(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構成部品（１０）と第２の構成部品（１２）の間をシールするための位置調節可能なシールアセンブリであって、
前記第１の構成部品に固定され、１対の裏当て板（１８、２０）の間に配置された複数のブリストル（２２）を有し、該ブリストルが、１つの共通平面内に配置され、前記裏当て板の間から突出して前記第２の構成部品とシール係合するためのブリストル先端部にて終端しているブラシシール（１６）と、
該ブラシシールを前記第１の構成部品に固定するために該ブラシシールを支持する取付部材（３２）と、
前記平面に対して平行な方向へ前記第１の構成部品に対する前記ブラシシールの位置を変えるために、前記第１の構成部品と前記取付部材との間で協働可能な第１のシム（３４、６６、１１４）と、
前記平面に対して垂直な方向へ前記ブラシシールの位置を変えるために、前記第１の構成部品と前記取付部材との間に置かれた第２のシム（６２、９４、１１６）と、
前記変えられた位置において前記ブラシシールを前記第１の構成部品に対して固定するための少なくとも１つの締結具（３６）と、
を含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
軸線の周りで回転可能な偏心カム（８２）を含み、前記取付部材がカム従動部（９２）を有し、前記取付部材は、前記軸線の周りでの前記偏心カムの回転に応じて、前記方向のうちの一方向へ前記ブラシシールの位置を変えるために、前記第１の構成部品に対して位置調節可能であることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の構成部品（１０）が回転しないように固定された環状の構成部品（１０）であり、前記第２の構成部品（１２）が第１の軸線の周りで回転可能な構成部品（１２）である、請求項１又は請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記第１のシム（３４、６６、１１４）が、前記第１の軸線と垂直な方向へ前記ブラシシールの位置を変えるために、前記第１の構成部品と前記取付部材との間に置かれることを特徴とする、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第２のシム（６２、９４、１１６）が、前記第１の軸線と平行な方向へ前記ブラシシールの位置を変えるために、前記第１の構成部品と前記取付部材との間に置かれることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記ブラシシールが、端と端を接して配置されて、前記第１と第２の構成部品間に環状のブラシシールを形成する複数の円弧状セグメントを含んでおり、前記変えられた位置において各ブラシシールセグメントと前記第１の構成部品とをそれぞれ互いに固定する少なくとも１対の追加の締結具（３６）を更に含むことを特徴とする、請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記第１の構成部品がスロット（３０）を含み、前記取付部材が前記スロット内に受け容れられ、前記締結具（３６）のそれぞれが、前記スロットのうちのそれぞれ１つと前記取付部材との中に延びていることを特徴とする、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
第２の軸線の周りで回転可能な偏心カム（８２）を含み、前記取付部材がカム従動部（９２）を有し、前記取付部材は、前記第２の軸線の周りでの前記偏心カムの回転に応じて、前記方向の一方向へ前記ブラシシールの位置を変えるために、前記第１の構成部品に対して位置調節可能であることを特徴とする、請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記シム（９４）が、前記第１の軸線と平行な方向において前記第１の構成部品に対して前記ブラシシールを位置決めし、前記偏心カムが、前記第１の軸線と垂直な方向において前記第１の構成部品に対して前記ブラシシールを位置決めすることを特徴とする、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１の軸線と垂直な方向へ前記ブラシシールの位置を変えることができるように、前記取付部材内へ螺入された１対の止めねじ（６０）を含むことを特徴とする、請求項３ないし請求項９のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの構成部品、例えば静止構成部品と回転構成部品との間をシールするためのブラシシールに関し、より具体的には、前記構成部品に対して垂直な２つの方向、例えば固定構成部品と回転構成部品とに対して半径方向と軸方向とにその位置を変えることができるブラシシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ機械装置においては、ブラシシールは一般的に静止構成部品上の固定位置に取り付けられる。ターボ機械装置は、それぞれがそれ自体の製造公差を有するホイール、バケット、ノズル、ダイアフラム、ケーシング、ベアリング等々のような多数の個別の構成部品を含む。その結果、最終組立時に静止構成部品と回転構成部品との間のクリアランスを計測すると、構成部品の製造公差の累積が原因して、クリアランスに違いや比較的大きなばらつきがある。ターボ機械装置の稼動中、構成部品間のクリアランスはまた、熱膨張と回転の影響の違いによっても変化する。ブラシシールは、クリアランスにおけるこれらの変動を吸収し、かつブラシシール裏当て板が回転構成部品と接触するといった「ハード摩擦」状態を防止するように設計されなくてはならない。ブラシシールに割り当てられる空隙が非常に限定されるターボ機械装置の用途では、あらゆる製造公差を吸収し、しかもハード摩擦を避けるのに十分なクリアランス裕度を、現在のブラシシールデザインに与えることは、例え不可能ではないとしても、非常に困難である。
【特許文献１】
米国特許６，３０８，９５８号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
今日、ブラシシールは、その軸方向および半径方向の位置を確定するためのＴ字形またはＬ字形スロットを使用して、固定構成部品、一般的にはダイアフラム内に取り付けられるか、あるいはラビリンスシール内に装着されている。一般的に、シ−ルは、シールを支持しているダイアフラムのような構成部品の位置を調節可能である範囲内でのみ、同じように位置調節可能である。従来、支持構成部品に対するブラシシールの位置は調節可能ではなかった。従って、ブラシシールの支持構成部品に対する位置を変えることができるブラシシールアセンブリに対する必要性が存在する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも１つの方向において、好ましくは互いにほぼ垂直な２つの方向において、支持構成部品に対してブラシシールの位置を変えることができるブラシシールアセンブリが提供される。ブラシシールは典型的には、１対の裏当て板と、これらの裏当て板の間に配置され、回転構成部品と係合するために裏当て板の端縁から間隔を置いたブリストル先端部にて終端する細長いブリストルとを含む。回転構成部品に対して軸方向にも半径方向にもブラシシールの位置調節が可能であることが望ましい。これを達成するために、環状または円弧状のセグメント化されたブラシシールは、固定構成部品に形成された軸方向に開いたスロットまたは溝内に受け容れ可能な取付部材を備える。取付部材の長さを超える長さにスロットまたは溝を形成し、かつブラシシールの平面と垂直に取付部材を延ばすことにより、ブラシシールは軸方向に所望位置に位置調節できる。静止構成部品と固定構成部品とに対して半径方向にブラシシールの位置を変えるために、取付部材の両側面においてスロットまたは溝の壁との間にシムが配備される。ブラシシールとスロットまたは溝との間のシムの厚さを変えることにより、シャフトに対するブラシシールの半径方向位置が変えられる。ブラシシールを新しい位置で固定するために、２つ又はそれ以上のピンまたはねじを使用して、ブラシシールを固定構成部品に固定することができる。本発明の他の実施形態と同様に、この実施形態においては、シールはこのようにして、当初の装置製造工程の一部分として、あるいはターボ機械装置内にシ−ルを後付け（補修取付）中に位置調節することが可能である。従って、ターボ機械装置は、静止構成部品には小さ目の孔を予め穿孔しておくが、ブラシシールには予め穿孔しないで、据え付け現場へ運ばれることができる。ブラシシールの孔の最終位置は、組立時の計測に基づいて決定される。ピンまたはねじはまた、固定構成部品に対してブラシシールが円周方向へ位置ずれするのを防止する回転防止形状を備える。
【０００５】
本発明の別の好ましい実施形態においては、静止構成部品に対する取付部材の半径方向位置を変えるために、止めねじが使用される。所望の半径方向位置が得られたら、ねじはそれ以上回転しないようにブラシシールにかしめられ、かくしてブラシシールの位置を固定することができる。ブラシシールの軸方向位置は、固定構成部品のスロットまたは溝内に積層シムパックを挿入することによって位置調節される。この積層シムパックは、例えば０．００４インチ（0.10mm）厚さの個別の箔を粘着材で貼合わせて形成することができる。シムパックから箔の層を剥がすことにより、固定構成部品に対するブラシシールの軸方向位置を正確に決定することができる。
【０００６】
ブラシシールは典型的には、円弧状セグメントの形でターボ機械装置に適用され、その場合、複数のセグメントが回転構成部品の周りで完全な環形を形成する。本発明の更に別の好ましい実施形態においては、それぞれのセグメントは軸線の周りで回転可能な偏心カムを備えている。セグメントは、カムの回転がセグメントを半径方向に移動させ、それによって２つの構成部品に対してブラシシールを位置調節するように配置されたカム従動部を含む。
【０００７】
本発明の更に別の好ましい実施形態においては、ブラシシールの半径方向および軸方向の位置はシムによって設定される。ブラシシールセグメントは、放射状ソケット頭部付き押えねじと保持ピンとにより、静止構成部品または固定構成部品に固定される。ブラシシールセグメントは、ソケット頭部付き押えねじを受け容れるように機械加工されたスロットを有する。シールの半径方向および軸方向の位置が設定されると、ブラシシールアセンブリを固定するために、押えねじを締付けることができる。ねじの頭部をブラシシールにタック溶接することにより、ねじの緩みが防止される。アセンブリを更に補強するために、取付アームと固定構成部品とを貫いて保持ピンが取り付けられる。
【０００８】
本発明の別の好ましい実施形態においては、第１と第２の構成部品間をシールするための位置調節可能なシールアセンブリが提供される。このアセンブリは、第１の構成部品に固定され、１対の裏当て板の間に配置された複数のブリストルを有し、該ブリストルが、１つの共通平面内に配置され、裏当て板の間から突出して第２の構成部品とシール係合するためのブリストル先端部にて終端しているブラシシールと、ブラシシールを第１の構成部品に固定するためにブラシシールを支持する取付部材と、平面に対してそれぞれほぼ垂直および平行な第１と第２の方向のうちの１つの方向へ第１の構成部品に対してブラシシールを位置調節するために、第１の構成部品と取付部材との間で協働可能な少なくとも１つのシムと、新しい位置においてブラシシールを第１の構成部品に対して固定するための少なくとも１つの締結具とを含む。
【０００９】
本発明の更に別の好ましい実施形態においては、タービンは、回転しないように固定されたほぼ環状の第１の構成部品と、軸線の周りで回転可能な第２の構成部品と、第１と第２の構成部品間に位置し、第１と第２の構成部品のうちの一方によって支持されたブラシシールを含むシールアセンブリとを含む。ブラシシールは、少なくとも１つの支持板によって支持され、支持板から突出して第１と第２の構成部品のうちの他方の構成部品とシール係合するためのブリストル先端部にて終端する複数のブリストルと、ブラシシールを一方の構成部品に取り付けるための取付部材とを含む。シールアセンブリは、軸線に対してそれぞれほぼ垂直および平行な第１と第２の方向のうちの１つの方向へ一方の構成部品に対してブラシシールを位置調節するために、一方の構成部品と取付部材との間で協働可能な少なくとも１つのシムと、新しい位置においてブラシシールと一方の構成部品とを互いに固定する少なくとも１つの締結具とを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、例えばロータのような第２の回転構成部品１２を取り囲む、ターボ機械装置の例えばダイアフラム１０のような第１の環状の固定すなわち静止構成部品と、それぞれ第１の構成部品１０と第２の構成部品１２との間をシールするための、全体を符号１４で示した位置調節可能なブラシシールアセンブリとを示す。ブラシシールアセンブリ１４は、１対の裏当て板１８、１９と、これらの裏当て板の間で延びている複数のブリストル２２とを有するブラシシール１６を含む。ブリストル２２は細長く、金属またはセラミック材料で形成されることができ、裏当て板１８、１９の半径方向の端縁から突出して、ロータ１２の対向するシール面２６と係合する先端部２４を有する。ブリストル２２は、或るカント角、好ましくはロータの回転方向に例えば約３０〜４０°のカント角で配置される。図に示すように、位置調節可能なブラシシールアセンブリ１４がターボ機械装置内で使用される場合には、ロータ１２の周りで完全な環形が形成されるように互いに端と端を接して配列された複数の円弧状ブラシシールセグメントの形で、ブラシシール１６が設けられる。
【００１１】
静止構成部品と回転構成部品の双方に対して、軸方向および半径方向に、すなわち互いに垂直な方向へブラシシールアセンブリ１４を位置調節するために、固定構成部品１０にはスロットまたは溝３０が設けられる。このスロットまたは溝３０は、相対向する側面と底壁とを備えた溝として図示されているが、図４に示すように１対の側面のみを有する凹部であってもよい。固定構成部品１０にブラシシールアセンブリ１４を取り付けるために、ブラシシール１６は、好ましい形態においては、軸方向に突出し、かつブラシシールとスロットまたは溝３０の円弧状の形状に適合する取付部材３２を含む。その結果、スロットまたは溝３０内に取付部材３２を挿入することにより、ブラシシールの軸方向位置は、ロータ１２に対する所望の軸方向位置が得られるまで、固定構成部品１０に対して変えることができる。ブラシシール１６の半径方向位置を調節するために、取付部材３２の両側面に円弧状のシム３４が置かれる。取付部材３２とスロットまたは溝３０の側壁との間のシムの厚さを変えることにより、静止構成部品と回転構成部品の双方に対するブラシシール１６の半径方向位置を変えることができる。シム３４は、円弧状ブラシシールセグメントの全長にわたって延びるようにしてもよいし、あるいはスロットまたは溝３０に沿う個別の位置に個別の円弧長だけ設けるようにしてもよい。
【００１２】
新しい位置にブラシシール１６を固定するために、ピン３６のようなピンあるいはねじの形とすることができる締結具を使用して取付部材３２を固定構成部品１０に固定することができる。円弧状シールセグメントの円周方向の長さに応じて、このような締結具を２つ又はそれ以上使用できる。
【００１３】
ブラシシール１６は最初の製造時、あるいは後付け（補修）時に、位置調節して再配置できる。例えば補修の場合には、ダイアフラムはこれに予め小さ目の寸法の孔を穿孔した状態で、取り付け現場に運ばれる。ブラシシールには予め孔を穿孔しなくてもよく、構成部品１０に対するブラシシールの最終固定のための孔の最終位置は、組立現場での計測に基づいて決定される。ピンまたはねじ３６には回転防止形状が設けられ、この回転防止形状がシールが固定構成部品１０に対して円周方向に位置ずれするのを防止する。
【００１４】
図２および図３に示す実施形態においては、全体を符号４０で示したブラシシールアセンブリは、１対の裏当て板４６、４８の間に配置されたブリストル４４を有するブラシシール４２を含む。ブラシシールは、ブラシシールのブリストル先端部６４をバケット５８のウイング５６に係合させた状態で、固定または静止構成部品５２によってブラシシールを支持するための取付部材５０を含む。この実施形態においては、取付部材５０は、シールセグメントの周りの円周方向に間隔を置いた位置で取付部材に螺入された少なくとも１対の止めねじ６０を備えている。止めねじを適当に配置することにより、すなわち止めねじを取付部材５０に螺入することにより、ブラシシールの半径方向位置が設定される。次いで、止めねじは、それ以上回転しないように、ブラシシールの取付部材５０に対してかしめることができる。シールの軸方向位置は、スロットまたは溝６４内に円弧状の積層シムパック６２を挿入することにより、位置調節される。シムパック６２の粘着された箔層を剥がすことにより、シムパックの厚さを減らし、ブラシシールを軸方向に正確に位置させることができる。ブラシシールの適正な半径方向および軸方向位置が特定されたら、取付部材５０の両側面と溝６４の側面との間に第２の積層シムパック６６を置くことができる。図３に示すように、ブラシシールアセンブリ４０を静止構成部品５２に対して最終的に固定するために、静止構成部品５２と取付アーム５０を貫く孔に２つ又はそれ以上のピン６８を配置することができる。
【００１５】
図４および図５は、本発明のブラシシールアセンブリの更に別の実施形態を示す。全体を符号７０で示したブラシシールアセンブリは、先の実施形態と同様に、裏当て板７６とほぼ半径方向に延びた円弧状の脚部８０を含む円弧状のアングル部材７８の前面との間に配置された複数のブリストル７４を有するブラシシール７２を含む。脚部８０の円周方向の広がりに沿う２つ又はそれ以上の位置に、偏心カム８２が設けられる。それぞれの偏心カム８２は、偏心した穴８４を有し、この穴８４が、例えばねじ山によって静止構成部品９０に締結された結合体８８の頭部８６を受け容れる。脚部８０の開口９２は、ブラシシール７２を半径方向に位置調節するためのカム従動部として働く。例えば、ロータ回転軸線と平行にすることができる頭部８６の軸線の周りで、偏心装着されたカム８２を回転させることにより、ブラシシール７２の半径方向位置は変えられる。所望の半径方向距離が得られたら、図５に示すように、例えば脚部８０の表面に沿って叩き締めすることにより、偏心カム８２は脚部８０に固定されることができる。先の実施形態におけるのと同様に、ブラシシール７２の軸方向の位置調節は、固定構成部品９０と脚部８０の後面との間にシムパック９４を置くことにより達成される。適当な数の箔層をシムパック９４から剥がすことにより、ブラシシールは所望の軸方向位置に位置決めされる。
【００１６】
図６および図７において、全体を符号１００で表したブラシシールアセンブリは、先の実施形態と同様に、裏当て板１０６、１０８を備える複数のブリストル１０４と、ブラシシールアセンブリ１００を静止構成部品１１２に取り付けるための取付部材１１０とを含む。この実施形態においては、ブラシシールの半径方向および軸方向の位置は、それぞれシム１１４、１１６によって設定される。すなわち、それぞれのシムは、ブラシシールアセンブリの新たな位置が得られるまでシムの層を剥がすことによって寸法を減少させることができる。新たな位置が得られたら、ブラシシールセグメントは、２つ又はそれ以上の放射状ソケット頭部付き押えねじ１１８により、静止構成部品１１２に固定される。すなわち、それぞれのブラシシールセグメントは、ソケット頭部付き押えねじを受け容れるように機械加工されたスロットを有し、新たな位置が得られたら、押えねじを締めてアセンブリを定位置に固定することができる。ねじ１１８の頭部は緩まないように、ブラシシールにスタック溶接することができる。図７に示すように、アセンブリを更に補強するために、保持ピン１２０を取り付けてもよい。ブラシシールセグメントの取付部材１１０の保持ピン穴は、予め穿孔しておくことができるが、静止構成部品の保持ピン穴は、組立時に穿孔される。かくして、本発明のこの形態は、現場におけるブラシシールアセンブリの補修を可能にする。
【００１７】
以上においてターボ機械装置の構成部品間をシールするための位置調節可能なブラシシールについて説明したが、かかるブラシシールは、ブラシシールが使用され、また構成部品のうちの１つに対する位置調節を必要とする如何なるシール環境にも適用可能であって、その適用は必ずしもシールされる静止構成部品と回転構成部品間のシールにのみ限定されないことが分かるであろう。
【００１８】
本発明の幾つかの好ましい特徴のみを図示し説明したが、当業者には多くの変更や変形が可能であろう。従って、添付の特許請求の範囲は、かかる全ての変更と変形を本発明の技術思想に含まれるものとして保護しようとするものであることを理解されたい。特許請求の範囲に記載した符号は、なんら発明を実施例に減縮するものでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ターボ機械装置内の静止構成部品と回転構成部品との間の最終的に変えられた位置にあるセグメント化されたブラシシールアセンブリの部分断面図。
【図２】  本発明の一実施形態によって位置調節されたブラシシールアセンブリの別の実施形態を示す、図１と同様な図。
【図３】  ブラシシールと静止構成部品との間のピン結合を示す、異なる円周方向位置における、図２と同様な図。
【図４】  本発明による位置調節可能なブラシシールアセンブリの別の実施形態を示す、図１と同様な図。
【図５】  図４の位置調節可能なブラシシールアセンブリに使用される偏心カムの拡大正面図。
【図６】  本発明の別の実施形態を示す、図１と同様な図。
【図７】  異なる円周方向位置における、図６のブラシシールセグメントの図。
【符号の説明】
１０  ダイアフラム
１２  ロータ
１４  ブラシシールアセンブリ
１６  ブラシシール
１８、２０  裏当て板
２２  ブリストル
２４  ブリストル先端部
２６  シール面
３０  スロット
３２  取付部材
３４  シム
３６  締結具
【図１】
0004205349.tif 000002
【図２】
0004205349.tif 000003
【図３】
0004205349.tif 000004
【図４】
0004205349.tif 000005
【図５】
0004205349.tif 000006
【図６】
0004205349.tif 000007
【図７】
0004205349.tif 000008