(57)【要約】【課題】開示するのは、ターボ機械用のシール（１０）である。【解決手段】本シール（１０）は、第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間に設置可能なシール面（２０）を含む。１以上の流体チャネル（２６）が、シールを貫通して延びる。１以上の流体チャネル（２６）は、シール面（２０）において第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間に流体流（１６）を噴射して第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間の漏洩流を妨害することができる。さらに開示するのは、本シール（１０）を使用したターボ機械（１４）である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械用のシール（１０）であって、
第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間に配置可能なシール面（２０）と、
シール（１０）を貫通して延び、前記シール面（２０）において第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間に流体流（１６）を噴射して第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間の漏洩流を妨害することができる１以上の戻りチャネル（２６）と
を備えるシール（１０）。
【請求項２】
前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の出口（２８）が、前記シール面（２０）に配置される、請求項１記載のシール（１０）。
【請求項３】
前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の入口（２４）が、前記シール面（２０）に配置される、請求項１記載のシール（１０）。
【請求項４】
前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の入口（２４）が、シール（１０）の上流面（３８）に配置される、請求項１記載のシール（１０）。
【請求項５】
前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の入口（２４）が、シール（１０）の半径方向外側面（４２）に配置される、請求項１記載のシール（１０）。
【請求項６】
前記シール面（２０）から第２のターボ機械部品（１８）に向かって延びる複数のシール歯（４８）を含む、請求項１記載のシール（１０）。
【請求項７】
第１のターボ機械部品（１２）と、
第２のターボ機械部品（１８）と、
第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間の漏洩流を減少させることができる１以上のシール（１０）と、
を含み、前記１以上のシールが、
第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間に配置されたシール面（２０）と、
前記シール（１０）を貫通して延び、前記シール面（２０）において第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間に流体流（１６）を噴射して第１のターボ機械部品（１２）と第２のターボ機械部品（１８）の間の漏洩流を妨害することができる１以上の戻りチャネル（２６）と、を含む、
ターボ機械（１４）。
【請求項８】
１以上の流体チャネルの１以上の出口（２８）及び／又は前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の入口（２４）が、前記シール面（２０）に配置される、請求項７記載のターボ機械（１４）。
【請求項９】
前記シール面（２０）から第２のターボ機械部品（１８）に向かって延びる複数のシール歯（４８）を含む、請求項７記載のターボ機械（１４）。
【請求項１０】
前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の出口（２８）及び／又は前記１以上の戻りチャネル（２６）の１以上の入口（２４）が、前記複数のシール歯（５６）の隣接するシール歯（４８）の間に配置される、請求項９記載のターボ機械（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明はターボ機械に関する。具体的には、本願発明は、ターボ機械部品間のシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なターボ機械では、様々な部位でシールを利用して、流体流が所望の流路の周りで漏洩するのを防止する。例えば、回転バケット先端と固定ケーシングの間にシールを設けて、バケット先端とケーシングの間ではなくてバケットを通過するように流れを導く。シールはまた、ロータと固定部品の間において、１以上のパッキンリングの形態として利用することができる。一般的なシール構成には、ラビリンスシール、ブラシシール、アブレイダブルシール、パターンアブレイダブルシール及びコンプライアントプレートシールが含まれる。例えば、ターボ機械におけるラビリンスシールは一般的に、第１の部品から第２の部品に向かって延びてそれら部品間に流体流用の蛇行通路を形成した１以上の歯を含む。しかしながら、ターボ機械の運転時に、歯は、第２の部品上に摩擦しかつ損傷した状態になり、それによって歯と第２の部品の間のギャップを増大させ、その結果、ターボ機械の性能に悪影響を与える漏洩の増加を許すおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５４７４４１７号明細書
【特許文献２】米国特許第５２８２７１８号明細書
【特許文献３】米国特許第５３０８２２５号明細書
【特許文献４】米国特許第５４３１５３３号明細書
【特許文献５】米国特許第５６０７２８４号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０１１０２４７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によると、ターボ機械用のシールは、第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間に設置可能なシール面を含む。１以上の流体チャネルが、シールを貫通して延びる。１以上の流体チャネルは、シール面において第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間に流体流を噴射して第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間の漏洩流を妨害することができる。
【０００５】
本発明の別の態様によると、ターボ機械は、第１のターボ機械部品と、第２のターボ機械部品と、第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間の漏洩流を減少させることができる１以上のシールとを含む。１以上のシールは、第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間に配置されたシール面と、シールを貫通して延びる１以上の流体チャネルとを含む。１以上の流体チャネルは、シール面において第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間に流体流を噴射して第１のターボ機械部品と第２のターボ機械部品の間の漏洩流を妨害することができる。
【０００６】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と併せて以下の説明を参照することによって明らかになるであろう。
【０００７】
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上述の及びその他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半径方向シール歯を含む、ターボ機械用のシールの実施形態の断面図。
【図２】傾斜シール歯を含む、ターボ機械用のシールの実施形態の断面図。
【図３】傾斜シール歯を含む、ターボ機械用のシールの別の実施形態の断面図。
【図４】傾斜シール歯を含む、ターボ機械用のシールのさらに別の実施形態の断面図。
【図５】傾斜シール歯を含む、ターボ機械用のシールのさらに別の実施形態の断面図。
【図６】アブレイダブルシールを含む、ターボ機械用のシールの実施形態の断面図。
【図７】図１のシールの設置位置を概略的に示す、ターボ機械の部分断面図。
【図８】図１のシールの付加的な設置位置を概略的に示す、ターボ機械の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この詳細な説明では、図面を参照して、実施例によってその利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１に示すのは、それを通る流体流がほぼ軸方向１６に発生するターボ機械１４のケーシング１２内に配置されたパッキンリング１０の実施形態である。パッキンリング１０は、ロータ１８の周りで円周方向に延びる。パッキンリング１０は、ロータ１８に面したシール面２０を含む。パッキンリング１０は、１以上の（純）流体ダイオード２２を含み、流体ダイオード２２は、１以上の戻りチャネル２６と流体連通した１以上の入口２４、及び１以上の戻りチャネル２６と流体連通した１以上の出口２８を含む。図１のパッキンリング１０の実施形態は、１つの入口２４、１つの戻りチャネル２６及び１つの出口２８を有するが、例えば２つの入口２４、２つの戻りチャネル２６及び／又は２つの出口２８を有するその他の構成も、本開示の技術的範囲内にあることを意図している。矢印１６で示すターボ機械１４を通る流れは、シール面２０とロータ１８の間のギャップ３２に流入し、また流れ１６の第１の部分３４は、１以上の入口２４において流体ダイオード２２に流入する。第１の部分３４は、1以上の戻りチャネル２６を通って流れ、かつ強力速度成分がシール面２０に設置された１以上の出口２８を通して流れ１６に対抗して配向された状態になる噴射角度３６で流れ１６内に噴射される。図１の実施形態では、１以上の入口２４は、１以上の出口２８の上流に設置されているが、１以上の入口２４及び１以上の出口２８のその他の位置も本開示の技術的範囲内にあることを意図していることを理解されたい。流れ１６と衝突する角度３６での流れ１６内への第1の部分３４の噴射は、有効通路面積を減少させ、かつ流れ１６の妨害を引き起こす。流れ１６の妨害は、シール面２０とロータ１８の間の流れ１６の流体抵抗を増大させる。この流体抵抗の増大により、シール面２０とロータ１８の間の漏洩量の減少が生じる。
【００１１】
図１に示す実施形態では、１以上の入口２４は、シール面２０に設置されているが、１以上の入口２４は、パッキンリング１０のその他の部分に配置することができることを理解されたい。例えば、図２に示すように、幾つかの実施形態では、１以上の入口２４は、上流面３８に配置される。高圧流体４０は、その１以上の入口２４に流入し、1以上の戻りチャネル２６を通って流れ、かつ強力速度成分が流れ１６に対抗して配向された状態になる噴射角度３６で１以上の出口２８から流出する。
【００１２】
図３に示すような別の実施形態では、１以上の入口２４は、パッキンリング１０の半径方向外側面４２に配置される。高圧流体４０は、その１以上の入口２４に流入し、かつ1以上の戻りチャネル２６を通って流れる。高圧流体４０は、強力速度成分が流れ１６に対抗して配向された状態になる噴射角度３６で１以上の出口２８から流出する。この実施形態では、1以上の戻りチャネル２６は、ほぼ直線状とすることができ、かつそれに加えて噴射角度３６とほぼ等しい角度で配置することができる。図３に示すように、戻りチャネル２６のチャネル幅４４は、１以上の入口２４から１以上の出口２８まで減少させることができる。チャネル幅４４の減少は、戻りチャネル２６を通る高圧流体４０の速度を増加させて、パッキンリング１０の有効性を高める。
【００１３】
図４を参照すると、パッキンリング１０の幾つかの実施形態は、シール面２０からロータ１８に向かって延びる複数のシール歯４８を含む。複数のシール歯４８は、ほぼ半径方向内向きに又はシール面２０に対する歯角度５０で延びることができる。幾つかの実施形態では、１以上の入口２４は、シール面２０に配置され、かつ隣接するシール歯４８の軸方向間に設置される。同様に、１以上の出口２８は、隣接するシール歯４８間に配置することができる。それに代えて、図５に示すように、１以上の入口２４及び／又は１以上の出口２８は、シール歯４８の歯先端５２に配置することができる。幾つかの実施形態では、噴射角度３６は、パッキンリング１０の有効性を高めるような歯角度５０とほぼ等しい。
【００１４】
幾つかの実施形態では、図６に示すように、パッキンリング１０は、シール面２０に配置されたアブレイダブルシール５４を含むことができる。幾つかの実施形態におけるロータ１８は、複数のシール歯５６を有するパターンを含む。１以上の流体ダイオード２２が、１以上の入口２４及び１以上の出口２８がアブレイダブルシール５４を貫通して延びるように、配置される。
【００１５】
再び図１を参照すると、流体ダイオード２２は、ロータ１８の周りでパッキンリング１０と共に円周方向に延びる。幾つかの実施形態では、複数の流体ダイオード２２は、複数の支持体（図示せず）によって分離された状態で、ロータ１８の周りで円周方向に配置される。流体ダイオード２２は、幾つかの方法の１つによって製作される。流体ダイオード２２は、１以上のストラット５８が内側ダイオードセクション６０から外側ダイオードセクション６２まで延びた状態で、ケーシングによって単体構造の一体形円周リングとして形成することができる。それに代えて、内側ダイオードセクション６０及び外側ダイオードセクション６２は、ケーシング又はその他の手段によって別個に形成しかつ例えば溶接又は機械的ファスナの使用により１以上のストラット５８を用いて流体ダイオード２２として組立てることができる。
【００１６】
ここまで、パッキンリング１０はパッキンケーシング１２に設置されかつロータ１８に対してシールを行うものとして説明してきたが、１以上の流体ダイオード２２を含むパッキンリング１０のその他の位置も本開示の技術的範囲内にあることを意図している。例えば、図７に示すように、１以上の流体ダイオード２２を含むパッキンリング１０は、ケーシング６４及び１以上のバケット先端の間のシールを行うように配置することができる。さらに、１以上の流体ダイオード２２を含むパッキンリング１０は、ハブ６８に設置して、ロータ１８に対してシールを行うことができる。図８に示すさらに別の実施例として、１以上の流体ダイオード２２を含むパッキンリング１０は、ステータ７０とロータ１８の間のシールを行うようにステータ７０に配置することができる。これらのシール位置は、単に、１以上の流体ダイオード２２を含むシールを使用して、ターボ機械１４の可動部品及び固定部品の間のシールのロバスト性を高めた実例に過ぎない。しかしながら、例えばターボ機械の固定部品間のようなその他の位置において流体ダイオード２２を含むシールを利用することも、本技術的範囲内にあることを意図していることを理解されたい。
【００１７】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００１８】
１０  パッキンリング
１２  ケーシング
１４  ターボ機械
１６  流れ
１８  ロータ
２０  シール面
２２  流体ダイオード
２４  入口
２６  戻りチャネル
２８  出口
３２  ギャップ
３４  第１の部分
３６  噴射角度
３８  上流面
４０  高圧流体
４２  外側面
４４  チャネル幅
４８  シール歯
５０  歯角度
５２  歯先端
５４  アブレイダブルシール
５６  シール歯
５８  ストラット
６０  内側ダイオードセクション
６２  外側ダイオードセクション
６４  ケーシング
６６  バケット先端
６８  ハブ
７０  ステータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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