(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の突き合わせ接合されたセグメント（１）と、セグメント（１）を互いに接合する取り巻きスプリング（３）とからなるシールを備えたシーリング装置であって、
セグメントは、取り巻きスプリングと反対側にシーリング面（１８）を持つと共に、高圧区画（８）を低圧区画（９）から分離する壁の開口部（６）を貫通する摩擦部品（２）と接触状態で並べられており、セグメント（１）はまた、壁と摩擦部品（２）との間の低圧区画（９）側に、壁の開口部（６）の中を延びる延長部（２３）を備えており、
シールが、開口部の前の所定位置に配置されており、シーリング面と反対側の面の第１の部分（Ｓ１）が高圧（Ｐ１）を受け、シーリング面と反対側の前記面の第２の部分（Ｓ２）が低圧（Ｐ２）を受け、シーリング面は、摩擦部品（２）に作用するスラストリップ（１９）に囲まれたチャンバー（２０）を形成するように形作られており、オリフィス（２２）がチャンバー（２０）から高圧区画（８）までセグメントを貫通しており、
前記第１の部分（Ｓ１）及び前記第２の部分（Ｓ２）の面積がほぼ同じであり、該第２の部分（Ｓ２）が前記延長部（２３）に備えられており、オリフィス（２２）が、圧力損失、並びに高圧区画（８）の圧力（Ｐ１）よりも小さいチャンバー（２０）内の圧力（Ｐ３）を生じるように較正されていることを特徴とするシーリング装置。
【請求項２】
オリフィス（２２）の直径が１ｍｍに較正されていることを特徴とする請求項１に記載のシーリング装置。
【請求項３】
チャンバー（２０）が、摩擦部品（２）に当接されるスラストパッド（２１）を有することを特徴とする請求項１に記載のシーリング装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載されたシーリング装置を備えるターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自動すきま調整を有するシールを含むシーリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本シールは、突き合わせ接合されていて、各々が円周の一部に亘って伸びているセグメントと呼ばれる要素から構成される、セグメント化シールの群の一部を構成しており、これらのセグメントは、シールを形成すべきシャフトなどの部品に接触させようとする取り巻きスプリングによって、互いに接合されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合に起こる問題は、シールに接して回転するシャフトの摩擦によって引き起こされる、シールの磨耗である。この磨耗は、シャフトの回転速度とセグメントの圧力とに比例するので、この圧力を最小にすることが望ましい。１つの方法は、スプリングを適当に選択することか、あるいは、特にスプリングがあまり強く締めすぎていないことを確かめながらその特性を調整することであろう。しかし実際には、これはあまり容易でなく、あるいは、この力がセグメントに作用する半径方向の圧力と比較して非常に小さいので、あまり有用ですらない。他の解決策は、セグメント上の幾つかの装置（レイリー・パッド）を仮定して、ロータの回転速度を利用して、セグメントとロータとの間の接触部に流体力学的空気圧を作りだすことである。この技術の主な欠点は、低速あるいは中速のロータ速度では効果がないことである。したがって、従来からセグメント化シールがなぜ大抵の用途に関して全く不十分な数千時間しかもたないかを明らかにする、セグメント化シールの磨耗を制限する効率的な方法がなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本記載で提案される装置は、シールセグメントが摩擦部品に接触される圧力を自動的に減らすこと、また恐らくはこの圧力を取り除くことを特徴としている。その最も一般的な形において、本記載に記述されるシーリング装置は、円弧状の突き合わせ接合されたセグメントと、セグメントを互いに接合する取り巻きスプリングとからなるシールを備え、セグメントは、取り巻きスプリングと反対側にシーリング面を持ち、高圧区画を低圧区画から分離する壁の開口部を貫通する部品に接触状態で並べられる。この装置は、シールが、開口部の前の所定位置に配置され、シーリング面と反対側の面の第１の部分が高圧を受け、シーリング面と反対側の前記面の第２の部分が低圧を受けることと、シーリング面が、その部品に作用するスラストリップに囲まれたチャンバーを形成するように形作られており、オリフィスが高圧区画までチャンバーからセグメントを貫通していることとを特徴としている。見られるように、オリフィス（所定の直径、例えば１ミリメートルに較正することもできる）により、チャンバー内に発生する圧力がセグメントの締めつけを軽減させることができる。シールは、半径方向の圧力とスプリングとによる力と、セグメント上の摩擦による力とが、セグメントと摩擦部品との間に最小の接触圧力を発生させるように、あるいは必要とされる通気性を保証しながら、セグメントと摩擦部品との間の特定のすきまのためにこれらの力が打ち消し合うように、作られ広げられることが好ましい。このタイプのシールと、フランス特許第２，６８８，２８３号に記載されているようなシールとの間には、明らかな差異がある。後者のシールは、圧力差に依存して２つのシーリング状態を作りだすために開口部の前で軸方向に動き、セグメント化されていない。また、シャフトからセグメントを引き離すためにシールを通して液体が注入される、フランス特許第２，６１３，０１９号に記載されているようなシールとの間にも、明らかな差異がある。後者のシールは、液体を注入しそれを回収するために、特別の高圧供給回路を必要とする。
【０００５】
本発明の１つの例示的な実施形態は、次下の図面を参照しながら詳細に説明される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
第１に、図１を参照すれば、セグメント化シールは、多数の突き合わせ接合されたセグメントから構成されていることが注目される。この場合は４個のセグメントであって、各々は、円周の４分の１の周りに伸びていて、セグメントを取り巻いてそれらを一緒に保持する取り巻きスプリング３によって、シャフト２の表面に接触押圧されている。図２を参照すれば、このスプリング３は、セグメント１の半径方向外側の面５の溝４内に保持されていることを見ることができる。シャフト２は、第１の区画８と第２の区画９とを画定するステータ７内の開口部６を貫通しており、また開口部６があるにもかかわらず、第１の区画８と第２の区画９との分離は、維持されなくてはならない。したがってこのシールは、シャフトが回転するのでシャフト２には動的シールを与え、ステータ７には静的シールを与えており、これによってセグメント１は、それらの背面１０を介して接触状態に保持される。この状態は、図３で更によく見ることができる。ステータ７とセグメント１の前面１２との間に圧縮されている軸方向のスプリング１１は、背面１０の幅の一部を覆って形成されているリップ１３によって行われるこの静的シールを維持する。接触圧力の制限を目的とするスラストパッド１４もまた、ステータ７に接触押圧されている。これらは、排出溝１５によってリップ１３から分離されている。図３はまた、セグメント１の一方の端部が、隣接セグメント１の反対側の端部１７が貫入する凹部１６を形成していることを示す。このようにして、これはシールの結合性を改善しており、特に円周に亘って開口部６の全体の重なりを与えている。
【０００７】
本発明に固有の要素は、シャフト２に近いセグメント１の半径方向内側部分に位置している。各セグメント１のシーリング面１８は、シャフト２に当接する周辺リップ１９を備えるように形作られており、ここではチャンバー２０が表面１８の凹所に対応して伸びている。しかしながらチャンバー２０は、リップ１９に作用する接触圧力を減らすために、シャフト２に圧力を働かせるように設計されたスラストパッド２１によって部分的に占められている。較正されたオリフィス２２は、チャンバー２０から高圧区画８までセグメント１を貫通している。セグメント１の半径方向内側のこの部分は、低圧区画９の側の開口部６に伸びている延長部２３を備えていることが注目される。
【０００８】
本書に記載された本発明は、当業者には公知のように、圧縮機の異なる部分に導かれている管のために、異なる内部ボリューム内に異なる圧力が存在するターボ機械に適している。
【０００９】
種々の圧力の目的は、液体を低圧区画内に閉じ込めること（特にベアリングチャンバー内の潤滑油。それから密封を完全にするためにシールが使われる）、換気すべき機械の幾つかの部分への空気の流れを促進すること、あるいは、柔軟な膜の変形を調整することである。
【００１０】
機械が静止しているときは、セグメント１は、その時に圧力が存在しないので、取り巻きスプリング３からの力Ｆｒによってシャフト２に接触押圧されている。しかしながらシャフト２が動いていないので、これは重要ではない。機械が回転しているときは、高圧区画６には圧力Ｐ１が生じており、低圧区画９には、より低い圧力Ｐ２が生じている。これらの圧力は、図の表記にしたがえば、セグメント１に求心力Ｐ１×Ｓ１、Ｐ２×Ｓ２を働かせる。ここでＳ１とＳ２は、これら２つの圧力が加えられる外面の表面積である（Ｓ２は開口部６内のセグメント１の前述の延長部の表面積である）。更にチャンバー２０は、較正されたオリフィス２２を通ることによって生じる圧力損失のために圧力Ｐ１より僅かに小さいが、圧力Ｐ２よりは大きい、圧力Ｐ３で満たされている。この圧力は、Ｐ３×（Ｓ１＋Ｓ２）にほぼ等しい強さを持った、前記の力とは反対方向の力をセグメント１に働かせる。したがってこれらの圧力による全体の力は、Ｆｒ＋Ｐ１×Ｓ１＋Ｐ２×Ｓ２−Ｐ３×（Ｓ１＋Ｓ２）に等しい。Ｐ３はＰ２よりもＰ１にかなり近いので、この全体の力は、静止時に作用する力Ｆｒよりも小さく、これはシャフト２に対するシールの接触圧力が、減少されることを意味する。もしシールが特に十分に低いスプリング力Ｆｒを利用して巧みに設計されていれば、またもし面積Ｓ１、Ｓ２がうまく選択されれば、そしてもし圧力Ｐ１、Ｐ２が十分に異なっていれば、この合力は、マイナスになることさえある。言い換えればセグメント１は、シャフト２から離れるであろうし、またこの場合、これらはもはや磨耗を受けることはないであろう。この状況は好適である。それからチャンバー２０を介して高圧区画８から低圧区画９に向かって漏れが発生して、セグメント１とシャフト２との間のすきまが増加するにつれて圧力Ｐ３は減少するので、平衡が得られる方向に向かう。もしこのすきまが十分であれば、圧力は理論的には（Ｐ１＋Ｐ２）／２に等しい平均圧力に到達できるが、セグメント１に作用する力は、値Ｆｒ＋１／２（Ｐ１−Ｐ２）（Ｓ１−Ｓ２）に向かっていくであろう。この値は、面積Ｓ１、Ｓ２が多くの装置では似ているので、通常はプラスである。したがって平衡状態は通常、すきまがない場合のその値と、圧力Ｐ１、Ｐ２の平均値との間の中間のＰ３という値で達成される。圧力のこの値は、セグメント１とシャフト２との間の僅かなすきまによって得られ、これは、一方の区画８から他方の区画９への空気の漏れを減らしながら、摩擦を除去するという利点を持っている。較正されたオリフィス２２の直径は、満足な動作を保証するためには約１ミリメートルでよく、圧力Ｐ３はセグメント１を分離するためにちょうど十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本シールの概略図である。
【図２】本シールのセグメントの断面図である。
【図３】セグメントの静的シーリング面の横断面図である。
【図４】セグメントの動的シーリング面の図である。
【符号の説明】
１  セグメント
２  部品
３  取り巻きスプリング
４  溝
５  セグメントの外周面
６  開口部
７  ステータ
８  高圧区画
９  低圧区画
１０  セグメントの背面
１１  軸方向スプリング
１２  セグメントの前面
１３  リップ
１４、２１  スラストパッド
１５  排出溝
１６  凹所
１７  他端部
１８  シーリング面
１９  周辺リップ
２０  チャンバー
２２  オリフィス
２３  延長部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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