JP6470945B2 - 回転機械の吸引シール組立体及びその組立方法 - Google Patents

回転機械の吸引シール組立体及びその組立方法 Download PDF

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Description

本出願は、全体的に、回転機械に関し、より詳細には、回転機械をシールするための吸引シール組立体に関する。
蒸気タービンエンジンのような少なくとも一部の回転機械は、貫通して延びた所定の流体流路を有する。流路は、直列流れ関係で、流体入口と、タービンと、流体出口とを含む。漏洩流路は、一部の公知の回転機械においては、高圧区域と低圧区域との間の主流路の上流側にある。一部の回転機械は、漏洩流路において複数のシール組立体を使用して、回転機械の作動効率の向上を促進する。一般に、公知のシール組立体は、固定部品と回転部品との間に結合され、高圧区域と低圧区域との間にシールを提供する。
一部の公知の回転機械において、流体力学的面シールを用いて、固定部品と回転部品との間のギャップを通る加圧プロセス流体の漏洩を低減することができる。流体力学的面シールは一般に、回転リングと、固定(非回転)リングとを含む。流体力学的面シールを含む少なくとも一部の公知の回転機械の始動時には、圧力が機械内に蓄えられて固定リングを回転リングに向けて移動させるまで、回転リングと固定リングは互いに対して離れるように付勢される。作動中、回転リングに形成された流体力学的溝が流体力学的力を発生し、これにより、固定リングが、回転リングから離隔した状態を保持し、2つのリングの間に小ギャップが存在する。しかしながら、固定リングに作用する高圧が過度に大きい場合には、溝によって生成される流体力学的力は、固定リングが回転リングに衝突して回転機械に対して重大な損傷を生じないようにするには十分ではない場合がある。
米国特許第7654535号明細書
1つの態様にいて、中心軸線を含む回転機械と共に使用するための吸引面シールが提供される。吸引面シールは、傾斜部分を有する半径方向外面を含む回転シールリングを備える。固定シールリングは、第1のギャップが間に定められるように回転シールリングに近接して結合される。固定シールリングは、開放位置とシール位置との間で中心軸線に沿って移動可能であり、第1のギャップにわたって延びる延長部材を含む。補助シールは、シール歯先端を有する少なくとも1つのシール歯を含む。少なくとも1つのシール歯が、延長部材から半径方向内向きに延びて、シール歯先端と傾斜部分との間に第2のギャップが定められる。
別の態様において、回転機械が提供される。回転機械は、ケーシングと、中心軸線を定める回転可能シャフトとを含む。回転機械はまた、シャフトに結合された回転シールリングを含むシールシステムを備え、該回転シールリングは、傾斜部分を有する半径方向外面を含む。シールシステムはまた、第1のギャップが間に定められるように回転シールリングに近接してケーシングに結合された固定シールリングを含む。固定シールリングは、開放位置とシール位置との間で中心軸線に沿って移動可能であり、固定シールリングは、第1のギャップにわたって延びる延長部材を含む。シールシステムはまた、シール歯先端を有する少なくとも1つのシール歯を含む補助シールを含む。少なくとも1つのシール歯は、延長部材から半径方向内向きに延びて、シール歯先端と傾斜部分との間に第2のギャップが定められる。
更に別の態様において、回転機械で使用するためのシールシステムを組み立てる方法が提供される。本方法は、中心軸線を定める回転可能シャフトに回転シールリングを結合するステップと、第1のギャップが間に定められるように固定シールリングを回転シールリングに近接して結合するステップとを含む。固定シールリングは、開放位置とシール位置との間で中心軸線に沿って移動可能である。固定シールリングは、第1のギャップにわたって延びる延長部材を含む。本方法はまた、回転シールリングから半径方向外向きに補助シールを形成するステップを含む。補助シールは、シール歯先端を有する少なくとも1つのシール歯を含む。少なくとも1つのシール歯は、延長部材から半径方向内向きに延びて、シール歯先端と傾斜部分との間に第2のギャップが定められる。
例示的な蒸気タービンエンジンの概略図。 図1に定められる区域の周りから見た蒸気タービンエンジンの一部のより詳細な概略図。 開放位置にある例示的な吸引面シール組立体の概略断面図。 中間位置にある図3に示す吸引面シール組立体の概略断面図。 シール位置にある図3に示す吸引面シール組立体の概略断面図。
本明細書で記載される例示的な装置及びシステムは、回転機械から外部環境への流体の漏洩で作動する可能性がある回転機械に関連する欠点の少なくとも一部に対処する。本明細書で記載される実施形態は、回転機械の固定(非回転)部品と回転部品との間に位置付けられて、回転機械の性能の向上を促進する吸引面シール組立体を提供する。
より具体的には、本明細書で記載される吸引面シール組立体は、回転機械内で低圧区域と高圧区域との間の流体漏洩を実質的に低減する補助シールを含む。補助シールは、回転部品上にシール歯を含み、該シール歯は、回転部品上で斜め配向面に沿って軸方向に移動して、蒸気タービンエンジン運転中に固定部品が回転部品に衝突するのを防ぐ圧力低下を引き起こす。
図1は、例示的な蒸気タービンエンジン10の概略図である。図1は例示的な蒸気タービンエンジンを記載しているが、本明細書で記載されるシール装置及びシステムは、何らかの1つの特定のタイプのタービンエンジンに限定されない点に留意されたい。本明細書で記載される現行のシール装置及びシステムは、かかる装置及びシステムが本明細書で更に記載されるように作動するのを可能にする好適な構成で、ガスタービンエンジンを含む回転機械と共に用いることができることは、当業者であれば理解されるであろう。
例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン10は、単流式蒸気タービンエンジンである。或いは、蒸気タービンエンジン10は、限定ではないが、低圧タービン、対向流式の高圧及び中圧蒸気タービンの組み合わせ、複流式蒸気タービンエンジン、及び/又はその他など、任意のタイプの蒸気タービンとすることができる。更に、上記で検討したように、本発明は、蒸気タービンエンジンにおいてのみ使用することに限定されず、ガスタービンエンジンなどの他のタービンシステムにおいて用いることができる。
例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン10は、回転可能シャフト14に結合された複数のタービン段12を含む。ケーシング16は、上側半セクション18と下側半セクション(図示せず)とに水平方向に分けられる。蒸気タービンエンジン10は、高圧(HP)蒸気入口導管20及び低圧(LP)蒸気排出導管22を含む。シャフト14は、中心軸線24に沿ってケーシング16を貫通して延びる。シャフト14は、ジャーナル軸受(図示せず)によりシャフト14の対向する末端部分30にて支持される。複数の端部パッキン領域又はシール部材32、34、及び36が、回転可能シャフトの末端部分30とケーシング16との間に結合され、シャフト14の周りでケーシング16のシールを向上させる。
作動中、高圧高温の蒸気40は、ボイラーなど(図示せず)の蒸気供給源からタービン段12に送られ、該タービン段12によって熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。より具体的には、蒸気40は、蒸気入口導管20を介してケーシング16を通って入口ボウル26に送られて、ここで、シャフト14に結合された複数のタービンブレード又はバケット38に衝突し、中心軸線24の周りのシャフト14の回転を誘起する。蒸気40は、蒸気排出導管22にてケーシング16から流出する。次いで、蒸気40は、ボイラー(図示せず)に送られ、ここで再加熱されるか、又はシステムの他の部品(例えば、低圧タービンセクション又は凝縮器(図示せず))に送ることができる。
図2は、図1に定められる領域2の周りから見た、蒸気タービンエンジン10の一部のより詳細な概略図である。図2に示す例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン10は、シャフト14と、ケーシング16の内側シェル44に結合されたステータ部品42と、該ステータ部品42に取り付けられた複数のシール部材34とを含む。ケーシング16、内側シェル44、及びステータ部品42は各々、シャフト14及びシール部材34の周りに円周方向に延びる。例示的な実施形態において、シール部材34は、ステータ部品42とシャフト14との間に蛇行シール経路を形成する。シャフト14は、複数のタービン段12を含み、高圧高温の蒸気40が、蒸気タービンエンジン10の入口側11にある1又はそれ以上の入口ボウル26を介して、この複数のタービン段12を通過する。タービン段12は、複数の入口ノズル48を含む。蒸気タービンエンジン10は、本明細書で記載されるように蒸気タービンエンジン10が作動するのを可能にする任意の数の入口ノズル48を含むことができる。例えば、蒸気タービンエンジン10は、図2に示すよりも多い又は少ない入口ノズル48を含むことができる。タービン段12はまた、複数のタービンブレード又はバケット38を含む。蒸気タービンエンジン10は、本明細書で記載されるように蒸気タービンエンジン10が作動するのを可能にする任意の数のバケット38を含むことができる。例えば、蒸気タービンエンジン10は、図2に示すよりも多い又は少ないバケット38を含むことができる。蒸気40は、蒸気入口導管20を通って入口ボウル26に流入し、タービン段12を通ってシャフト14の長さを下方向に通過する。
流入した高圧高温の蒸気40の一部は、漏洩領域50を介して端部パッキンシール部材34を通過する。漏洩領域50を通る蒸気40の損失は、蒸気タービンエンジン10の効率の損失をもたらす結果となる。上述のように、端部パッキン領域32を通る蒸気40の漏洩を低減するために、例示的な実施形態において、蒸気タービンエンジン10は、符号52で全体的に示される、固有の吸引面シール組立体を含む。
図3は、蒸気タービンエンジン10(図1に示す)と共に用いることができる吸引面シール組立体52の概略図である。図3は、エンジン10の圧力なし又は低圧荷重条件で開放位置にある面シール組立体52を示している。図5は、エンジン10が図4に示すよりも高圧荷重状態で少なくともベース負荷を作動しているときのシール位置にある吸引面シール組立体52の概略図である。例示的な実施形態において、面シール組立体52は、比較的低圧の領域54と、比較的高圧の区域56との間での加圧プロセス流体(例えば、蒸気40)の漏洩の低減又は阻止を可能にする。例示的な実施形態において、面シール52は、タービン段12の入口側11でシャフト14とケーシング16の内側シェル44との間に位置付けられた高圧シールである。上述のように、蒸気タービンエンジン10が例示されているが、面シール組立体52は、自己調整式シールが望ましい又は必要とされる用途で用いることができる。例示的な実施形態において、面シール組立体52は、回転シールリング58と、固定シールリング60と、シャフト14の中心軸線24に同心で中心軸線24の周りに延びるシールハウジング62とを含む。回転シールリング58及び固定シールリング60が協働して、蒸気40のための巡回又は蛇行漏洩流路64を形成し、また、流路64をシールするための主シールを形成する。
例示的な実施形態において、回転シールリング58は、シャフト14に結合され、これと共に回転可能である。或いは、回転シールリング58は、シャフト14の一体部材として形成することができる。例示的な実施形態において、回転シールリング58は、略ディスク形状であり、軸方向に面する回転シール面68を含み、該回転シール面68は、内部に定められるチャンネル又は溝70のような流体力学的特徴部を含む。エンジン10の運転中、溝70は、プロセス流体(例えば、蒸気40)を回転シールリング58と固定シールリング60との間に配向し、従って、全体として約0.002インチ厚さ以下のプロセス流体膜層を形成する。代替として、又はこれに加えて、溝70は、固定シールリング60の固定シール面72内に形成することができる。固定シール面72は、軸方向に向けられたギャップ74がシール面68と72の間に定められるように回転シールリング58の回転シール面68の近傍に位置付けられる。
例示的な実施形態において、シールハウジング62は、固定シールリング60をケーシング16の内側シェル44に結合するよう構成される。一部の実施形態において、シールハウジング62は、ケーシング16の内側シェル44と一体化することができる。更に、一部の代替の実施形態において、固定シールリング60は、内側シェル44に直接結合することができる。シールハウジング62は、非回転の軸方向に延びる部品であり、固定シールリング60が軸方向に滑動してシールを提供しながら軸方向の移行で回転シールリング58に動的に追従できるようにする半径方向2次シール76を含む。シールハウジング62はまた、バネなどの付勢部品80を内部に受けるよう構成された1又はそれ以上のバネ座78を含む。付勢部品80は、バネ座78と固定シールリング60との間に延び、圧力なし又は低圧荷重条件で固定シールリング60を回転シールリング58から離れるように付勢して、最初にシール面68及び72間で接触することなく、回転可能シャフト14が回転できるように構成されている。シールハウジング62は、半径方向内向きに延びたアライメント部材82を含むことができ、該アライメント部材は、固定シールリング60の外側縁部上に形成されたアライメントスロット84に結合される。固定シールリング60は、中心軸線24に沿って軸方向には移動可能であるが、横方向又は回転方向には移動可能ではないようにシールハウジング62に結合される。舌部スロット挿入(tongue−in−slot)結合は、第2のシールリング60が回転シールリング58と共に回転するのを防ぐための回転防止特徴部として動作する。
例示的な実施形態において、吸引面シール組立体52は、回転シールリング58の半径方向外側端部88の近傍に位置する補助シール86を含む。補助シール86は、漏洩経路64を通る空気流を制限し、エンジン10の作動時に、固定シールリング60を軸線24(図1及び2に示す)に沿って回転シールリング58に向けて、及びより具体的には回転シール面68に向けて押し付けるのに十分な圧力を生成するよう構成される。半径方向外側端部88は、回転シールリング58の回転シール面68と対向する上流側面92との間で軸方向に延びる半径方向外面90を含む。半径方向外面90は、回転シール面68に対して斜め配向された傾斜部分94を含み、すなわち、半径方向外面90の少なくとも一部は、中心軸線24に平行ではない。例示的な実施形態において、傾斜部分94は、実質的に平坦であり、半径方向外側端部88からロータ14に向かって半径方向内向きに傾斜し、上流側面92の長さが回転シール面68の長さよりも短くなる。或いは、傾斜部分94は、平坦ではなく実質的に弓状とすることができる。例示的な実施形態において、傾斜部分94は、回転シール面68と上流側面92との間の部分的距離だけ延びている。或いは、傾斜部分94は、回転シール面68と上流側面92との間の全距離を延びることができる。一般に、傾斜部分94は、回転シール面68と上流側面92との間で、補助シール86が本明細書で記載されるように動作させることのできる距離を延びる。
例示的な実施形態において、補助シール86はまた、固定シールリング60から漏洩流路64にわたって軸方向に延びる延長部材96により形成される。延長部材96の遠位端部は、少なくとも1つの補助シール歯98を含み、該シール歯98が回転シールリング58の半径方向外側端部88から半径方向外向きに配置される。シール歯98は、半径方向外側端部88に向かって半径方向内向きに延びて、歯先端100にて終端する。例示的な実施形態において、歯先端100は、傾斜部分94から半径方向外向きに配置され、半径方向に向けられたギャップ102が、歯先端100と半径方向外面90の傾斜部分94との間に定められる。
エンジン10の運転中、吸引面シール52は、固定シールリング60に作用する力の結果として、開放位置とシール位置との間で軸線24に沿って軸方向に移動可能であるように構成される。これらの力は、固定シールリング60の種々の面に作用する低圧及び高圧区域54、56の圧力の結果である。低圧又は圧力なし条件の間、吸引面シール組立体52は、開放位置(図3に示す)にあり、固定シールリング60及び固定シール面72が付勢部品80によって回転シールリング58及び回転シール面68から離れて付勢される。開放位置では、エンジン10は、低圧又は圧力荷重なしで作動しており、及び/又は高圧区域56及び低圧区域54の圧力が実質的に等しい。付勢部品80は、固定シールリング60を回転シールリング58から離れるように押し付け、軸方向ギャップ74が幅W1を定める。また、開放位置において、補助シール86のシール歯98は、傾斜部分94から半径方向外向きで、回転シール面68と上流側面92との間の実質的に中間に位置付けられ、ギャップ102がW1よりも小さい幅W2を定める。
例示的な実施形態において、エンジン10が始動して、ベース作動負荷に達するまでは、吸引面シール組立体52は中間位置(図4に示す)にある。エンジン10が始動すると、シール歯98は、高圧区域56から漏洩流路64を通って低圧区域54に入る高圧漏洩空気の流れを制限し、これにより区域54と56との間に圧力差を生じさせる。低圧区域54及び高圧区域56間の圧力差は、固定シールリング60に対する閉鎖圧力として作用し、付勢部品80によって生じる付勢力に打ち勝って、固定シールリング60を回転シールリングに向けて押し付ける。このような中間位置において、圧力差は、固定シールリング60を回転シールリング58に向けて付勢し、軸方向ギャップ74が幅W1よりも小さい幅W3を定める。更に、固定シールリング60が回転シールリング58に向かって移動すると、シール歯100は、傾斜部分94に沿って上流側面92に向かって軸方向に移動し、ギャップ102が幅W2よりも大きい幅W4を定める。中間位置では、ギャップ74は開放位置よりも狭くなり、ギャップ102は、開放位置よりも広くなる。半径方向外面90の傾斜スロープ形状により、固定シールリング60が回転シールリング58に向かって軸方向に移動したときに、ギャップ102の幅を広げることができる。ギャップ102の拡張及びギャップ74の縮小は、低圧区域54と高圧区域56との間の圧力差を低減するよう作用し、固定シールリング60が回転シールリング58に向かって進む速度が遅くなる。
エンジン10がベース負荷で運転しているような高出力運転中、吸引面シール組立体52は、シール位置(図5に示す)にあり、高圧区域56から低圧区域54への空気の流れを更に制限し、従って、漏洩流路64を実質的にシールして、エンジン10の効率を向上させる。高圧区域56の圧力が上昇すると、エンジン10の圧力荷重も上昇し、従って、固定シールリング60が回転シールリング58に向かって軸線24に沿って更に進み、これにより軸方向ギャップ74が更に狭くなり、幅W3よりも狭い幅W5を定める。上述のように、面68及び/又は72の少なくとも1つは、漏洩流路64内の空気の一部を捕捉して、固定シールリング60に作用する比較的高い圧力により生じる付勢力を少なくとも部分的に相殺する流体力学的力を発生する溝70を含む。しかしながら、これらの流体力学的力は、高圧により生じる力と完全に平衡するほど十分ではない場合があり、結果として固定シールリング60と回転シールリング58との間に接触が生じる可能性がある。
例示的な実施形態において、補助シール86は、低圧区域54と高圧区域56との間の圧力低下を漸次的に低減するよう構成され、固定シールリング60に作用する圧力が漸次的に低減されて、従って、固定シールリング60が回転シールリング58に接近する速度が遅くなり、よってギャップ74の作動クリアランスを維持する。エンジン10がベース負荷に到達し、吸引面組立体52がシール位置に接近すると、シール歯98は、引き続き上流側面92に向かって半径方向外面90の傾斜部分94に沿って軸方向に移動し、ギャップ102が幅W4よりも大きい幅W6を定める。シール位置では、ギャップ74は、中間位置よりも広くなり、ギャップ102は中間位置よりも狭くなる。更に、シール位置において、ギャップ74の幅W5は、ギャップ102の幅W6よりも狭い。傾斜部分94が歯先端100から離れて傾斜するときのギャップ102の拡張及び固定シールリング60が回転シールリング58に接近するときのギャップ74の縮小は、低圧区域54と高圧区域56の間の圧力差を更に低減するよう作用し、固定シールリング60が回転シールリング58に向かって進む速度が遅くなり、溝70により生じる流体力学的力が幅W5の作動クリアランスを維持し、且つ固定シールリング60及び回転シールリング58の衝突を阻止するのに十分である。
本明細書で記載されるように、吸引面シール組立体52は、補助シール86を含み、固定シールリング60が回転シールリング58と接触したときに生じる対向するシール面68と72の加熱及び摩擦の有意な量を排除し、従って、回転部品への入熱を低減し、シール面68及び72の円滑な面仕上げを維持する。これにより、材料の劣化及び部品の早期故障の可能性が低減される。更に、コーティングを傾斜部分94及び/又は歯先端100に施工し、回転シールリング58への熱伝達を更に最小限にすることができる。
本明細書で記載される組立体及び方法は、高圧区域と低圧区域との間の圧力低下を低減して、固定部品の軸方向移動を実質的に遅くして回転部品との衝突を防ぐことにより、回転機械の性能の改善を可能にする。具体的には、本明細書で記載される吸引面シールは、補助シールを含み、該補助シールは、半径方向ギャップが間に定められるように回転部品の斜めに配向された面から半径方向外向きに位置付けられた固定(非回転)シール歯を含む。シール歯が傾斜面に沿って軸方向に移動すると、ギャップはより幅広になり、高圧区域と低圧区域との間の圧力差を低減可能となる。従って、かかる補助シールを備えていない公知の吸引シールとは対照的に、本明細書で記載される方法及び組立体は、固定部品の移動を遅くして、回転部品との衝突を防ぐようにし、従って、蒸気タービンエンジン及びその部品の効率及び動作寿命を向上させることができる。
本明細書で記載される方法及びシステムは、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、各システムの部品及び/又は各方法のステップは、本明細書に記載した他の部品及び/又はステップとは独立して且つ別個に使用し及び/又は実施することができる。加えて、各部品及び/又はステップはまた、他の組立体及び方法でも使用及び/又は実施することができる。
種々の特定の実施形態について本発明を説明してきたが、請求項の技術的思想及び範囲内にある修正により本発明を実施することができる点は、当業者であれば理解されるであろう。
68 回転シール面
70 溝
72 固定シール面
74 軸方向ギャップ
76 半径方向2次シール
78 バネ座
80 付勢部品
82 アライメント部材
84 アライメントスロット
86 補助シール
88 半径方向外側端部
90 半径方向外面
92 上流側面
94 傾斜部分
96 延長部材
98 シール歯
100 歯先端
102 半径方向ギャップ

Claims (10)

  1. 中心軸線を含む回転機械と共に使用するための吸引面シールであって、当該吸引面シールが、
    シール面とそれに対向する上流側面とそれらの間に延びる半径方向外面とを含む回転シールリングであって、前記シール面が前記上流側面の半径よりも大きい半径を有しており、前記半径方向外面が、前記シール面近傍の第1の端部から前記上流側面近傍の第2の端部に向かって半径方向内向きに傾斜した傾斜部分を有している、回転シールリングと、
    シール面を有する固定シールリングであって、該固定シールリングのシール面と前記回転シールリングのシール面との間に軸方向に第1のギャップが定められるように前記回転シールリングに近接して結合されていて、第1のギャップにわたって延びる延長部材を含んでいる固定シールリングと、
    シール歯先端を有する少なくとも1つのシール歯を含む補助シールと
    を備えており、
    前記少なくとも1つのシール歯が、前記延長部材から半径方向内向きに延びて、前記シール歯先端と前記傾斜部分との間に半径方向に第2のギャップが定められ、第1のギャップが第1の幅を定めかつ第2のギャップが第2の幅を定める第1の位置と、第1のギャップが第1の幅よりも狭い第3の幅を定めかつ第2のギャップが第2の幅よりも広い第4の幅を定める第2の位置との間で前記中心軸線に沿って前記固定シールリングが移動可能である、
    吸引面シール。
  2. 前記補助シールが、第1のギャップを通るプロセス流体の流れを制限し、第1のギャップの上流側の高圧区域と第1のギャップの下流側の低圧区域との間の圧力差により、開放位置からシール位置への前記固定シールリングの軸方向移動が生じるように構成されている、請求項1に記載の吸引面シール。
  3. 前記補助シールが、前記圧力差を低減し、前記開放位置から前記シール位置への移行中に前記固定シールリングが前記回転シールリングに接近する速度を低下させることができるように構成されている、請求項2に記載の吸引面シール。
  4. 前記傾斜部分が、実質的に弓状である、請求項1から3のいずれかに記載の吸引面シール。
  5. 第2の幅が第1の幅よりも狭く、第4の幅が第3の幅よりも大きい、請求項1から4のいずれかに記載の吸引面シール。
  6. シールハウジングと、該シールハウジングと前記固定シールリングとの間に延びる付勢部品とを更に備え、前記付勢部品が、前記開放位置において前記固定シールリングを前記回転シールリングから離れるように付勢するよう構成されている、請求項1から5のいずれかに記載の吸引面シール。
  7. 前記開放位置において、前記回転機械は無圧力及び低圧運転状態のうちの1つにあり、前記シール位置において、前記回転機械は高圧運転状態にある、請求項1から6のいずれかに記載の吸引面シール。
  8. 前記シール歯先端が、第1の位置において前記傾斜部分の中心部の上に位置し、前記シール歯先端が、第2の位置において前記傾斜部分の第2の端部の近傍に位置する、請求項1から7のいずれかに記載の吸引面シール。
  9. 回転機械であって、当該回転機械が、
    ケーシングと、
    中心軸線を定める回転可能シャフトと、
    シールシステムと、
    を備えており、
    前記シールシステムが、
    前記シャフトに結合され、シール面とそれに対向する上流側面とそれらの間に延びる半径方向外面とを含む回転シールリングであって、前記シール面が前記上流側面の半径よりも大きい半径を有しており、前記半径方向外面が、前記シール面近傍の第1の端部から前記上流側面近傍の第2の端部に向かって半径方向内向きに傾斜した傾斜部分を有している、回転シールリングと、
    シール面を有する固定シールリングであって、該固定シールリングのシール面と前記回転シールリングのシール面との間に軸方向に第1のギャップが定められるように前記回転シールリングに近接して結合されていて、第1のギャップにわたって延びる延長部材を含んでいる固定シールリングと、
    シール歯先端を有する少なくとも1つのシール歯を含む補助シールと
    を備えており、
    前記少なくとも1つのシール歯が、前記延長部材から半径方向内向きに延びて、前記シール歯先端と前記傾斜部分との間に半径方向に第2のギャップが定められ、第1のギャップが第1の幅を定めかつ第2のギャップが第2の幅を定める第1の位置と、第1のギャップが第1の幅よりも狭い第3の幅を定めかつ第2のギャップが第2の幅よりも広い第4の幅を定める第2の位置との間で前記中心軸線に沿って前記固定シールリングが移動可能である、
    回転機械。
  10. 回転機械で使用するためのシールシステムを組み立てる方法であって、当該方法が、
    中心軸線を定める回転可能シャフトに回転シールリングを結合するステップであって、回転シールリングが、シール面とそれに対向する上流側面とそれらの間に延びる半径方向外面とを含んでいて、前記シール面が前記上流側面の半径よりも大きい半径を有しており、前記半径方向外面が、前記シール面近傍の第1の端部から前記上流側面近傍の第2の端部に向かって半径方向内向きに傾斜した傾斜部分を有している、ステップと、
    シール面を有する固定シールリングを、該固定シールリングのシール面と前記回転シールリングのシール面との間に軸方向に第1のギャップが定められるように前記回転シールリングに近接して結合するステップであって、前記固定シールリングが、第1のギャップにわたって延びる延長部材を含んでいる、ステップと、
    前記回転シールリングから半径方向外向きに補助シールを形成するステップと、
    を含んでおり、
    前記補助シールが、シール歯先端を有する少なくとも1つのシール歯を含み、前記少なくとも1つのシール歯が、前記延長部材から半径方向内向きに延びて、前記シール歯先端と前記傾斜部分との間に半径方向に第2のギャップが定められ、第1のギャップが第1の幅を定めかつ第2のギャップが第2の幅を定める第1の位置と、第1のギャップが第1の幅よりも狭い第3の幅を定めかつ第2のギャップが第2の幅よりも広い第4の幅を定める第2の位置との間で前記中心軸線に沿って前記固定シールリングが移動可能である、
    方法。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9732622B1 (en) * 2015-06-16 2017-08-15 Florida Turbine Technologies, Inc. Self-balancing air riding seal for a turbine
US10823184B2 (en) * 2016-07-28 2020-11-03 General Electric Company Engine with face seal
US10359117B2 (en) * 2017-03-06 2019-07-23 General Electric Company Aspirating face seal with non-coiled retraction springs
US10329938B2 (en) * 2017-05-31 2019-06-25 General Electric Company Aspirating face seal starter tooth abradable pocket
US10443655B2 (en) * 2017-09-11 2019-10-15 Kaydon Ring & Seal, Inc. Combination bearing and seal assembly with common outer body
US10711629B2 (en) 2017-09-20 2020-07-14 Generl Electric Company Method of clearance control for an interdigitated turbine engine
US10458267B2 (en) 2017-09-20 2019-10-29 General Electric Company Seal assembly for counter rotating turbine assembly
US20210246988A1 (en) * 2018-09-05 2021-08-12 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Non-contact seal with anti-rotation features
US11118469B2 (en) 2018-11-19 2021-09-14 General Electric Company Seal assembly for a turbo machine
US10968762B2 (en) * 2018-11-19 2021-04-06 General Electric Company Seal assembly for a turbo machine
US10895324B2 (en) * 2018-11-27 2021-01-19 General Electric Company Aspirating face seal assembly for a rotary machine
US10900570B2 (en) 2018-11-27 2021-01-26 General Electric Company Aspirating face seal assembly for a rotary machine
CN111089000B (zh) * 2019-12-05 2024-11-08 西安交通大学 一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构
GB2593782B (en) * 2020-04-03 2022-04-13 Crane John Inc Non-contacting seal including an interference fit seal ring
US11371374B2 (en) * 2020-07-22 2022-06-28 Raytheon Technologies Corporation Seal runner flow damper
US11428160B2 (en) 2020-12-31 2022-08-30 General Electric Company Gas turbine engine with interdigitated turbine and gear assembly
IT202200006518A1 (it) * 2022-04-01 2023-10-01 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Sistema di tenuta con protezione contro le sovrappressioni, macchina e metodo
CN115638030B (zh) * 2022-11-10 2025-06-27 西安热工研究院有限公司 一种防旋板设计方法及系统

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3383033A (en) * 1966-04-27 1968-05-14 Gen Electric Sealing means for axial flow compressor discharge
US4666369A (en) * 1985-03-21 1987-05-19 General Electric Company Apparatus for sealing joints of a steam turbine shell
US5284347A (en) * 1991-03-25 1994-02-08 General Electric Company Gas bearing sealing means
US6145840A (en) * 1995-06-02 2000-11-14 Stein Seal Company Radial flow seals for rotating shafts which deliberately induce turbulent flow along the seal gap
CN1215251C (zh) * 1996-08-05 2005-08-17 罗纳德·E·布兰登 流体涡轮机的密封装置
US5975537A (en) 1997-07-01 1999-11-02 General Electric Company Rotor and stator assembly configured as an aspirating face seal
US7044470B2 (en) 2000-07-12 2006-05-16 Perkinelmer, Inc. Rotary face seal assembly
AU2002322389A1 (en) 2001-07-06 2003-01-21 R And D Dynamics Corporation Hydrodynamic foil face seal
US6676369B2 (en) 2002-03-26 2004-01-13 General Electric Company Aspirating face seal with axially extending seal teeth
US6758477B2 (en) 2002-03-26 2004-07-06 General Electric Company Aspirating face seal with axially biasing one piece annular spring
US6719296B2 (en) * 2002-07-12 2004-04-13 General Electric Company Seal for a rotating member
GB0317055D0 (en) 2003-07-22 2003-08-27 Cross Mfg Co 1938 Ltd Improvements relating to aspirating face seals and thrust bearings
US20070235946A9 (en) * 2004-05-28 2007-10-11 Garrison Glenn M Air riding seal
FR2873183B1 (fr) * 2004-07-16 2007-11-30 Thales Sa Dispositif d'etancheite d'une machine tournante
US7175388B2 (en) * 2005-04-21 2007-02-13 Pratt & Whitney Canada Corp. Integrated labyrinth and carbon seal
CN101113677A (zh) * 2006-06-10 2008-01-30 通用电气公司 吸气迷宫式密封件
US20080018054A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-24 General Electric Company Aspirating labyrinth seal
CA2591249A1 (en) * 2006-06-10 2007-12-10 General Electric Company Aspirating labyrinth seal
US7631879B2 (en) * 2006-06-21 2009-12-15 General Electric Company “L” butt gap seal between segments in seal assemblies
US20110229311A1 (en) * 2007-07-30 2011-09-22 Kripa Varanasi Seal assembly
US8105021B2 (en) * 2007-08-20 2012-01-31 United Technologies Corp. Gas turbine engine systems involving hydrostatic face seals with integrated back-up seals
US8905408B2 (en) * 2008-05-22 2014-12-09 Stein Seal Company Windback device for a circumferential seal
US8181966B2 (en) * 2009-01-12 2012-05-22 Kaydon Ring & Seal, Inc. Gas seal for aerospace engines and the like
US20120251290A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 General Electric Company Aspirating face seal, and a related method thereof

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