えて、摩耗性コーティングシールのような他のシールを支持することであってもよいことも当然であろう。
【００２６】
シール要素は、ローターに対して角度をつけて、つまり、ローターに対して、どちらの軸方向に傾斜させて配列させてもよい。
【００２７】
本明細書に記載の発明は、コールドギャップのすき間をより小さくできるようにし、また、流れに抵抗を連続して加えて流れに対する抵抗を増大させ、その結果、性能を改善する小型の設計をもたらすものである。シール保持体が保持するハニカムまたは他のシール要素は、隣接するブラシシールに対する信頼性の高いバックアップとしても機能し、また、シールの保守および／または交換を容易にすることができる。
【００２８】
本発明を現在のところ最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されず、むしろ逆に、添付した特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれるさまざまな修正および均等な構成を包含することを意図していることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ローター／ステーター構成
１２、１１２  タービンローター
１４  ステーター構成要素
１６  シール歯部
１８、１１８  ハイブリッドシールアセンブリ、シール保持体
２０  ブラシシール構成要素
２２、１２２、２２２  前板
２４、１２４、２２４  後板
２６  ブリストル（または、ブリストルパック）、さらには「第１のシール要素」
２７  （ブリストル２６の）先端部
２８、３０  拡大部またはフランジ
３２  環状溝穴、（または第１の溝穴）
３４、２５２  表面部分
３６  オフセット
３８  放射方向の間隙
４０、１４０、２４０  側方部分または側板
４２、１４２  Ｔ字形状溝穴（または第２の溝穴）
４４  ハニカムシール構成要素
４６、１４６、２４６  取り付け板または裏当て
４８、１４８、２４８  ハニカムシール要素（または、第２のシール要素）
５０  第２のＴ字形状溝穴
５２、５４  テーパーが付けられた入口面
１１３  シールランド
１２６  ブラシシール
１４７、２４７  放射方向フランジ
１４９、２４９  軸方向縁部
１５１、２５１  ボルト
１５３、２５３  放射方向面
【図１】
2013145051.tif 000003
【図２】
2013145051.tif 000004
【図３】
2013145051.tif 000005