JP2000291804A - 封じ集成体とそれを持つ回転機械 - Google Patents
封じ集成体とそれを持つ回転機械Info
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- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
- F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転する羽根の先端と円周方向に取巻く固定
子ケーシングとの間における蒸気タービン及びガスター
ビンの改善された封じ集成体。 【解決手段】 封じ集成体及びこの様な封じを持つ蒸気
タービンの様な回転機械において、固定子が１列の回転
子羽根を円周方向に取巻き、この固定子が上流側の歯封
じ領域、下流側のブラシ封じ領域、及びその中間の流体
膨脹室を含み、これら全てが半径方向で羽根先端の近く
にあり、流体の流れの中にある破片が歯封じ領域によっ
てより小さい粒子に破砕され、この小さな粒子が流体膨
脹室によって減速され、その結果ブラシ封じ領域にある
下流側の剛毛が受ける損傷はごく小さくなる。
子ケーシングとの間における蒸気タービン及びガスター
ビンの改善された封じ集成体。 【解決手段】 封じ集成体及びこの様な封じを持つ蒸気
タービンの様な回転機械において、固定子が１列の回転
子羽根を円周方向に取巻き、この固定子が上流側の歯封
じ領域、下流側のブラシ封じ領域、及びその中間の流体
膨脹室を含み、これら全てが半径方向で羽根先端の近く
にあり、流体の流れの中にある破片が歯封じ領域によっ
てより小さい粒子に破砕され、この小さな粒子が流体膨
脹室によって減速され、その結果ブラシ封じ領域にある
下流側の剛毛が受ける損傷はごく小さくなる。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は全般的に封じ及び回転機械、
更に具体的に言えば、封じ歯及びブラシ封じの剛毛を持
つ封じ集成体と、この封じを持つ回転機械に関する。
更に具体的に言えば、封じ歯及びブラシ封じの剛毛を持
つ封じ集成体と、この封じを持つ回転機械に関する。
【０００２】回転機械は、これに限らないが、蒸気ター
ビンに対するタービンと、ガスタービンに対する圧縮機
及びタービンとを含む。蒸気タービンは蒸気通路を持
ち、これは典型的には、流れに直列に、蒸気入口、ター
ビン及び蒸気出口を含む。ガスタービンはガス通路を持
ち、これは典型的には流れに直列に、空気取入口（又は
入口）、圧縮機、燃焼器、タービン及びガス出口（又は
排気ノズル）を含む。圧力が一層高い区域から圧力が一
層低い区域へと、ガス又は蒸気通路の外へ又はガス又は
蒸気通路の中へのガス又は蒸気の洩れがあることは、一
般的に望ましくない。例えば、ガスタービンのタービン
又は圧縮機区域で、タービン又は圧縮機の回転子軸又は
回転羽根（即ちバケット）先端と、円周方向に取巻くタ
ービン又は圧縮機のケーシングとの間でガス通路の洩れ
があると、ガスタービンの効率が低くなり、燃料コスト
の増加に通ずる。同じく、蒸気タービンのタービン区域
で、タービンの回転子軸又は回転子バケット（即ち羽
根）先端と円周方向に取巻くケーシングとの間に蒸気通
路の洩れがあると、蒸気タービンの効率が低くなり、燃
料コストの増加につながる。
ビンに対するタービンと、ガスタービンに対する圧縮機
及びタービンとを含む。蒸気タービンは蒸気通路を持
ち、これは典型的には、流れに直列に、蒸気入口、ター
ビン及び蒸気出口を含む。ガスタービンはガス通路を持
ち、これは典型的には流れに直列に、空気取入口（又は
入口）、圧縮機、燃焼器、タービン及びガス出口（又は
排気ノズル）を含む。圧力が一層高い区域から圧力が一
層低い区域へと、ガス又は蒸気通路の外へ又はガス又は
蒸気通路の中へのガス又は蒸気の洩れがあることは、一
般的に望ましくない。例えば、ガスタービンのタービン
又は圧縮機区域で、タービン又は圧縮機の回転子軸又は
回転羽根（即ちバケット）先端と、円周方向に取巻くタ
ービン又は圧縮機のケーシングとの間でガス通路の洩れ
があると、ガスタービンの効率が低くなり、燃料コスト
の増加に通ずる。同じく、蒸気タービンのタービン区域
で、タービンの回転子軸又は回転子バケット（即ち羽
根）先端と円周方向に取巻くケーシングとの間に蒸気通
路の洩れがあると、蒸気タービンの効率が低くなり、燃
料コストの増加につながる。
【０００３】蒸気タービン及びガスタービンは、回転す
る回転子軸又は回転するバケット或いは羽根先端と、円
周方向に取巻く固定子ケーシングとの間にラビリンス歯
封じを配置して、流体通路の洩れを最小限に抑えてい
る。蒸気タービン及びガスタービンは、回転する軸と円
周方向に取巻く固定子ケーシングとの間にブラシ封じの
剛毛を配置して、流体通路の洩れを最小限に抑えてい
る。蒸気タービン及びガスタービンでは、ラビリンス封
じの縦方向中央の歯を、１次ブラシ封じに取換えてハイ
ブリッド封じを作り、この歯が封じが一層良いブラシ封
じに対する２次封じとして作用し、このようなハイブリ
ッド封じを回転する回転子軸と円周方向に取巻く固定子
ケーシングとの間に配置することが知られている。しか
し、蒸気タービン又はガスタービンで、回転するバケッ
ト又は羽根の先端と円周方向に取巻く固定子ケーシング
との間に、このようなブラシ封じ又はハイブリッド封じ
は使われていない。蒸気タービンに於ける蒸気の流れが
硬水の固体粒子を含んでいて、これが遠心力によって、
バケット先端の近辺にある蒸気通路の半径方向外側の領
域へはねとばされ、そこでこのように動きの速い粒子
が、封じ歯を損傷するよりももっとひどく、ブラシ封じ
の剛毛を損傷することが知られている。航空機用ガスタ
ービンのガスの流れが、滑走路の破片のような異物を含
んでいることがあって、それが羽根先端の近辺にあるガ
ス通路の半径方向外側の領域へ遠心力によってはねとば
され、そこでこのような動きの速い粒子が封じ歯を損傷
するよりも更にひどく、ブラシ封じの剛毛を損傷するこ
とも知られている。必要とするのは、回転するバケット
又は羽根の先端と円周方向に取巻く固定子ケーシングと
の間の蒸気タービン及びガスタービンに対する封じ作用
が更に良い封じである。
る回転子軸又は回転するバケット或いは羽根先端と、円
周方向に取巻く固定子ケーシングとの間にラビリンス歯
封じを配置して、流体通路の洩れを最小限に抑えてい
る。蒸気タービン及びガスタービンは、回転する軸と円
周方向に取巻く固定子ケーシングとの間にブラシ封じの
剛毛を配置して、流体通路の洩れを最小限に抑えてい
る。蒸気タービン及びガスタービンでは、ラビリンス封
じの縦方向中央の歯を、１次ブラシ封じに取換えてハイ
ブリッド封じを作り、この歯が封じが一層良いブラシ封
じに対する２次封じとして作用し、このようなハイブリ
ッド封じを回転する回転子軸と円周方向に取巻く固定子
ケーシングとの間に配置することが知られている。しか
し、蒸気タービン又はガスタービンで、回転するバケッ
ト又は羽根の先端と円周方向に取巻く固定子ケーシング
との間に、このようなブラシ封じ又はハイブリッド封じ
は使われていない。蒸気タービンに於ける蒸気の流れが
硬水の固体粒子を含んでいて、これが遠心力によって、
バケット先端の近辺にある蒸気通路の半径方向外側の領
域へはねとばされ、そこでこのように動きの速い粒子
が、封じ歯を損傷するよりももっとひどく、ブラシ封じ
の剛毛を損傷することが知られている。航空機用ガスタ
ービンのガスの流れが、滑走路の破片のような異物を含
んでいることがあって、それが羽根先端の近辺にあるガ
ス通路の半径方向外側の領域へ遠心力によってはねとば
され、そこでこのような動きの速い粒子が封じ歯を損傷
するよりも更にひどく、ブラシ封じの剛毛を損傷するこ
とも知られている。必要とするのは、回転するバケット
又は羽根の先端と円周方向に取巻く固定子ケーシングと
の間の蒸気タービン及びガスタービンに対する封じ作用
が更に良い封じである。
【０００４】
【発明の要約】この発明の第１の表現では、封じ集成体
が弓形部材を含む。弓形部材は縦軸線、及び縦軸線の方
を向く半径方向内側を持っている。半径方向内側が縦方
向上流側部分及び縦方向下流側部分を含む。縦方向上流
側部分が、縦方向に相隔たって、円周方向に伸び、半径
方向内向きに突出する複数個の封じ歯を含む。縦方向下
流側部分が、剛毛を持つ円周方向に伸びるブラシ封じを
含む。ブラシ封じは封じ歯から縦方向に隔たっており、
剛毛は、縦軸線が当該切断平面内に入るような切断平面
によって切った弓形部材の断面で見たとき、半径方向内
向きに突出する。半径方向内側は縦方向に変化する半径
を持っていて、この半径は、縦方向にはブラシ封じとブ
ラシ封じに縦方向に最も接近した１つの封じ歯との間で
は、縦方向に前記ブラシ封じに縦方向に最も接近した１
対の封じ歯の間よりも、一層大きい。
が弓形部材を含む。弓形部材は縦軸線、及び縦軸線の方
を向く半径方向内側を持っている。半径方向内側が縦方
向上流側部分及び縦方向下流側部分を含む。縦方向上流
側部分が、縦方向に相隔たって、円周方向に伸び、半径
方向内向きに突出する複数個の封じ歯を含む。縦方向下
流側部分が、剛毛を持つ円周方向に伸びるブラシ封じを
含む。ブラシ封じは封じ歯から縦方向に隔たっており、
剛毛は、縦軸線が当該切断平面内に入るような切断平面
によって切った弓形部材の断面で見たとき、半径方向内
向きに突出する。半径方向内側は縦方向に変化する半径
を持っていて、この半径は、縦方向にはブラシ封じとブ
ラシ封じに縦方向に最も接近した１つの封じ歯との間で
は、縦方向に前記ブラシ封じに縦方向に最も接近した１
対の封じ歯の間よりも、一層大きい。
【０００５】この発明の第２の表現では、回転機械が回
転子、１列の羽根及び固定子を含む。回転子が縦軸線を
持っている。羽根（即ちバケット）は何れも縦方向上流
側、縦方向下流側、回転子に取付けられた根元及び半径
方向外向きに伸びる先端を持っている。固定子が全体的
に縦軸線と同軸に整合して、１列の羽根を円周方向に取
巻く。固定子が、歯封じ領域、ブラシ封じ領域及び蒸気
流膨張室を含む。歯封じ領域が半径方向に羽根の先端の
近くに配置され、縦方向には羽根の縦方向上流側の方に
配置され、最大の高さの歯を持っている。ブラシ封じ領
域が半径方向には羽根の先端の近くに配置され、縦方向
には羽根の縦方向下流側の方に配置される。流体膨張室
が、最大の高さの歯の高さより大きな半径方向の寸法を
持っている。縦軸線がその切断平面に入るような切断平
面で切った回転機械の断面で見たとき、ブラシ封じ領域
が流体膨張室の縦方向下流側の境界を定め、歯封じ領域
が流体膨張室の縦方向上流側の境界を定め、バケットの
先端が流体膨脹室の半径方向内側の境界を定め、そして
縦方向にブラシ封じ領域と歯封じ領域の間で固定子が流
体膨脹室の半径方向外側の境界を定める。
転子、１列の羽根及び固定子を含む。回転子が縦軸線を
持っている。羽根（即ちバケット）は何れも縦方向上流
側、縦方向下流側、回転子に取付けられた根元及び半径
方向外向きに伸びる先端を持っている。固定子が全体的
に縦軸線と同軸に整合して、１列の羽根を円周方向に取
巻く。固定子が、歯封じ領域、ブラシ封じ領域及び蒸気
流膨張室を含む。歯封じ領域が半径方向に羽根の先端の
近くに配置され、縦方向には羽根の縦方向上流側の方に
配置され、最大の高さの歯を持っている。ブラシ封じ領
域が半径方向には羽根の先端の近くに配置され、縦方向
には羽根の縦方向下流側の方に配置される。流体膨張室
が、最大の高さの歯の高さより大きな半径方向の寸法を
持っている。縦軸線がその切断平面に入るような切断平
面で切った回転機械の断面で見たとき、ブラシ封じ領域
が流体膨張室の縦方向下流側の境界を定め、歯封じ領域
が流体膨張室の縦方向上流側の境界を定め、バケットの
先端が流体膨脹室の半径方向内側の境界を定め、そして
縦方向にブラシ封じ領域と歯封じ領域の間で固定子が流
体膨脹室の半径方向外側の境界を定める。
【０００６】この発明によって幾つかの利点が得られ
る。流体膨脹室は流体（即ち蒸気又はガス）の流れを減
速して、蒸気タービンに於ける硬水の固体粒子及びガス
タービンに於ける異物粒子の動きが一層遅くなり、従っ
て、ブラシ封じ領域に衝突したときの損傷が一層小さく
なるようにする。
る。流体膨脹室は流体（即ち蒸気又はガス）の流れを減
速して、蒸気タービンに於ける硬水の固体粒子及びガス
タービンに於ける異物粒子の動きが一層遅くなり、従っ
て、ブラシ封じ領域に衝突したときの損傷が一層小さく
なるようにする。
【０００７】
【発明の詳しい説明】次に図面について説明する。図１
−４はこの発明の実施例を略図で示している。この発明
の第１の表現では、封じ集成体１０が弓形部材１２を含
む。この実施例では 、図２及び３に示すように、環状
封じ１４が、何れも全体として弓形部材１２と同一の他
の３つの部材１６、１８、２０をも含んでいる。弓形部
材の数は、１つ以上の範囲であるが、当業者であれば判
るように、製造及び組立ての観点から決定される。図１
について説明すると、弓形部材１２が縦軸線２１、及び
縦軸線２１の方を向く半径方向内側２２を持っている。
半径方向内側２２が縦方向上流側の部分２４及び縦方向
下流側の部分２６を含む。動作の際、弓形部材１２は、
主たる流体の流れが縦方向上流側の部分２４から縦方向
下流側の部分２６への方向２７になるように配置されて
いる。
−４はこの発明の実施例を略図で示している。この発明
の第１の表現では、封じ集成体１０が弓形部材１２を含
む。この実施例では 、図２及び３に示すように、環状
封じ１４が、何れも全体として弓形部材１２と同一の他
の３つの部材１６、１８、２０をも含んでいる。弓形部
材の数は、１つ以上の範囲であるが、当業者であれば判
るように、製造及び組立ての観点から決定される。図１
について説明すると、弓形部材１２が縦軸線２１、及び
縦軸線２１の方を向く半径方向内側２２を持っている。
半径方向内側２２が縦方向上流側の部分２４及び縦方向
下流側の部分２６を含む。動作の際、弓形部材１２は、
主たる流体の流れが縦方向上流側の部分２４から縦方向
下流側の部分２６への方向２７になるように配置されて
いる。
【０００８】半径方向内側２２の縦方向上流側の部分２
４が、縦方向に相隔たって、円周方向に伸び、半径方向
内向きに突出する複数個の封じ歯を含む。図１の略図で
は２つの歯２８及び３０だけが示されているが、更に詳
しい図４には、５つの歯２８、３０、３２、３４、３６
が示されている。歯の数は、必要とする封じ作用の特定
のレベル及び場所の制約に基づいて、当業者によって選
ばれる。
４が、縦方向に相隔たって、円周方向に伸び、半径方向
内向きに突出する複数個の封じ歯を含む。図１の略図で
は２つの歯２８及び３０だけが示されているが、更に詳
しい図４には、５つの歯２８、３０、３２、３４、３６
が示されている。歯の数は、必要とする封じ作用の特定
のレベル及び場所の制約に基づいて、当業者によって選
ばれる。
【０００９】半形方向内側２２の縦方向下流側の部分２
６が、多数の剛毛４０を持つ円周方向に伸びるブラシ封
じ３８を含む。ブラシ封じ３８は封じ歯２８‐３６から
縦方向に隔たっている。図１及び４に見られるように、
剛毛４０は、縦軸線２１がその切断平面に入るような切
断平面で切った弓形部材１２の断面で見たとき、半径方
向内向きに突出する。
６が、多数の剛毛４０を持つ円周方向に伸びるブラシ封
じ３８を含む。ブラシ封じ３８は封じ歯２８‐３６から
縦方向に隔たっている。図１及び４に見られるように、
剛毛４０は、縦軸線２１がその切断平面に入るような切
断平面で切った弓形部材１２の断面で見たとき、半径方
向内向きに突出する。
【００１０】半径方向内側２２が縦方向に変化する半径
（即ち縦軸線２１から半径方向内側２２まで垂直に伸び
る線）を持ち、この半径は、縦方向にはブラシ封じ３８
とブラシ封じ３８に縦方向に一番接近した１つの封じ歯
２８との間では、縦方向にブラシ封じ３８に縦方向に最
も接近する１対の封じ歯２８及び３０の間よりも、一層
大きい。ブラシ封じ３８と封じ歯２８の間に縦方向に見
られる一層大きな半径が、図１では破線４１で示されて
いる。縦方向に封じ歯２８及び３０の間に見られる一層
小さな半径が、図１では破線４３で示されている。
（即ち縦軸線２１から半径方向内側２２まで垂直に伸び
る線）を持ち、この半径は、縦方向にはブラシ封じ３８
とブラシ封じ３８に縦方向に一番接近した１つの封じ歯
２８との間では、縦方向にブラシ封じ３８に縦方向に最
も接近する１対の封じ歯２８及び３０の間よりも、一層
大きい。ブラシ封じ３８と封じ歯２８の間に縦方向に見
られる一層大きな半径が、図１では破線４１で示されて
いる。縦方向に封じ歯２８及び３０の間に見られる一層
小さな半径が、図１では破線４３で示されている。
【００１１】封じ歯２８‐３６が、図１の略図で示すよ
うに、弓形部材１２の他の部分と１枚構造であっても良
いし、或いは更に詳しく示す図４に示されているよう
に、弓形部材１２とは別個であって、それに取付けられ
ていても良い。剛毛４０は、図１の略図に示すように、
弓形部材１２に直接的に取付けても良いし、或いは更に
詳しく示す図４に示すように、ブラシ封じ支え板４４と
ブラシ封じ表板４６の間に保持されていても良い。図４
では、弓形部材１２が、１枚構造に形成された封じ歯２
８‐３２を持つと共にブラシ封じ３８を保持する蒸気タ
ービンのスピル・ストリップである。
うに、弓形部材１２の他の部分と１枚構造であっても良
いし、或いは更に詳しく示す図４に示されているよう
に、弓形部材１２とは別個であって、それに取付けられ
ていても良い。剛毛４０は、図１の略図に示すように、
弓形部材１２に直接的に取付けても良いし、或いは更に
詳しく示す図４に示すように、ブラシ封じ支え板４４と
ブラシ封じ表板４６の間に保持されていても良い。図４
では、弓形部材１２が、１枚構造に形成された封じ歯２
８‐３２を持つと共にブラシ封じ３８を保持する蒸気タ
ービンのスピル・ストリップである。
【００１２】この例では、半径方向内側２２の半径が、
縦方向にブラシ封じ３８とブラシ封じ３８に縦方向に最
も接近した１つの封じ歯２８との間では、縦方向に見
て、任意の縦方向に隣接する封じ歯２８と３０、３０と
３２、３２と３４、及び３４と３６の間よりも、一層大
きいことが認められる。この場合、弓形部材１２には、
封じ歯２８‐３６より縦方向上流側に、他の何のブラシ
封じも無い。同様に、弓形部材１２には、ブラシ封じ３
８より縦方向下流側に、他の何の封じ歯もない。ブラシ
封じ３８が１次封じとして作用し、封じ歯２８‐３６が
２次封じとして作用する。全ての封じ歯２８‐３６は、
ブラシ封じ３８より縦方向上流側に配置されていて、流
体の流れの中に破片があっても、その破片がブラス封じ
３８に到達する前に、封じ歯がそれを一層小さな粒子に
破砕するようになっている。一層大きな半径４１が膨張
容積を作り、当業者であれば判るように、これが流体の
流れを減速し、この為一層小さい粒子は、剛毛４０に衝
突したとき、僅かな摩耗しか招かない。
縦方向にブラシ封じ３８とブラシ封じ３８に縦方向に最
も接近した１つの封じ歯２８との間では、縦方向に見
て、任意の縦方向に隣接する封じ歯２８と３０、３０と
３２、３２と３４、及び３４と３６の間よりも、一層大
きいことが認められる。この場合、弓形部材１２には、
封じ歯２８‐３６より縦方向上流側に、他の何のブラシ
封じも無い。同様に、弓形部材１２には、ブラシ封じ３
８より縦方向下流側に、他の何の封じ歯もない。ブラシ
封じ３８が１次封じとして作用し、封じ歯２８‐３６が
２次封じとして作用する。全ての封じ歯２８‐３６は、
ブラシ封じ３８より縦方向上流側に配置されていて、流
体の流れの中に破片があっても、その破片がブラス封じ
３８に到達する前に、封じ歯がそれを一層小さな粒子に
破砕するようになっている。一層大きな半径４１が膨張
容積を作り、当業者であれば判るように、これが流体の
流れを減速し、この為一層小さい粒子は、剛毛４０に衝
突したとき、僅かな摩耗しか招かない。
【００１３】１つの構造では、弓形部材１２はほぼステ
ンレスで構成される。この場合、図１及び４に見られる
ように、封じ歯２８‐３６は弓形部材１２の１枚板の部
分である。剛毛４０は本質的にコバルト又はニッケル超
合金で構成される。
ンレスで構成される。この場合、図１及び４に見られる
ように、封じ歯２８‐３６は弓形部材１２の１枚板の部
分である。剛毛４０は本質的にコバルト又はニッケル超
合金で構成される。
【００１４】この発明の第２の表現では、図４を参照し
て言うと、回転機械４８が回転子５０、１列の羽根５２
及び固定子５４を含む。回転機械の例は、これに限らな
いが、蒸気タービン及びガスタービンを含む。「回転
子」という言葉は、これに限らないが、回転子軸、円板
等を含む。「羽根」という言葉は、これに限らないが、
ガスタービンの羽根、蒸気タービン・バケット等を含
み、これに限ることなく、別個の又は１枚板のシュラウ
ドを羽根先端に持つ又は持たない羽根、バケット先端に
別個の又は１枚板のバケット・カバーを持つ又は持たな
いバケット等を指す。「羽根」及び「回転子」という言
葉は、１枚板のブリスク（即ち、１枚板の羽根‐円板）
の羽根部分及び回転子部分と共に、別々の羽根及び別々
の回転子を含む。
て言うと、回転機械４８が回転子５０、１列の羽根５２
及び固定子５４を含む。回転機械の例は、これに限らな
いが、蒸気タービン及びガスタービンを含む。「回転
子」という言葉は、これに限らないが、回転子軸、円板
等を含む。「羽根」という言葉は、これに限らないが、
ガスタービンの羽根、蒸気タービン・バケット等を含
み、これに限ることなく、別個の又は１枚板のシュラウ
ドを羽根先端に持つ又は持たない羽根、バケット先端に
別個の又は１枚板のバケット・カバーを持つ又は持たな
いバケット等を指す。「羽根」及び「回転子」という言
葉は、１枚板のブリスク（即ち、１枚板の羽根‐円板）
の羽根部分及び回転子部分と共に、別々の羽根及び別々
の回転子を含む。
【００１５】図１について説明すると、回転子５０が、
前に述べた縦軸線２１と一致する縦軸線５５を持ってい
る。各々の羽根５２が縦方向上流側の縁５６（即ち前
縁）、縦方向下流側の縁５８（後縁）、回転子５０に取
付けられた根元６０及び半径方向外向きに伸びる先端６
２を持っている。主たる流体の流れは、方向２７であ
り、これは代りに、縦方向上流側の縁５６から縦方向下
流側の縁５８に向かう方向ということが出来る。固定子
５４が全体的に縦軸線５５と同軸に整合し、１列の羽根
５２を円周方向に取巻く。固定子５４が歯封じ領域６
４、ブラシ封じ領域６６及び流体膨張室６８を含む。
前に述べた縦軸線２１と一致する縦軸線５５を持ってい
る。各々の羽根５２が縦方向上流側の縁５６（即ち前
縁）、縦方向下流側の縁５８（後縁）、回転子５０に取
付けられた根元６０及び半径方向外向きに伸びる先端６
２を持っている。主たる流体の流れは、方向２７であ
り、これは代りに、縦方向上流側の縁５６から縦方向下
流側の縁５８に向かう方向ということが出来る。固定子
５４が全体的に縦軸線５５と同軸に整合し、１列の羽根
５２を円周方向に取巻く。固定子５４が歯封じ領域６
４、ブラシ封じ領域６６及び流体膨張室６８を含む。
【００１６】歯封じ領域６４が半径方向には羽根５２の
先端６２に接近して配置されると共に、縦方向には羽根
５２の縦方向上流側の縁５６の方に（１例ではそれに接
近して）配置される。歯封じ領域６４は最大の高さの歯
を持っている。この例では、歯封じ領域６４は、前に述
べた封じ歯２８‐３６によって定められる。図４から、
この例では、封じ歯２８‐３６の全部が全体的に同じ高
さを持ち、その為歯２８のようなどの封じ歯２８‐３６
も最大の高さの歯であることが判る。
先端６２に接近して配置されると共に、縦方向には羽根
５２の縦方向上流側の縁５６の方に（１例ではそれに接
近して）配置される。歯封じ領域６４は最大の高さの歯
を持っている。この例では、歯封じ領域６４は、前に述
べた封じ歯２８‐３６によって定められる。図４から、
この例では、封じ歯２８‐３６の全部が全体的に同じ高
さを持ち、その為歯２８のようなどの封じ歯２８‐３６
も最大の高さの歯であることが判る。
【００１７】ブラシ封じ領域６６が半径方向には羽根５
２の先端６２に接近して配置されると共に、縦方向には
羽根５２の縦方向下流側の縁５８の方に（そして１例で
は、それに接近して）配置される。この例では、ブラシ
封じ領域６６が前に述べたブラシ封じ３８によって定め
られる。前に述べたように、ブラシ封じ３８は剛毛４
０、支え板４４及び表板４６を含む。
２の先端６２に接近して配置されると共に、縦方向には
羽根５２の縦方向下流側の縁５８の方に（そして１例で
は、それに接近して）配置される。この例では、ブラシ
封じ領域６６が前に述べたブラシ封じ３８によって定め
られる。前に述べたように、ブラシ封じ３８は剛毛４
０、支え板４４及び表板４６を含む。
【００１８】流体膨張室６８が半径方向の距離６９に互
って伸びる。この距離は、最大の高さの歯（例えば歯２
８）の高さよりも大きい。図１及び４に見られるような
回転機械４８の断面を考える。この断面は、縦軸線５５
がその切断平面に入るような切断平面で切る。この断面
で見たとき、流体膨張室６８は次のように定められた境
界を持っている。ブラシ封じ領域６６が流体膨張室６８
の縦方向下流側の境界を定め、歯封じ領域６４が流体膨
張室６８の縦方向上流側の境界を定める。羽根５２の先
端６２が流体膨張室６８の半径方向内側の境界を定め、
縦方向にブラシ封じ領域６６及び歯封じ領域６４の間で
固定子５４が、流体膨張室６８の半径方向外側の境界を
定める。ある例では、流体膨張室６８は、縦方向の範囲
及び半径方向の範囲が、任意の２つの隣接する封じ歯２
８‐３６の間の空所の容積の一般的に少なくとも２倍で
ある。この場合、剛毛４０に当たる流体の流れの中にあ
る任意の粒子の速度は、封じ歯２８‐３６に衝突する流
体の流れの中にある任意の破片の速度の一般的に少なく
とも１／４倍になり、剛毛４０に衝突する質量の衝突エ
ネルギは、封じ歯２８‐３６に衝突する同じ質量の衝突
エネルギの一般的には少なくとも１／１６倍になる。
って伸びる。この距離は、最大の高さの歯（例えば歯２
８）の高さよりも大きい。図１及び４に見られるような
回転機械４８の断面を考える。この断面は、縦軸線５５
がその切断平面に入るような切断平面で切る。この断面
で見たとき、流体膨張室６８は次のように定められた境
界を持っている。ブラシ封じ領域６６が流体膨張室６８
の縦方向下流側の境界を定め、歯封じ領域６４が流体膨
張室６８の縦方向上流側の境界を定める。羽根５２の先
端６２が流体膨張室６８の半径方向内側の境界を定め、
縦方向にブラシ封じ領域６６及び歯封じ領域６４の間で
固定子５４が、流体膨張室６８の半径方向外側の境界を
定める。ある例では、流体膨張室６８は、縦方向の範囲
及び半径方向の範囲が、任意の２つの隣接する封じ歯２
８‐３６の間の空所の容積の一般的に少なくとも２倍で
ある。この場合、剛毛４０に当たる流体の流れの中にあ
る任意の粒子の速度は、封じ歯２８‐３６に衝突する流
体の流れの中にある任意の破片の速度の一般的に少なく
とも１／４倍になり、剛毛４０に衝突する質量の衝突エ
ネルギは、封じ歯２８‐３６に衝突する同じ質量の衝突
エネルギの一般的には少なくとも１／１６倍になる。
【００１９】図４で、羽根５２は、歯７２を含む羽根先
端シュラウド７０（これはバケット・カバーとも呼ばれ
る）を持っている。この例では、歯封じ領域６４及びこ
の歯封じ領域６４に接近した羽根５２の先端６２が一緒
になって、バーニヤ封じを構成する。１つの構成では歯
３６を普通の隙間にし、歯２８−３４が歯３６の半径方
向の隙間（半径方向の間隙）の２／３を持つように設定
した場合、固定子のナイフ・エッジ・ピッチ３個分が回
転子のナイフ・エッジ・ピッチ４個分と半径方向に向い
合う。図５に見られるような別の実施例では、羽根先端
シュラウド７４は歯がなく、歯封じ領域７６と歯封じ領
域７６に接近した羽根８０の先端７８が、ラビリンス封
じを構成する。
端シュラウド７０（これはバケット・カバーとも呼ばれ
る）を持っている。この例では、歯封じ領域６４及びこ
の歯封じ領域６４に接近した羽根５２の先端６２が一緒
になって、バーニヤ封じを構成する。１つの構成では歯
３６を普通の隙間にし、歯２８−３４が歯３６の半径方
向の隙間（半径方向の間隙）の２／３を持つように設定
した場合、固定子のナイフ・エッジ・ピッチ３個分が回
転子のナイフ・エッジ・ピッチ４個分と半径方向に向い
合う。図５に見られるような別の実施例では、羽根先端
シュラウド７４は歯がなく、歯封じ領域７６と歯封じ領
域７６に接近した羽根８０の先端７８が、ラビリンス封
じを構成する。
【００２０】図４に示す例では、縦方向に羽根５２の縦
方向上流側及び下流側の縁５６及び５８の間で固定子５
４には、歯封じ領域６４より縦方向上流側に他の何のブ
ラシ封じ領域もない。同様に、縦方向に羽根５２の縦方
向上流側及び下流側の縁５６、５８の間で固定子５４に
は、ブラシ封じ領域６６より縦方向下流側に他の何の歯
封じ領域もない。この場合、固定子５４が固定子ケーシ
ング８２及び弓形部材１２を含んでおり、弓形部材１２
が固定子ケーシング８２の溝８４の中に配置されてい
て、歯封じ領域６４、ブラシ封じ領域６６及び流体膨脹
室６８を含む。２列又は更に多くの列の羽根を持つ回転
機械では、固定子が、任意の追加の列の羽根に対し、追
加の１対のブラシ封じ領域及び歯封じ領域を含むことが
出来ることに注意されたい。
方向上流側及び下流側の縁５６及び５８の間で固定子５
４には、歯封じ領域６４より縦方向上流側に他の何のブ
ラシ封じ領域もない。同様に、縦方向に羽根５２の縦方
向上流側及び下流側の縁５６、５８の間で固定子５４に
は、ブラシ封じ領域６６より縦方向下流側に他の何の歯
封じ領域もない。この場合、固定子５４が固定子ケーシ
ング８２及び弓形部材１２を含んでおり、弓形部材１２
が固定子ケーシング８２の溝８４の中に配置されてい
て、歯封じ領域６４、ブラシ封じ領域６６及び流体膨脹
室６８を含む。２列又は更に多くの列の羽根を持つ回転
機械では、固定子が、任意の追加の列の羽根に対し、追
加の１対のブラシ封じ領域及び歯封じ領域を含むことが
出来ることに注意されたい。
【００２１】動作について説明すると、回転機械４８の
回転子５０が縦軸線５５の周りに羽根５２を回転させ
る。回転機械４８の効率は、羽根５２の先端６２と円周
方向に取巻く固定子５４の間の流体通路の洩れを最小限
にすることを必要とする。固定子５４のブラシ封じ領域
６６はその目的の為の１次封じになる。支援する２次封
じとして、固定子５４が歯封じ領域６４をも含んでお
り、これはブラシ封じよりも封じ作用の能力が小さい
が、回転機械４８の流体通路内にある破片による衝撃の
損傷に対する摩耗が一層良い。前に述べたように、こう
いう破片は、とりわけ、蒸気タービンに於ける硬水の沈
降物及び航空機用ガスタービンに於ける滑走路の小石を
含む。こういう破片は、遠心力の為に、流体通路の半径
方向外側の区域に集中し、この半径方向外側の区域は、
羽根５２の先端６２と円周方向に取巻く固定子５４の間
の隙間を含む。歯封じ領域６４の縦方向の上流側の場所
は、封じ歯２８−３６によって、この破片を一層小さい
ちり状の粒子に破砕する。歯封じ領域６４より縦方向下
流側に配置された固定子５４の流体膨脹室６８が、粒子
を減速するので、粒子がブラシ封じ領域６６に衝突して
も、剛毛４０に対する衝撃及び損傷は極く小さい。
回転子５０が縦軸線５５の周りに羽根５２を回転させ
る。回転機械４８の効率は、羽根５２の先端６２と円周
方向に取巻く固定子５４の間の流体通路の洩れを最小限
にすることを必要とする。固定子５４のブラシ封じ領域
６６はその目的の為の１次封じになる。支援する２次封
じとして、固定子５４が歯封じ領域６４をも含んでお
り、これはブラシ封じよりも封じ作用の能力が小さい
が、回転機械４８の流体通路内にある破片による衝撃の
損傷に対する摩耗が一層良い。前に述べたように、こう
いう破片は、とりわけ、蒸気タービンに於ける硬水の沈
降物及び航空機用ガスタービンに於ける滑走路の小石を
含む。こういう破片は、遠心力の為に、流体通路の半径
方向外側の区域に集中し、この半径方向外側の区域は、
羽根５２の先端６２と円周方向に取巻く固定子５４の間
の隙間を含む。歯封じ領域６４の縦方向の上流側の場所
は、封じ歯２８−３６によって、この破片を一層小さい
ちり状の粒子に破砕する。歯封じ領域６４より縦方向下
流側に配置された固定子５４の流体膨脹室６８が、粒子
を減速するので、粒子がブラシ封じ領域６６に衝突して
も、剛毛４０に対する衝撃及び損傷は極く小さい。
【００２２】必要であれば、ブラシ封じ領域６６は、粒
子が通過し易くする為に、剛毛のない１つ又は更に多く
の小さい区域を含んでいても良い。例えば、円周方向セ
グメント１２及び１６−２０の間のバイアスの洩れを最
小限にするが、組立てし易くする為に、タービンの水平
継手にあるセグメントの端は純粋に半径方向に切断する
が、他の全てのセグメントの端は、剛毛の傾斜角に見合
って、４５°というような角度で切断する。蒸気タービ
ンの１例では、これは、（粒子を通過し易くする為に）
水平継手のところでは小さな一部分の剛毛が失われるこ
とを意味するが、封じの略全周に互って、連続的な剛毛
のパックを依然として持ちながら、固定子ケーシングの
上半分及び下半分を引っかかりなく組み立てることが出
来ることを保証する。
子が通過し易くする為に、剛毛のない１つ又は更に多く
の小さい区域を含んでいても良い。例えば、円周方向セ
グメント１２及び１６−２０の間のバイアスの洩れを最
小限にするが、組立てし易くする為に、タービンの水平
継手にあるセグメントの端は純粋に半径方向に切断する
が、他の全てのセグメントの端は、剛毛の傾斜角に見合
って、４５°というような角度で切断する。蒸気タービ
ンの１例では、これは、（粒子を通過し易くする為に）
水平継手のところでは小さな一部分の剛毛が失われるこ
とを意味するが、封じの略全周に互って、連続的な剛毛
のパックを依然として持ちながら、固定子ケーシングの
上半分及び下半分を引っかかりなく組み立てることが出
来ることを保証する。
【００２３】この発明の幾つかの表現及び実施例につい
てこれまで説明したことは、例示の為である。これは、
網羅したものではないし、この発明をここに開示したま
丶の形に制限するつもりではなく、以上の説明から数多
くの変更及び変形が可能であることは言うまでもない。
この発明の範囲は特許請求の範囲によって定められるこ
とを承知されたい。
てこれまで説明したことは、例示の為である。これは、
網羅したものではないし、この発明をここに開示したま
丶の形に制限するつもりではなく、以上の説明から数多
くの変更及び変形が可能であることは言うまでもない。
この発明の範囲は特許請求の範囲によって定められるこ
とを承知されたい。
【図１】この発明の実施例の簡略縦断面図。
【図２】図１の線２−２で切った断面図。
【図３】図１の線３−３で切った断面図。
【図４】図１の一部分の詳細図。
【図５】この発明の別の実施例を図４と同様に示す図。
１０ 封じ集成体 １２ 弓形部材 １４ 環状封じ １６ 追加の円周方向セグメント １８ 追加の円周方向セグメント ２０ 追加の円周方向セグメント ２１ １２の縦軸線 ２２ １２の半径方向内側 ２４ ２２の縦方向上流側の部分 ２６ ２２の縦方向下流側の部分 ２７ 主たる流体の流れの方向 ２８ 封じ歯 ３０ 封じ歯 ３２ 封じ歯 ３４ 封じ歯 ３６ 封じ歯 ３８ ブラシ封じ ４０ ３８の剛毛 ４１ ２２の大きい方の半径 ４３ ２２の小さい方の半径 ４４ ブラシ封じ支え板 ４６ ブラシ封じの表板 ４８ 回転機械 ５０ 回転子 ５２ 羽根 ５４ 固定子 ５５ ５０の縦軸線 ５６ ５２の縦方向上流側の縁 ５８ ５２の縦方向下流側の縁 ６０ ５２の根元 ６２ ５２の先端 ６４ ５４の歯封じ領域 ６６ ５４のブラシ封じ領域 ６８ ５４の流体膨脹室 ６９ ６８が伸びる半径方向の距離 ７０ 羽根先端シュラウド ７２ ７０の歯 ７４ 羽根先端シュラウド（歯なし） ７６ 図５の歯封じ領域 ７８ 図５の羽根の先端 ８０ 図５の羽根 ８２ 固定子ケーシング ８４ ７６の溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノーマン・アーノルド・ターンキスト アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スロー ンズビル、コービン・ヒル・ロード、146 エー番 (72)発明者 ジョージ・アーネスト・レルズコ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、リディアス・ストリート、3560 番 (72)発明者 ローレンス・ドナルド・ウィレイ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、バーン ト・ヒルズ、ビーチウッド・ドライブ、40 番 (72)発明者 クリストファー・エドワード・ウォルフ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、マイロン・ストリート、1455番
Claims (16)
- 【請求項１】 縦軸線、及び該縦軸線の方を向いた半径
方向の内側を持つ弓形部材を有し、前記半径方向内側
が、縦方向上流側部分及び縦方向下流側部分を含み、前
記縦方向上流側部分が縦方向に相隔たって、円周方向に
伸び、半径方向内向きに突出する複数個の封じ歯を含
み、前記縦方向下流側部分が多数の剛毛を持つ円周方向
に伸びるブラシ封じを含み、該ブラシ封じは前記封じ歯
から縦方向に隔たっており、前記剛毛が、前記縦軸線が
当該切断平面内に入るような切断平面によって切った前
記弓形部材の断面で見たとき、半径方向内向きに突出
し、前記半径方向内側は、縦方向に変化する半径を持っ
ていて、該半径が、縦方向に前記ブラシ封じ及び前記封
じ歯の内、前記ブラシ封じに縦方向で最も接近している
１つの間では、縦方向に前記ブラシ封じに最も接近した
前記封じ歯のうちの１対の封じ歯の間よりも、一層大き
い封じ集成体。 - 【請求項２】 前記弓形部材が蒸気タービンのスピル・
ストリップである請求項１記載の封じ集成体。 - 【請求項３】 前記半径が、縦方向に前記ブラシ封じ及
び該ブラシ封じに最も接近した１つの封じ歯の間では、
任意の縦方向に隣接する封じ歯の間よりも、一層大きい
請求項１記載の封じ集成体。 - 【請求項４】 前記弓形部材には、前記封じ歯より縦方
向上流側に他の何のブラシ封じもない請求項１記載の封
じ集成体。 - 【請求項５】 前記弓形部材には、前記ブラシ封じより
縦方向下流側には、他の何の封じ歯もない請求項１記載
の封じ集成体。 - 【請求項６】 前記弓形部材には、前記封じ歯より縦方
向上流側に他の何のブラシ封じもない請求項５記載の封
じ集成体。 - 【請求項７】 前記半径が、縦方向に前記ブラシ封じと
該ブラシ封じに縦方向に一番接近した１つの封じ歯との
間では、縦方向に隣接する任意の封じ歯の間よりも、一
層大きい請求項６記載の封じ集成体。 - 【請求項８】 前記弓形部材が蒸気タービンのスピル・
ストリップである請求項７記載の封じ集成体。 - 【請求項９】 縦軸線を持つ回転子と、何れも縦方向上
流側の縁、縦方向下流側の縁、前記回転子に取付けられ
た根元及び半径方向外向きに伸びる先端を持つ１列の羽
根と、前記縦軸線と全体的に同軸に整合していて、前記
１列の羽根を円周方向に取巻く固定子とを有し、該固定
子は、半径方向に前記羽根の前記先端に接近して配置さ
れると共に、縦方向には前記羽根の縦方向上流側の縁の
方に配置され、最大の高さの歯を持つ歯封じ領域、半径
方向に前記羽根の前記先端に接近して配置されると共
に、縦方向には前記羽根の前記縦方向下流側の方に配置
されたブラシ封じ領域、及び前記最大の高さの歯の高さ
よりも大きな半径方向の距離だけ伸びる流体膨張室を含
み、前記縦軸線が当該切断平面に入るような切断平面で
切った当該回転機械の断面で見たとき、前記ブラシ封じ
領域が前記流体膨張室の縦方向下流側の境界を定め、前
記歯封じ領域が前記流体膨張室の縦方向上流側の境界を
定め、前記羽根の先端が前記流体膨張室の半径方向内側
の境界を定め、縦方向に前記ブラシ封じ領域及び前記歯
封じ領域の間にある前記固定子が、前記流体膨張室の半
径方向外側の境界を定める回転機械。 - 【請求項１０】 前記歯封じ領域及び該歯封じ領域に接
近した前記羽根の先端がバーニヤ封じを構成している請
求項９記載の回転機械。 - 【請求項１１】 前記歯封じ領域及び該歯封じ領域に接
近した前記羽根の先端がラビリンス封じを構成している
請求項９記載の回転機械。 - 【請求項１２】 縦方向には前記羽根の縦方向上流側及
び下流側の縁の間で、前記固定子には、前記歯封じ領域
より縦方向上流側に、他の何のブラシ封じ領域もない請
求項９記載の回転機械。 - 【請求項１３】 縦方向には前記羽根の前記縦方向上流
側及び下流側の縁の間で、前記固定子には、前記ブラシ
封じ領域より縦方向下流側に、他の何の歯封じ領域もな
い請求項９記載の回転機械。 - 【請求項１４】 縦方向には前記羽根の前記縦方向上流
側及び下流側の縁の間で、前記固定子には、前記歯封じ
領域より縦方向上流側に、他の何のブラシ封じもない請
求項１３記載の回転機械。 - 【請求項１５】 前記歯封じ領域及び該歯封じ領域に接
近した前記羽根の先端がラビリンス封じを構成している
請求項１４記載の回転機械。 - 【請求項１６】 前記歯封じ領域及び該歯封じ領域に接
近した前記羽根の先端がバーニヤ封じを構成している請
求項１４記載の回転機械。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12589299P | 1999-03-24 | 1999-03-24 | |
| US60/125892 | 1999-03-24 | ||
| US09/327,583 US6139019A (en) | 1999-03-24 | 1999-06-08 | Seal assembly and rotary machine containing such seal |
| US09/327583 | 1999-06-08 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000291804A true JP2000291804A (ja) | 2000-10-20 |
| JP2000291804A5 JP2000291804A5 (ja) | 2007-05-17 |
| JP4712936B2 JP4712936B2 (ja) | 2011-06-29 |
Family
ID=26824064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000083521A Expired - Fee Related JP4712936B2 (ja) | 1999-03-24 | 2000-03-24 | 封じ集成体とそれを持つ回転機械 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6139019A (ja) |
| EP (1) | EP1039183B1 (ja) |
| JP (1) | JP4712936B2 (ja) |
| KR (1) | KR100752839B1 (ja) |
| DE (1) | DE60024701T2 (ja) |
| RU (1) | RU2244131C2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006132635A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Toshiba Corp | 軸シール |
| WO2016076292A1 (ja) * | 2014-11-11 | 2016-05-19 | 株式会社椿本チエイン | チェーン |
| WO2016076291A1 (ja) * | 2014-11-11 | 2016-05-19 | 株式会社椿本チエイン | チェーン |
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| US6488471B1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-12-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Gas-turbine brush seals with permanent radial gap |
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