JP5032597B2 - シール - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、ガスまたは蒸気タービンにおけるステータとロータとの間を密封するためのシールに関する。
例えば、ガスまたは蒸気タービンで発生する不利な環境において、ロータとステータとの間を密閉することは、極めて難しいものとして良く知られている。最近では、ブラシシールに置き換える提案があり、それは、ストリップまたはリーフシールと呼ばれ、工業標準となってきている。そのようなシールにおいて、隣り合って配置された複数のリーフは、環状のキャリアに設けられ、これらの面がキャリアの軸に平行な状態で、径方向内側に突出している。一般的に、ロータが水力学の揚力を受ける複数のリーフの自由端を回転させるようにこれらのシールは設計されており、複数のリーフが、良いシーリングを備えた方法でロータの表面とわずかに離らかせて、摩耗を減らす。しかしながら、リーフシールの軸方向における圧力分布が非対称となる場合は、ロータの明らかな揚力不足や、ロータとリーフの先端との間の隙間があまりにも大きいことでリーフの先端において、揚力が、最適な状態に対して不安定な状態となることが分かった。
複数のリーフと、フロントプレートおよびバックプレート（若しくは、高圧側のプレートおよび低圧側のプレート）のそれぞれとの間で隙間を等しくなるように確保することにより、リーフシール内で対称的な圧力分布を得られることがASME TURBO EXPO 2002で出版された“The Development Of High Performance Leaf Seals（高性能リーフシールの改良）”で、H Nakane等によって提案された。これは、理論上完璧な解決策であるが、実際において、特に生産基準では、正確な位置を達成し、維持することは非常に困難である。
本発明は、ステータおよびロータとの間を密封するためのシールであって、略環状のキャリアと、前記環状のキャリアに設けられ、前記キャリアの軸と平行に平面が配置された状態で、前記ステータおよび前記ロータとの間を密封するために隣り合って配置された複数のリーフと、前記複数のリーフの軸方向における両側に配置されたフロントプレートおよびバックプレートと、を有し、前記フロントプレートおよび前記バックプレートは、前記複数のリーフに対して、実質的に対称な圧力損失を与えるための大きさに形成された前記リーフの前記半径方向と直交する方向に延びる１つ以上の孔を有することを特徴とするシールである。
出願人が分かったことは、適した開口部または孔を備えることにより、対象的な分布を与えた状態でプレートの両端のそれぞれに圧力をかけることであり、このことは、複数のリーフおよびプレートの正確な相対位置に影響を受けない。これは、Nakaneの学術論文（Nakane paper）の図１７に示されているように、シールを通過したガスの流れは、複数のプレートおよびリーフとの間の隙間で作られる実質的な半径方向の上昇、または下降の流れにより決まるというよりは、略軸になっているためである。
好ましい実施例の１つとして、少なくとも１つのプレートは、略環状の配列を形成するプレートの周りに並べられた複数の開口部を有する。実施例として、少なくとも１つの開口部は、半径方向に延びる細長い孔の形としても良いし、さらに、バックプレートにおける開口部は、バックプレート全体としても良い。例えば、バックプレートは、実質的に取り除かれていても良い。
プレートと複数のリーフとの間のくぼみを決めるために、少なくとも１つのプレートにおいて、内側に曲ったふちを設けても良い。１つまたは複数のくぼみは、流体の流れを活発にさせるため、複数のリーフを通してより均等な圧力分布を与えるのを補助する。
本発明は、上記に定義されたものであるが、上記または以下に記載された特徴の組み合わせを含むものと理解される。
本発明は様々な方法で行っても良いし、具体的な実施例としては、例として、図を参照して説明する。
図１は、シールの概略の縦断面図である。
図２、３、および４は、他の実施例における対応した図である。
図１において、１０で大まかに示したシールは、環状に形成されたキャリア１１と、複数の隣接したリーフ（そのうちの１つを１２で示す）とを有している。複数のリーフは、キャリア１１に取り付けられた基端１３を有しており、自由端１４まで半径方向内側に延びている。典型的な、周知技術として、キャリア１１は、ステータに取り付けられており、先端１４により決められた環状の孔はロータを受けている。フロントプレートおよびバックプレート１５、１６は、キャリア１１にそれぞれ取り付けられるか、または、それらに一体的に形成されている。
出願人の設計におけるフロントプレートおよびバックプレート１５、１６は、例えば１７、１８でそれぞれ示されたような開口部を備えることにより、複数のリーフ１２の間で、軸方向のガス流れが複数のリーフの略中間部分で生じ、プレートを通して、軸方向で略対称の圧力分布を作り出す。これは、隙間１９および２０が、幅方向に等しい場合には強化させることができるが、既に示されているように、規定の開口部１７、１８は、これらの隙間の相対的な大きさにおけるバリエーションに対するシステムの感度を大きく鈍らせる。
図２において、くぼみ２２を形成する内側に曲ったふち２１が設けられており、くぼみ２２は、流れを活発にさせることで、複数のリーフ１２を通してより均等な圧力分布を与える。
図３において、バックプレート１６が取り除かれており、１つの開口部１８によって効果的に構成されている。一方、図４では、開口部１５および１８は、半径方向に延びた細長い孔の形をしている。

Claims (4)

  1. ステータおよびロータとの間を密封するためのシールであって、
    略環状のキャリアと
    前記環状のキャリアに設けられ、前記キャリアの軸と平行に平面が配置された状態で、前記ステータおよび前記ロータとの間を密封するために隣り合って配置された複数のリーフと
    前記複数のリーフの軸方向における両側に配置されたフロントプレートおよびバックプレートと、を有し、
    前記フロントプレートおよび前記バックプレートは、前記複数のリーフに対して、実質的に対称な圧力損失を与えるための大きさに形成された前記リーフの前記半径方向と直交する方向に延びる１つ以上の孔を有することを特徴とするシール。
  2. 請求項１に記載されたシールにおいて、少なくとも１つのプレートには、略環状の配列を形成するためにプレートの周りに並べられた複数の孔を有することを特徴とするシール。
  3. 請求項１または２に記載されたシールであって、前記孔は、半径方向にも延びた細長い孔であることを特徴とするシール。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたシールにおいて、さらに、少なくとも１つの前記プレートにおいて、前記プレートと前記複数のリーフとの間でくぼみを決めるための内側に曲ったふちを有することを含むことを特徴とするシール。
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