JP2013139874A - 回転機械で使用するためのコンプライアントプレートシールおよび回転機械を組み立てる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機械で使用するためのシール組立体を提供する。
【解決手段】回転機械は、内部に空洞を画定する径方向の内側面を有する固定子筺体と、空洞内に配置され、固定子内側面から内側に離間された回転子とを有する。シール組立体は、固定子筺体に連結された支持環９４と、支持環に連結され、回転子の周りで円周方向に配向された複数の板部材９６とを有する。抵抗部材９８は、支持環から回転子外側面に向かって内側へと延びる。抵抗部材は、支持環に連結され、複数の板部材の各板部材を通って延びる。少なくとも１つの回転子ランドが、回転子外側面の周りで円周方向に画定される。各板部材は、少なくとも１つの回転子ランドに隣接して配向される。
【選択図】図３

Description

本明細書に記載される主題は、概して、回転機械に関し、詳細には、コンプライアントプレートシールおよび回転機械を組み立てる方法に関する。

回転子（例えば、回転する軸）と固定子（例えば、固定された外郭または筺体）との間の動的なシールは、ターボ機械において重要な留意事項である。いくつかのシール方法が使用されてきたが、その中には、ラビリンス歯、または、ブラシシールなどの撓み部材を有するシール組立体が含まれる。

少なくともいくつかの公知のブラシシールでは、回転子組立体に隣接して配向され、かつ、漏れを減らすために互い違いの配置とされ、密集して束にされた概して円筒形の剛毛体が含まれる。剛毛体は、径方向の剛性が低いため、回転子が偏位する場合に動くことができる一方で、一定状態で作動している間は密なクリアランスを保つことができる。しかしながら、ブラシシールは、一般的に、シールを挟んで圧力差が限定された大きさ未満の場合のみ有効である。剛毛体は一般的に円筒形状であるため、ブラシシールは、軸方向における剛性が低くなる傾向があり、それにより、公知のブラシシールにおける最大作動圧力差は、一般的に４００ｐｓｉ未満に限定されている。

また、少なくともいくつかの公知のシール組立体は、回転子組立体に向かって外側へと延びる複数のラビリンス歯を有している。公知のターボ機械では、作動中に、回転子組立体の回転によって引き起こされる振動によって、ラビリンス歯が回転子組立体に接触させられる。時間とともに、ラビリンス歯は摩耗し、シール組立体は効果が低下し、ターボ機械の耐用年数を短縮させてしまう可能性がある。

米国特許第７９０９３３５号明細書

一態様では、回転機械で使用するためのシール組立体が提供される。回転機械は、内部に空洞を画定する径方向の内側面を有する固定子筺体と、空洞内に配置され、固定子内側面から内側に離間された回転子とを有する。シール組立体は、固定子筺体に連結された支持環と、支持環に連結され、回転子の周りで円周方向に配向された複数の板部材とを有する。複数の板部材の各板部材は、根元端および先端を有する。根元端は支持環に連結され、先端は根元端から回転子の外側面に向かって外側へと延びる。抵抗部材は、支持環から回転子外側面に向かって内側へと延びる。抵抗部材は、支持環に連結され、複数の板部材の各板部材を通って延びる。少なくとも１つの回転子ランドが、回転子外側面の周りで円周方向に画定される。複数の板部材の各板部材の先端は、少なくとも１つの回転子ランドに隣接して配向され、回転子ランドおよび複数の板部材の間に蛇行するシール経路を形成する。

別の態様では、回転機械が本明細書で説明される。回転機械は、内部に空洞を画定する径方向の内側面を有する固定子筺体を有する。回転子は固定子筺体に連結される。回転子は、径方向の外側面を有し、固定子内側面から内側に離間される。シール組立体は、固定子筺体に連結され、固定子筺体および回転子外側面の間に配向される。シール組立体は、固定子筺体に連結された支持環と、支持環に連結され、回転子外側面の周りで円周方向に配向された複数の板部材とを有する。複数の板部材の各板部材は、根元端および先端を有する。根元端は支持環に連結される。先端は根元端から回転子外側面に向かって外側へと延びる。抵抗部材は、支持環に連結され、支持環から回転子外側面に向かって内側へと延びる。抵抗部材は、複数の板部材の各板部材を通って延びる。少なくとも１つの回転子ランドが、回転子外側面の周りで円周方向に画定される。複数の板部材の各板部材の先端は、少なくとも１つの回転子ランドに隣接して配向され、回転子ランドおよび複数の板部材の間に蛇行するシール経路を形成する。

さらに別の態様では、回転機械を組み立てる方法が提供される。方法は、径方向の内側面を有する固定子筺体を提供するステップと、回転子が固定子内側面から内側に離間されるように回転子を固定子筺体に連結するステップとを含む。回転子は、回転子の外側面の周りで円周方向に画定された少なくとも１つの回転子ランドを有する。方法はまた、支持環を固定子筺体に連結するステップと、抵抗部材を支持環に連結するステップと、複数の板部材を回転子の周りで円周方向に配向するように支持環に連結するステップとを含む。抵抗部材は、複数の板部材の各板部材を通って延びる。複数の板部材の各板部材は、根元端および先端を有し、先端は根元端から回転子に向かって外側へと延びる。複数の板部材の各板部材の先端は、少なくとも１つの回転子ランドに隣接して配向され、回転子ランドおよび複数の板部材の間に蛇行するシール経路を形成する。

例示の回転機械の概略図である。 例示のコンプライアントプレートシール組立体を含む領域２に沿った、図１に示す回転機械の拡大した断面図である。 図２に示すコンプライアントプレートシール組立体の部分的な透視図である。 図３に示すコンプライアントプレートシール組立体の線４−４に沿った部分的な断面図である。 図２に示すコンプライアントプレートシール組立体の拡大した断面図である。 図５に示すコンプライアントプレートシール組立体の代替の実施形態の断面図である。 図５に示すコンプライアントプレートシール組立体の代替の実施形態の断面図である。

本明細書に記載される例示の方法およびシステムは、回転子組立体とコンプライアントプレートシール組立体との間の漏れを防止するのを支援するように、コンプライアントプレートシール組立体と回転子組立体との間に蛇行する流れ経路を形成するコンプライアントプレートシール組立体を有するシール組立体を提供することで、公知のターボ機械の少なくとも何らかの不利益を克服する。より具体的には、シール組立体は、回転子組立体の外側面の周りで円周方向に配向された複数の回転子ランドを有している。コンプライアントプレートシール組立体は、蛇行する流れ経路を形成するのを容易にするように、複数の回転子ランドに対して配向されている。

また、公知のラビリンスシールは、固定子筺体の内側面に沿って画定される溝の内部に配置されたパッキンリングを有している。本明細書に記載されるシール組立体は、固定子筺体と回転子組立体との間のシールを向上させるように、既存のラビリンスシールを交換するように構成されている。より具体的には、シール組立体は、コンプライアントプレートシール組立体を固定子筺体に連結するのを容易にするように、固定子の溝内に挿入されるように構成された支持環を有している。複数の回転子ランドに対して配向されたコンプライアントプレートシール組立体を有するシール組立体を提供することで、回転子組立体とコンプライアントプレートシール組立体との間で漏れる流れが減少し、それによってターボ機械の作動効率を増加させる。

本明細書で使用される場合、「上流」という用語は、回転機械の前側または吸込側の端を指し、「下流」という用語は、回転機械の後側または吐出側の端を指す。

図１は、例示の回転機械１０の概略図である。図２は、図１に示す領域２に沿った、回転機械１０の拡大した断面図である。図３は、例示のコンプライアントプレートシール組立体１２の拡大した部分的な透視図である。図４は、図３に示す線４−４に沿ったコンプライアントプレートシール組立体１２の部分的な断面図である。図５は、コンプライアントプレートシール組立体１２の部分的な断面図である。例示の実施形態では、ターボ機械１０は、対向流の高圧力および中間圧力の蒸気タービンの組合せを有するタービンエンジン１４を備えている。代わりに、ターボ機械１０は、限定されることはないが、低圧力のタービン、片流れの蒸気タービン、複流の蒸気タービン、ガスタービンエンジン、航空機のエンジン、圧縮機、および／または他の任意の回転装置を含む任意のタイプのタービンエンジン１４であってもよい。例示の実施形態では、タービンエンジン１４は、回転子組立体２０を介して発電機１８に連結されるタービン１６を有している。さらに、例示の実施形態では、タービン１６は、高圧力（ＨＰ）部２２および中間圧力（ＩＰ）部２４を有している。ＨＰ筺体２６は、軸方向において上半分部２８および下半分部３０にそれぞれ分割される。同様に、ＩＰ筺体３２は、軸方向において上半分部３４および下半分部３６にそれぞれ分割される。中央部３８は、ＨＰ部２２とＩＰ部２４との間で延設されており、ＨＰ蒸気吸込口４０およびＩＰ蒸気吸込口４２を有している。回転子組立体２０は、ＨＰ部２２とＩＰ部２４との間で延設されており、ＨＰ部２２とＩＰ部２４との間で中心軸線４６に沿って延びる回転子４４を有している。回転子４４は、回転子４４の相対する端部５２に各々が連結されたジャーナル軸受４８、５０によって、それぞれ筺体２６および３２に支持される。

例示の実施形態では、タービンエンジン１４は、回転子組立体２０、複数の固定されたノズル組立体５４、および、回転子組立体２０およびノズル組立体５４の周りで円周方向に延びる筺体５６を有する。回転子組立体２０は、ノズル組立体５４の隣接する対の各々の間で実質的に軸方向にそれぞれが整列された複数の回転子円板組立体５８を有している。各ノズル組立体５４は、筺体５６にしっかりと連結されている。より具体的には、筺体５６は、筺体５６から回転子組立体２０に向かって径方向内側へと延びるノズルキャリア６０を有している。各ノズル組立体５４は、ノズルキャリア６０に連結され、ノズル組立体５４の回転子組立体２０に対する回転を防止するのを支援する。

例示の実施形態では、各回転子円板組立体５８は、複数のタービンバケット６２を有し、各々のタービンバケット６２は、回転子円板６４から筺体５６に向かって径方向外側へと延びるように回転子円板６４に連結されている。各タービンバケット６２は、回転子円板６４に連結されており、かつ、回転子円板６４の周りで円周方向に離間されている。隣接する回転子円板６４は、円周方向に離間されたタービンバケット６２の隣接する列６８同士の間で隙間６６が画定されるように、共に連結されている。ノズル組立体５４は、タービンバケット６２の隣接する列６８同士の間で各回転子円板６４の周りに円周方向に離間されており、作動流体をタービンバケット６２に向かって導く。作動流体の流れ経路７０は、タービン筺体５６と各回転子円板６４との間に画定される。

作動の間、作動流体は、タービン１６へと、例えば、発電ボイラ（図示せず）といった流体源から導かれ、作動流体の熱エネルギーが、タービン１６によって機械的な回転エネルギーに、続いて、発電機１８によって電気エネルギーに変換される。より具体的には、蒸気は、ＨＰ部２２を通じて、ＨＰ蒸気吸込口４０から作動流体流れ経路７０へと導かれ、回転子組立体２０に衝突し、回転子組立体２０を軸線４６の周りに回転を誘起する。蒸気は、ＨＰ部２２から出てボイラ（図示せず）に導かれ、ボイラは、蒸気の温度を、ＨＰ部２２に入る蒸気の温度にほぼ等しい温度まで上昇させる。次いで、蒸気は、ＩＰ蒸気吸込口４２およびＩＰ部２４に、ＨＰ部２２に入る蒸気の圧力と比較して低減された圧力で導かれる。蒸気は、ＩＰ部２４内に配置された回転子組立体２０に衝突し、回転子組立体２０の回転を誘起する。

例示の実施形態では、中央部３８は、ＨＰ部２２とＩＰ部２４との間で延設される固定子筺体７２を有している。固定子筺体７２は、ＨＰ蒸気吸込口４０とＩＰ蒸気吸込口４２との間で、回転子組立体２０の周りで円周方向に延びている。固定子筺体７２は、内部に空洞７６を画定する径方向の内側面７４を有する。回転子４４は、空洞７６内に配置されており、固定子内側面７４から径方向内側に離間された外側面７８を有している。例示の実施形態では、タービン１６は、タービンの固定された外郭、つまり、固定子筺体７２から径方向内側へと延び、回転子外側面７８にわたって回転子４４と固定子筺体７２との間での作動流体の漏れを防止するのを支援するように複数のシール組立体８０を有している。各シール組立体８０は、回転子４４が各シール組立体８０に対して回転するように、固定子筺体７２に連結されている。固定子筺体７２はまた、本明細書では、「静止構成部材」と呼ばれることがある。例示の実施形態では、少なくとも１つのシール組立体８０は、固定子筺体７２に連結され、固定子筺体７２と回転子４４との間に配向されたコンプライアントプレートシール組立体１２を有している。コンプライアントプレートシール組立体１２は、固定子筺体７２と回転子４４との間の軸方向の作動流体の漏れを低減するのを支援するように、コンプライアントプレートシール組立体１２と回転子４４との間に蛇行する経路８２を形成するように回転子４４に対して配向される。より具体的には、コンプライアントプレートシール組立体１２は、上流側の領域８４と下流側の領域８６との間で、コンプライアントプレートシール組立体１２を挟んで圧力差を発生させるように構成されており、上流側の領域８４が下流側の領域８６よりも高い流体圧力を有する。

例示の実施形態では、シール組立体８０はまた、回転子外側面７８に沿って画定される複数の回転子ランド８８を有している。各回転子ランド８８は、回転子外側面７８の周りで円周方向に延び、蛇行する流れ経路８２を形成するのを容易にし、シール組立体８０と回転子４４との間での作動流体の漏れる流れを低減する。隣接する回転子ランド８８は、回転軸線４６に沿って軸方向に離間されている。例示の実施形態では、１つまたは複数の回転子ランド８８は、回転子外側面７８から固定子筺体７２に向かって外側へと延びる凸部９０を有している。各凸部９０は、外側面７８から外側へと径方向距離９２だけ延び出している。例示の実施形態では、各凸部９０の径方向距離９２は、ほぼ等しくなっている。代わりに、各回転子ランド９０の径方向距離９２は、回転子軸線４６に沿って変化してもよい。コンプライアントプレートシール組立体１２は、蛇行する経路８２がコンプライアントプレートシール組立体１２と回転子ランド８８との間で画定されるように回転子ランド８８に対して配向されている。

例示の実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２は、支持環９４と、支持環９４に連結された複数の板部材９６と、支持環９４に連結され、各板部材９６を通って延びる抵抗部材９８とを有している。支持環９４は、上流側の面１００と下流側の面１０２との間で中心軸線４６に沿って延びている。支持環９４は、各板部材９６および抵抗部材９８を固定子筺体７２から支持するように固定子筺体７２に連結される。例示の実施形態では、固定子筺体７２は、固定子筺体内側面７４内で画定され、回転子４４の周りに円周方向に配向される蟻溝１０４を有している。固定子の溝１０４は、支持環９４が溝１０４内に配置されるように、支持環９４を受け入れるような大きさおよび形状とされている。

固定子の溝１０４は、第１の軸線方向内側面１０８と第２の軸線方向内側面１１０との間で軸線方向に延びる内部面１０６によって画定されている。第１の軸線方向面１０８および第２の軸線方向面１１０は、固定子内側面７４から内部面１０６に径方向内側へと延びている。例示の実施形態では、支持環９４は、第１の軸受フック１１２および第２の軸受フック１１４を有している。各軸受フック１１２および１１４は、支持環９４の固定子筺体７２に対する径方向外側への移動を防止するのを支援する。より具体的には、第１の軸受フック１１２は、上流側の面１００から第１の軸線方向内側面１０８に向かって外側へと延びており、第２の軸受フック１１４は、下流側の面１０２から第２の軸線方向内側面１１０に向かって外側へと延びている。

固定子筺体７２は、少なくとも部分的に溝１０４を画定する一対の軸受フランジ１１６を有している。上流側の軸受フランジ１１８は、第１の軸線方向内側面１０８から第１の軸受フック１１２に向かって外側へと延びている。下流側の軸受フランジ１２０は、第２の軸線方向内側面１１０から第２の軸受フック１１４に向かって外側へと延びている。軸受フック１１２および１１４は、それぞれ、軸受フランジ１１８および１２０のそれぞれに係合し、支持環９４を固定子筺体７２にしっかりと連結するのを容易にする。

例示の実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２はまた、支持環９４と固定子筺体７２との間に連結された少なくとも１つの付勢部材１２２を有している。付勢部材１２２は、支持環９４と固定子筺体７２との間に連結され、コンプライアントプレートシール組立体１２を回転子４４から離すように付勢する。付勢部材１２２は、例えば、コイルばね、板ばね、および／または、シール組立体８０を本明細書に記載のように機能させることができる他の付勢機構であり得る。さらに、例示の実施形態では、付勢部材１２２は、圧力差がない場合に、支持環９４を回転子４４から径方向に離すよう付勢するように配向されており、また、圧力差が各付勢部材１２２の付勢力に打ち勝つ場合には、支持環９４を回転子４４に向かって径方向に動かすように配置されている。このような支持環９４は、「可変クリアランス正圧パッキン」型環という場合がある。例示の実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２は、第１の軸受フック１１２と上流側の軸受フランジ１１８との間に連結される第１の付勢部材１２４と、第２の軸受フック１１４と下流側の軸受フランジ１２０との間に連結される第２の付勢部材１２６とを有している。代わりに、コンプライアントプレートシール組立体１２が付勢部材１２２を有しておらず、支持環９４が固定子筺体７２に堅固に連結されていてもよい。

例示の実施形態では、各板部材９６は、第１の側面１２８、反対側の第２の側面１３０、および、第１の側面１２８と第２の側面１３０との間で画定される板厚Ｔ１を有している。第１の側面１２８および第２の側面１３０は、前縁１３２と後縁１３４との間で長手方向軸線１３６に沿って延びている。また、第１の側面１２８および第２の側面１３０は、根元端１３８から先端１４０に向かって径方向外側へと延びている。根元端１３８は支持環９４に連結される。先端１４０は、根元端１３８から径方向外側へと延びており、回転子外側面７８に隣接して配向されている。さらに、各板部材９６は、第１の側面１２８および第２の側面１３０の各々が回転子軸線４６に沿って配向されるように、回転子４４に対して配向されており、後縁１３４は、中心軸線４６に沿って、前縁１３２から下流側に離されている。

例示の実施形態では、根元端１３８および先端１４０は、前縁１３２と後縁１３４との間で延びている。先端１４０は、前縁１３２と後縁１３４との間で長手方向軸線１３６に沿って測った長さＬ１を有している。例示の実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２は、先端１４０が少なくとも１つの回転子ランド８８にわたって延びるように固定子筺体７２に連結されている。ある実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２は、先端１４０が２つ以上の回転子ランド８８にわたって延びるように固定子筺体７２に連結されている。また、コンプライアントプレートシール組立体１２は、前縁１３２および／または後縁１３４が隣接する回転子ランド８８同士の間に配向されるように、回転子４４に対して配向されてもよい（図６に示す）。代わりに、コンプライアントプレートシール組立体１２は、前縁１３２および／または後縁１３４が回転子ランド８８に対して配向されるように、回転子４４に対して配向されてもよい（図５に示す）。

例示の実施形態では、隣接する板部材９６同士は、対向する関係で（つまり、向かい合って）配向される。本明細書では、「対向する関係」という用語は、コンプライアントな板部材９６の第１の側面１２８が、直近の隣接するプレート部材９６の第２の側面１３０に隣接している配向のことをいう。例示の実施形態では、各側面１２８および１３０は、実質的に平面である。代わりに、各側面１２８および１３０は、凹面、凸面、および／または、シール組立体８０を本明細書に記載されるように機能させることができる任意の他の形であってもよい。

例示の実施形態では、各板部材９６は、隙間１４２が隣接するコンプライアントな板部材９６同士の間で画定されるように支持環９４に連結される。隙間１４２は、隣接する側面１２８および１３０の間で画定される変化する幅Ｔ₂を有している。ある実施形態では、隣接する第１の側面１２８および第２の側面１３０は、隙間１４２が先端１４０よりも根元端１３８において幅広となるように、根元端１３８から先端１４０に向かって近づく。このように、板部材９６の根元端１３８は「緩やかに束ねられている」と考えることができ、先端１４０は「きつく束ねられている」と考えることができる。本明細書で使用される場合、「緩やかに束ねられている」という用語は、隣接する板の先端１４０同士が互いに接していないが密に離間されている配向をいっており、例えば、限定されることはないが、約０．２ミルだけ離間している配置をいう。別の実施形態では、隣接する第１の側面１２８および第２の側面１３０は、隙間１４２が根元端１３８よりも先端１４０において幅広となるように、根元端１３８から先端１４０に向かって離れてもよい。代わりに、隣接する部材９６は、隙間の幅Ｔ₂が根元端１３８から先端１４０に向かって実質的に一定となるように配向されてもよい。また、板厚Ｔ₁は、隙間１４２が変化する幅Ｔ₂を有するように、根元端１３８から先端１４０に向かって変化してもよい。

板部材９６は、各板部材９６が回転子４４の各々の接平面１４４に対して角度θ（本明細書では「カント角」ともいう）で配向されるように支持環９４に連結されている。接平面１４４は、板の先端１４０に隣接する回転子外側面７８上の線１４６において定められる。より具体的には、側面１２８および／または１３０の少なくとも一方が、接平面１４４に対して角度θで配向される。例示の実施形態では、カント角θは、９０°未満である。ある実施形態では、カント角θは約３０°から約６０°の間である。例示の実施形態では、カント角θがシール組立体８０内で回転子４４の回転を容易にするように、板部材９６が確実に回転子４４の回転の方向Ｒから離れる角度となるようにカント角θが選択されている。

例示の実施形態では、抵抗部材組立体９８は、各コンプライアント板部材９６を少なくとも部分的に通って延びており、隙間１４２同士の間での回転子軸線４６に沿った軸方向の漏れの流れを防止するのを支援する。より具体的には、例示の実施形態では、抵抗部材組立体９８は、支持環９４の周りで円周方向に延びており、かつ、支持環９４から回転子４４に向かって径方向内側に延びている。例示の実施形態では、各コンプライアント抵抗部材９６は、自身を通して抵抗部材組立体９８を受け入れるような大きさおよび形とされた少なくとも１つのスロット１４８を有している。スロット１４８は、第１の側面１２８と第２の側面１３０との間で板部材９６を通って延び、かつ、根元端１３８から先端１４０に向かって延びている。例示の実施形態では、抵抗部材組立体９８は、支持環９４に連結され、各スロット１４８を通じて延びる少なくとも１つの環状の抵抗環１５０を有している。

例示の実施形態では、回転子４４の作動中に先端１４０が根元端１３８に対して動くことができるように、各板部材９６は、支持環９４に対して曲がったり撓んだりするように構成されている。より具体的には、各板部材９６は、回転子４４の回転中に回転子外側面７８にわたって接線方向圧力のビルドアップ効果が発生するにつれて、各部材の先端１４０が回転子外側面７８から外側へと離れるように動くのを可能とする弾力性を有している。この効果によって、コンプライアント板部材９６は回転子の回転中に持ち上がる。この持ち上がりの結果、コンプライアント板部材９６に生じる他の圧力による力、および、コンプライアント板部材９６自体の備える弾性に加えて、板の先端１４０と回転子外側面７８との間のクリアランス１５２を小さくするのを支援する平衡する状態が、各コンプライアント板部材９６において実現される。また、抵抗部材９８は、漏れの流れを蛇行する経路８２を通るように導くのを支援することで、軸方向の漏れの流れに対するコンプライアントプレートシール組立体１２の抵抗を増加させる。先端１４０と回転子１４４との間のクリアランス１５２を小さくすることで、板の先端１４０と回転子４４との間の物理的な接触を実質的に最小とする、あるいは、無くすことにより、摩擦による熱の発生を低減するのを支援する。

図６および図７は、コンプライアントプレートシール組立体１２の代替の実施形態の断面図である。図６および図７に示す同じ構成部品には、図５で用いられた同じ符号が付されている。図６を参照すると、例示の実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２は、上流側抵抗環１５４および下流側抵抗環１５６を有している。上流側抵抗環１５４は、支持環９４から回転子４４に向かって径方向内側に延びており、かつ、部材の前縁１３２と交差して円周方向に延びている。下流側抵抗環１５６は、支持環９４から回転子４４に向かって内側に延びており、かつ、板の長手方向軸線１３６に沿って上流側抵抗環１５４から軸方向に離間されている。下流側抵抗環１５６は、上流側抵抗環１５４および下流側抵抗環１５６が板部材９６を実質的に包囲するように部材の後縁１３４と交差して円周方向に延びている。上流側抵抗環１５４は、第１の幅Ｗ₁を有する第１の隙間１５８が上流側抵抗環１５４と前縁１３２との間で画定されるように、前縁１３２に対して配向されている。下流側抵抗環１５６は、第２の幅Ｗ₂を有する第２の隙間１６０が下流側抵抗環１５６と後縁１３４との間で画定されるように、後縁１３４に対して配向されている。例示の実施形態では、第１の幅Ｗ₁は第２の幅のＷ₂にほぼ等しい。代わりに、第１の幅Ｗ₁は、第２の幅のＷ₂より狭くてもよいし、あるいは、広くてもよい。

図７を参照すると、ある実施形態では、コンプライアントプレートシール組立体１２は、支持環９４から回転子外側面７８に向かって外側へと延びる１つまたは複数のラビリンス歯組立体１６２を有している。より具体的には、コンプライアントプレートシール組立体１２は、上流側の抵抗環１５４から外側へと延びる上流側ラビリンス歯組立体１６４と、下流側の抵抗環１５６から外側へと延びる下流側ラビリンス歯組立体１６６とを有している。各ラビリンス歯組立体１６２は、回転子外側面７８に向かって延びて蛇行する経路８２を少なくとも部分的に画定する複数のラビリンス歯１６８を有している。例示の実施形態では、ラビリンス歯１６８は、板の先端１４０がラビリンス歯１６８の先１７０よりも回転子外側面７８のより近くに位置するように配向されている。代わりに、板の先端１４０およびラビリンス歯の先１７０は、実質的に同一平面上にあってもよい。

上記のシール組立体は、回転要素と固定要素との間で高圧の動的なシールを作り出す。シール組立体は、回転子組立体とコンプライアントプレートシール組立体との間の漏れを防ぐのを助けるように、コンプライアントプレートシール組立体と回転子組立体との間に蛇行する流れ経路を形成するコンプライアントプレートシール組立体を有している。より具体的には、シール組立体は、回転子組立体の外側面の周りで円周方向に配向された複数の回転子ランドを有している。複数の回転子ランドに対して配向されたコンプライアントプレートシール組立体を有するシール組立体を提供することで、回転子組立体とコンプライアントプレートシール組立体との間で漏れる流れが減少し、それによってターボ機械の作動効率を増加させる。

回転機械および回転機械を組み立てる方法で使用されるコンプライアントプレートシール組立体の例示の実施形態は、上記で詳細に説明されている。本明細書で説明されるコンプライアントプレートシール組立体は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されず、むしろ、コンプライアントプレートシール組立体の構成部品は、本明細書に記載される他の構成部品から分離して個々に利用されてもよい。例えば、コンプライアントプレートシール組立体は、他の回転機械と組み合わされて使用されてもよく、また、本明細書に記載されるような回転機械やその回転機械の作動のみで使用されることに限定されない。むしろ、シール組立体は、他の多くのシール用途と組み合わされて実施および利用することができる。

本発明の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面においては示されていても他の図面では示されていない場合がある。これは単に便宜上のためである。さらに、上記の説明における「ある実施形態」とは、引用された特徴を同様に含む追加的な実施形態の存在を排除するとして解釈されることを意図するものではない。本発明の本質に従って、図面の何らかの特徴が、任意の他の図面の何らかの特徴と組み合わされて参照および／または請求されてもよい。

記載した説明は、最適な態様を含め、本発明を開示するために、また、任意の装置またはシステムを製作および使用すること、ならびに、任意の採用された方法を行うことを含め、当業者が本発明を実施することができるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者の思いつく他の実施例が含まれ得る。そのような他の実施例が、請求項の文言と異なることのない構造的な要素を有している場合、あるいは、請求項の文言と非実質的に異なる同等の構造的な要素を有している場合には、その実施例は特許請求の範囲内にあると意図される。

１０ ターボ機械
１２ コンプライアントプレートシール組立体
１４ タービンエンジン
１６ タービン
１８ 発電機
２０ 回転子組立体
２２ ＨＰ部
２４ ＩＰ部
２６ 筺体
２８ 半分部
３０ 半分部
３２ 筺体
３４ 半分部
３６ 半分部
３８ 中央部
４０ ＨＰ蒸気吸込口
４２ ＩＰ蒸気吸込口
４６ 軸線
４８ ジャーナル軸受
５０ ジャーナル軸受
５２ 相対する端部
５４ ノズル組立体
５６ 筺体
５８ 回転子円板組立体
６０ ノズルキャリア
６２ タービンバケット
６４ 回転子円板
６６ 隙間
６８ 列
７０ 流れ経路
７２ 固定子筺体
７４ 内側面
７６ 空洞
７８ 外側面
８０ シール組立体
８２ 蛇行する経路
８４ 上流側の領域
８６ 下流側の領域
８８ 回転子ランド
９０ 回転子ランド
９２ 径方向距離
９４ 支持環
９６ コンプライアント板部材
９８ 抵抗部材組立体
１００ 上流側の面
１０２ 下流側の面
１０４ 溝
１０６ 内部面
１０８ 第１の軸線方向内側面
１１０ 第２の軸線方向内側面
１１２ 第１の軸受フック
１１４ 第２の軸受フック
１１６ 軸受フランジ
１１８ 上流側の軸受フランジ
１２０ 下流側の軸受フランジ
１２２ 付勢部材
１２４ 第１の付勢部材
１２６ 第２の付勢部材
１２８ 第１の側面
１３０ 第２の側面
１３２ 前縁
１３４ 後縁
１３６ 長手方向軸線
１３８ 根元端
１４０ 先端
１４２ 隙間
１４４ 接平面
１４６ 線
１４８ スロット
１５０ 環状の抵抗環
１５２ クリアランス
１５４ 上流側の抵抗環
１５６ 下流側の抵抗環
１５８ 第１の隙間
１６０ 第２の隙間
１６２ ラビリンス歯組立体
１６４ 上流側ラビリンス歯組立体
１６６ 下流側ラビリンス歯組立体
１６８ ラビリンス歯
１７０ 先

Claims (10)

1. 内部に空洞を画定する径方向の内側面（７４）を有する固定子筺体（７２）と、前記空洞内に配置され、前記固定子内側面から内側に離間された回転子（４４）とを備えた回転機械（１０）で使用するためのシール組立体（８０）であって、
   前記固定子筺体に連結された支持環（９４）と、
   前記支持環に連結され、前記回転子の周りで円周方向に配向された複数の板部材（９６）であって、前記複数の板部材の各板部材は根元端（１３８）および先端（１４０）を有し、前記根元端は前記支持環に連結され、前記先端は前記根元端から前記回転子の外側面（７８）に向かって外側へと延びる複数の板部材と、
   前記支持環に連結され、前記支持環から前記回転子外側面に向かって内側へと延びる抵抗部材（９８）であって、前記抵抗部材は前記複数の板部材の前記各板部材を通って延びる抵抗部材と、
   前記回転子外側面の周りで円周方向に画定された少なくとも１つの回転子ランド（８８）であって、前記複数の板部材の前記各板部材の前記先端が前記少なくとも１つの回転子ランドに隣接して配向され、前記回転子ランドおよび前記複数の板部材の間に蛇行するシール経路を形成する回転子ランドと
   を有するシール組立体。
2. 前記複数の板部材の前記各板部材（９６）は、前記根元端（１３８）から前記先端（１４０）に向かって延び、内部に前記抵抗部材（９８）を受け入れるように構成されたスロット（１４８）をさらに有する請求項１記載のシール組立体（８０）。
3. 前記少なくとも１つの回転子ランド（８８）は、前記回転子外側面（７８）から径方向外側へと延びる凸部（９０）を有する請求項１記載のシール組立体（８０）。
4. 前記支持環（９４）および前記固定子筺体（７２）に連結された少なくとも１つの付勢部材（１２２）をさらに有する請求項１記載のシール組立体（８０）。
5. 前記複数の板部材の前記各板部材（９６）はさらに、前縁（１３２）および後縁（１３４）を有し、前記先端（１４０）は、前記前縁と前記後縁との間で延び、前記前縁と前記後縁との間で測られる長さを有し、前記先端は、前記少なくとも１つの回転子ランド（８８）にわたって軸方向に延びる請求項１記載のシール組立体（８０）。
6. 複数の回転子ランド（８８）をさらに有し、前記先端（１４０）が２つ以上の回転子ランドにわたって延びる請求項５記載のシール組立体（８０）。
7. 前記固定子筺体（７２）は、前記固定子内側面（７４）に沿って画定された溝（１０４）を有し、前記支持環（９４）が、前記回転子（４４）の周りで円周方向に延びるように前記溝内に配置された請求項１記載のシール組立体（８０）。
8. 前記支持環（９４）に連結され、前記回転子外側面（７８）に隣接して配向された複数のラビリンス歯（１６２）をさらに有する請求項７記載のシール組立体（８０）。
9. 内部に空洞を画定する径方向の内側面（７４）を有する固定子筺体（７２）と、
   前記固定子筺体に連結され、前記固定子内側面（７４）から内側に離間された径方向の外側面（７８）を有する回転子（４４）と、
   前記固定子筺体および前記回転子外側面の間に配向されたシール組立体（８０）と
   を有する回転機械（１０）であって、
   前記シール組立体は、
   前記固定子筺体に連結された支持環（９４）と、
   前記支持環に連結され、前記回転子の外側面の周りで円周方向に配向された複数の板部材（９６）であって、前記複数の板部材の各板部材は根元端（１３８）および先端（１４０）を有し、前記根元端は前記支持環に連結され、前記先端は前記根元端から前記回転子外側面に向かって外側へと延びる複数の板部材と、
   前記支持環に連結され、前記支持環から前記回転子外側面に向かって内側へと延びる抵抗部材（９８）であって、前記抵抗部材は前記複数の板部材の前記各板部材を通って延びる抵抗部材と、
   前記回転子外側面の周りで円周方向に画定された少なくとも１つの回転子ランド（８８）であって、前記複数の板部材の前記各板部材の前記先端が前記少なくとも１つの回転子ランドに隣接して配向され、前記回転子ランドおよび前記複数の板部材の間に蛇行するシール経路を形成する回転子ランドと
   を有する回転機械（１０）。
10. 前記複数の板部材の前記各板部材（９６）は、前記根元端（１３８）から前記先端（１４０）に向かって延び、内部を通して前記抵抗部材（９８）を受け入れるように構成されたスロット（１４８）をさらに有する請求項９記載の回転機械（１０）。