JP6594662B2

JP6594662B2 - タービン用ブラシシール

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Publication number: JP6594662B2
Application number: JP2015106905A
Authority: JP
Inventors: シャオチン・ツェン; マイケル・デニス・マック; デバブラタ・ムコパデェヤ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-05-27
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Description

本発明は、タービンにおけるガス漏洩を防ぐブラシシールに関する。

タービンは、加圧蒸気、圧縮空気、及び燃焼ガスなどの流体からの熱エネルギーを、発電機を駆動して電気を生成するような仕事に変換する。この仕事は、タービンホイール上に装着されたブレード（バケットとも呼ばれる）の列を通って流体が流れるときに行われる。ブレードに作用する流体の力は、ホイール及び該ホイールが装着されたシャフトを転回させる。流体がホイール及びロータシャフトを転回させるには、ブレードを越えて流れなければならない。タービンケーシング又はその他に漏洩する流体はブレードを通過せず、シャフトを転回しないので、タービンの効率が低下する。

流体をブレードに閉じ込めるために、タービンの固定部品と回転部品との間にシールが位置付けられる。固定部品と回転部品との間のギャップのシールは、タービンを通って流れるガスが高温高圧であることに起因して困難なことである。軸流タービンの固定部品と回転部品との間のギャップのための公知のタイプのシールには、ラビリンスシール、ハニカムシール、及びブラシシールがある。本開示の関心対象はブラシシールである。

ブラシシールは通常、タービンの回転部品の周りに環状に配列される。ブラシシールは、多数の密集ワイヤフィラメント（ブリストル）を含む。フィラメントの一方の端部は、タービンの固定部品に取り付けられた環状金属プレート間にクランプされるか、又は環状金属プレートに溶接される。フィラメントは、固定部品と回転部品との間のギャップにわって半径方向に延びる。フィラメントの先端は、固定部品に軽く接触する。密集フィラメントは、回転部品と固定部品との間でブラシシールによって橋絡されるギャップを通って流体が漏洩するのを防ぐシールを形成する。

ブラシシールは従来、固定部品と回転部品との間に狭いスペースしか存在しない場合には配置するのが困難であった。ブラシシールのフィラメントは、タービンに対して半径方向の長さを有する。フィラメントの長さの一部は、環状クランププレートのために必要とされる。従来のブラシシールのフィラメント及び環状クランプの半径方向寸法は、固定部品と回転部品との間の狭いスペースに収めるのが容易ではない。

蒸気又はガスタービンのようなタービンのガス圧力及び他の条件に耐えるよう選択されたワイヤフィラメントを含むブラシシールが考案され、本明細書で開示される。フィラメントは、厚肉（大直径）のフィラメントの少なくとも１つの層及び薄肉（小直径）のフィラメントの１つの層など、層状に配列される。フィラメントの層は、層の一部（例えば、大部分）がロータシャフト軸線に実質的に平行に配列されるようにＬ形に構成される。各層における曲げ部は、層を半径方向に転回させ、フィラメントの各々がタービンの回転面に当接又はほぼ当接する。ブラシシールの両端部は、環状再度レールのペア間にクランプ又は溶接される。サイドレールは、フィラメントと共にタービンのケーシング又はノズルの内側カバーに取り付けられる。Ｌ形ブラシシールのための軸方向環状スロットがノズルの内側カバー又は管体ケーシング内に形成される。スロットは、ノズル内側カバー又はケーシングの半径方向内向き面と環状支持リングとの間に形成することができる。

ブラシシールが考案され、断面がＬ形であり、軸方向部分と半径方向部分とを含むフィラメントの環状層を備えたタービンのブラシシールが本明細書で開示され、フィラメントの第１の端部が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部が、フィラメントの軸方向部分の端部に位置し且つタービンの固定部品に締結される。

ブラシシール組立体が考案され、回転軸線を有するタービンのブラシシール組立体が本明細書で開示され、断面が略Ｌ形であり、回転軸線に実質的に平行な方向に延びる軸方向部分と、回転軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分とを含むフィラメントの環状層を備え、フィラメントの第１の端部が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部が、フィラメントの軸方向部分の端部に位置し且つタービンの固定部品に締結されるように構成されており、ブラシシール組立体が更に、タービンの固定部品に固定された環状支持リングを備える。ブラシシール用のスロットは、実質的に軸方向に延びる環状面と、実質的に半径方向に延びる半径方向面と、軸方向面と半径方向面との間にあるコーナとを含み、軸方向環状面が、フィラメントの軸方向部分を支持し、半径方向面が、フィラメントの半径方向部分を支持する。

ブラシシール組立体が考案され、回転軸線を有するタービンのブラシシール組立体が本明細書で開示され、ブラシシール組立体は、フィラメントの環状層と、フィラメントの層の外側面の一方又は両方上に少なくとも１つの環状保護シートとを備える。フィラメントの層及び保護シートは、略Ｌ形であり、ロータの軸線に平行に延びる軸方向部分と、軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分とを含む。フィラメントの第１の端部及び保護シートは、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面する。フィラメントの第２の端部及び保護シートは、軸方向部分の端部に位置し且つ固定スロット内に嵌装される。

ケーシングとタービンブレードとの間にブラシシールを有する従来の軸流タービンを通るガス経路の断面図。ケーシングとタービンバケットとの間及びノズルとロータとの間にＬ形ブラシシールを有する軸流タービンの一部の拡大断面図。ノズルとタービンロータとの間に延びるＬ形ブラシシール組立体の別の実施形態を有する軸流タービンの一部の拡大断面図。ノズルとタービンロータとの間に延びるＬ形ブラシシール組立体の別の実施形態を有する軸流タービンの一部の拡大断面図。

図１は、固定ノズル１２（ベーンと呼ばれる場合もある）と、回転バケット１４（タービンブレードと呼ばれる場合もある）とを含む従来の軸流タービン１０を示す。軸流タービン１０は、固定環状ケーシング１６を含む蒸気タービンとすることができ、固定環状ケーシングは、ロータシャフト１８に取り付けられたホイールに装着されるタービンバケットを収容する。環状蒸気ガス通路２０が、ケーシング１６とロータシャフト又はホイール１８との間に形成される。ノズル１２及びバケット１４は、ガス通路２０内に延びている。ノズル１２は、固定であり、ケーシング１６に取り付けられる。ノズル１２は、ガス通路２０の長さに沿って位置付けられる列をなして配列される。バケット１４は、軸線２２の周りにロータシャフト及びホイール１８に取り付けられて共に回転する。バケットは、ガス通路２０の長さに沿って位置付けられる環状列をなして配列される。バケットの列は、ロータシャフトの軸線２２に沿ったノズルの列と交互になる。

蒸気ガス通路２０は、蒸気（又は他のガス）がタービン１０に流入する環状入口２３を含む。蒸気が通路２０を通って移動すると、蒸気は、各列のノズルによってノズル列の直ぐ下流側にあるバケット列内に配向される。バケットに作用する蒸気の力により、ロータシャフトが回転する。バケット及びロータシャフトに対して蒸気によって実施される仕事は、発電機又は他のタイプの機械を駆動するのに使用される。

蒸気は、ガス通路２０に閉じ込められ、この蒸気全てがバケット１２に向けられるようにする。蒸気がガス通路２０から漏れてバケットの先端とケーシングとの間又はノズルの先端とロータシャフトとの間に流れるときに蒸気漏洩が生じる。漏洩した蒸気は、ロータシャフトの回転に寄与しないので、有効な仕事を行わない。漏洩蒸気は、蒸気中のエネルギーを仕事に変換する上でタービン効率を低下させる。

従来、シールは、バケット及びノズルの先端に配置されている。シールは、ガスがガス通路２０からケーシング内に漏洩するのを防ぐ。例えば、環状先端シール２４（例えば、歯状部又はリッジ）は、バケット１４上のシュラウド２６の上側環状面から半径方向外向きに延びる。先端シール２４は、上側シュラウド面上の堅固な円弧形リッジ又は歯状部とすることができる。バケット列上の上側シュラウド２６は、列の周りに環状リングを形成する。バケット列におけるシュラウドの各々の上の先端シール２４は、シュラウドからケーシングの環状内側面２８に向かって延びる堅固な環状シールを形成する。先端シール２４は、先端シールと内面２８との間に小さな環状ギャップが存在するので、ケーシングの内面２８には接触しない。

従来の環状ブラシシール３０は、隣接する先端シールに隣接して且つ協働して使用されている。ブラシシール３０は、ケーシング１６の溝内に嵌装され、ケーシングの内面２８からバケットの列上のシュラウド２６の外面まで半径方向内向きに延びる。ブラシシール２８は、環状アレイ状に束ねられたフィラメントを含む。フィラメントの束は、ケーシングの環状溝内に嵌装された環状クランププレート（サイドレール）間にクランプされる。フィラメントの先端は、バケット１２のシュラウド２６の外面に軽く触れている。

内側カバーシール３２はまた、ロータシャフト１８と、ノズル１２の各列の内側カバーセクション３４との間に配列することができる。環状内側カバーシール３２の先端は、ノズルの内側カバー３４上の環状リッジ３６に軽く触れることができる。内側カバーシール３２は、ロータと共に回転する。環状内側カバーシールは、ケーシングに装着されたブラシシール３０と同様のブラシシールを含むことができる。

図１に示す従来のブラシシール３０は、長さ全体に沿って半径方向内向きに延びるフィラメントを含む。フィラメントをケーシングに固定する環状クランププレートもまた、半径方向に向けられる。従来のブラシシールの半径方向寸法が大きいことにより、このシールは、シールが内部に嵌装される半径方向スペースが狭く且つ十分ではないタービン内の場所では好ましくないものとなる可能性がある。

図２は、Ｌ形ブラシシール３８、４０の第１の実施形態を示す軸流蒸気タービンの拡大部分の概略図である。シール３８，４０は断面がＬ形である。Ｌ形ブラシシール４０は、ケーシング１６の軸方向に延びるスロット４２内に嵌装される。ブラシシール４０は、スロットを通って軸方向に延びて転回し、バケット１４の列上のシュラウド２６の外面まで半径方向に延びるフィラメント４４（ワイヤブリストル）を有する。Ｌ形ブラシシール３８は、ノズル１２の列の内側カバー３４において軸方向に延びるスロット４６に装着される。Ｌ形ブラシシール３８は、スロット４６を通って軸方向に延びて転回し、ロータシャフト１８の外面４８まで半径方向に延びるフィラメント４４を有する。Ｌ形ブラシシール３８，４０は各々アニュラスを形成する。シール３８，４０は、単一の環状部品、半円セクションの嵌合ペア、又は円弧形セクションの環状ペアとすることができる。

Ｌ形ブラシシール３８，４０は、軸方向部分３９及び半径方向部分４１を有する。半径方向部分４１は、軸線２２に実質的に垂直（例えば、１０度以内）である。軸方向部分３９は、少なくとも半径方向部分と同程度の長さとすることができ、半径方向部分の長さの１．５倍〜２倍の長さを有することができる。ブラシシール３８，４０は、軸方向部分と半径方向部分との間に曲げ部４３を含むことができる。曲げ部は、約８５〜９５度の範囲など、実質的に９０度（９０°）とすることができる。

ブラシシール３８のフィラメント４４は、厚肉ワイヤフィラメント５０の環状層と、薄肉ワイヤフィラメント５２の環状層とを含む。厚肉ワイヤフィラメントは各々、千分の約５．０〜１２．０インチ（０．１３ミリメートル〜０．３ｍｍ）又は千分の５．６〜８．０インチ（０．１４ｍｍ〜０．２０ｍｍ）の範囲の直径を有することができる。薄肉ワイヤフィラメントは、例えば、厚肉ワイヤフィラメントの直径の５０〜９０％の直径を有することができる。

個々のフィラメント（ブリストル）は、金属又は非金属ワイヤから形成することができる。金属材料は、例えば、銅、鋼鉄、及び金属合金を含むことができる。金属合金は、Ｃｏａ５１Ｎｉ１０Ｃｒ２０Ｗ１５Ｆｅ３＊Ｍｎ１５Ｓｉ０．４＊Ｃ０．１０のようなコバルト合金及びニッケル合金を含むことができ、ここで「ａ」は「残部」を指し、「＊」は「最大」を指し、数値は重量％である。金属合金の別の実施例は、Ｎｉ５７Ｃｏ２．５Ｃｒ１６Ｍｏ１６Ｗ４Ｆｅ５Ｓｉ０．０８Ｍｎ１Ｃ０．０１であり、ここで数値は重量％である。コバルト及びニッケル合金はまた、ＨａｙｎｅｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃによって提供されるＨａｙｎｅｓ（登録商標）２５合金及びＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）Ｃ−２７６合金を含むことができる。フィラメント用の非金属材料は、パラアミド合成繊維（例えば、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙによって提供されるＫｅｖｌａｒ（登録商標））、炭素繊維、及びこれらの組み合わせを含むことができる。

フィラメントの材料及び直径は、ブラシシールの各用途によって決まる種々の要因及び設計考慮事項に応じて選ばれる。これらの要因は、ブラシシールが動作する圧力、温度、腐食性ガス、及び他の条件を含むことができる。フィラメント用の材料の選択は、剛性、耐クリープ性、耐摩耗性、及び例えばオイルなどに対する化学的不活性などの材料特性の間でのトレードオフを伴う場合がある。フィラメント、特に厚肉ワイヤフィラメント５０の直径は、空力に対する構造的安定性を確保するように選択することができる。薄肉ワイヤフィラメント５２で使用される小さな直径は、フィラメントの層がフィラメント間の望ましい効果的なクリアランスを有するように選択される。

厚肉ワイヤフィラメント５０の層は、蒸気流路２０からの蒸気（ガス）流れ４５に面するように配列される。厚肉ワイヤフィラメントを有するブラシシールは、図２の下側部分において、ノズルの内側カバー３４内に示される。薄肉ワイヤフィラメント５２の層は、厚肉ワイヤフィラメント５０の直ぐ下流側（蒸気流れ４５の方向で）にある。薄肉ワイヤフィラメント５２は、厚肉ワイヤフィラメントの層によって蒸気流れからシールドされる。厚肉ワイヤフィラメントは、厚肉ワイヤの比較的大きな直径に起因して、蒸気流れ４５に対する比較的剛性のある環状障壁を形成する。しかしながら、蒸気は、厚肉ワイヤフィラメントの層を通って漏洩する可能性がある。薄肉ワイヤフィラメント５２の層は、厚肉ワイヤフィラメント５０の層を通って漏洩する蒸気を遮断する。

保護シート５１，５３は、厚肉ワイヤフィラメントに対する代替形態であり、或いは、厚肉ワイヤフィラメントと併せて用いることができる。Ｌ形ブラシシール４０は、シート５１のような単一の保護シート、又はフィラメントを挟装するシート５１，５３のペアを有することができる。保護シートは、図２の上側部分において、ケーシング１６のブラシシール４０に示される。保護シート５１を有するＬ形ブラシシール及び厚肉ワイヤフィラメントを有するＬ形ブラシシールは、図２に示すように同じタービンにおいて用いることができる。同様に、タービンのＬ形ブラシシールは、全て保護シートを用いて、又は全て厚肉ワイヤフィラメントを用いてシールすることができる。

保護シート５１，５３は、Ｌ形断面を有する環状、半環状、或いは円弧形パネルとすることができる。保護シートは、金属又は非金属であり、フィラメントワイヤの形成において検討したものと同じ材料から形成することができる。保護シートは、薄肉であり、千分の約５〜１２．０インチ（０．１３ミリメートル〜０．３ｍｍ）又は千分の５．６〜８．０インチ（０．１４ｍｍ〜０．２０ｍｍ）の範囲の厚さを有することができる。

保護シート５１，５３は、Ｌ形ブラシシール４０のフィラメント、特に薄肉ワイヤフィラメントのための外側及び内側カバーを形成する。フィラメントは、保護シート５１，５３の間に挟装される。保護シート５１，５３は、ロータの軸線２２に平行に延び、シールの軸方向部分３９に相当する軸方向部分を含む。保護シートは、軸線２２に向かって半径方向に延びる半径方向部分を含む。保護シートの曲げ部は、シートの軸方向部分と半径方向部分とを接合する。保護シートの半径方向部分は、シートを円弧形又は環状形状に形成できるようにするための半径方向スロットを含むことができる。

保護シート５１，５３は、フィラメント、具体的には薄肉ワイヤフィラメントを覆うシールドを形成する。外側保護シート５１は、その結果、保護シートの軸方向部分がフィラメントの半径方向外側にあり、半径方向部分がフィラメントの上流側（蒸気流れ４５の方向で）にあるように、フィラメントの層を覆って嵌め込まれる。外側保護シートは、ワイヤフィラメントに対する構造的支持を提供し、フィラメントをガスストリーム４５の高温ガスからシールドする。内側保護シート５３は、ワイヤフィラメントの半径方向内側にある軸方向部分と、ワイヤフィラメントの下流側にある半径方向部分とを含む。内側保護シート５３は、ワイヤフィラメントに対して、特にガス流４５に起因して下流側方向に曲がる傾向があるフィラメントの半径方向部分に対して構造的に支持を提供する。

保護シート５１，５３の軸方向部分の端部は、サイドレール５６間にクランプされる。フィラメントの端部は、保護シートとサイドレールとの間に挟装される。保護シート５１，５３の半径方向部分の各々は、保護シートの端部が上側シュラウド２６の面４８又は他の回転面に接触しないようにフィラメントの端部から半径方向外側にある。

サイドレール５６は、その間でフィラメント４４及び保護シートの端部が挟装される対向する金属ストリップ又はプレートとすることができる。サイドレール５６は各々、環状リングを形成し、又はレールの２つの半円から形成され、或いは、円弧形レールの環状アレイから形成することができる。サイドレール５６は、同心リングとして配列され、共通の半径方向線に沿って配列されて、ロータシャフトに沿った同じ軸方向位置に存在することができる。サイドレール５６の長さは、レールがフィラメントの端部に対する広域の平坦面を提示するように、軸方向に向けることができる。

フィラメント４４の端部は、切断端部とすることができ、又は単一のワイヤがブラシシールにおける２つのブリストルを形成するようにフィラメントを折り曲げることにより形成される端部とすることができる。フィラメントは、サイドレール内又はそれに隣接してロッド又はワイヤの周りに折り曲げることができる。サイドレール５６の間にフィラメントがある状態で、サイドレール５６は、共に溶接するか、或いは、ボルト、スクリュー又は他のタイプのファスナーにより締結することができる。例えば、放電溶接を用いて、レール間でフィラメントと共にサイドレール５６を共に溶接することができる。

ブラシシールのサイドレール５６、フィラメント及び保護シートは、タービンケーシング及びノズルの内側カバーのスロット４２，４６内に嵌装される。ノズルの列の内側カバー３４における環状スロット４６は、ロータの軸線２２に平行（１０度以内など）で実質的に軸方向に延びる。同様に、ケーシングにおける環状スロット４２は、ロータの軸線２２に平行（１０度以内など）で実質的に軸方向に延びる。各環状スロット４２，４６は、フィラメントがレール間にクランプされた状態で、サイドレール５６の厚みとほぼ同じか又は僅かに小さい高さを有することができる。環状スロットの長さは各々、ブラシシールの軸方向部分５０とほぼ同じか又は僅かに大きいとすることができる。

各スロット４２，４６の閉鎖端部セクション４７は、フィラメントをクランプするサイドレール５６用の拡張環状シート部を含むことができる。端部セクション４７は、サイドレール５６の少なくとも１つを受けるためスロット内に環状溝又は段部を含むことができる。溝又は段部は、サイドレール及びひいてはブラシシールをスロット４２，４６内にしっかりと保持する支持を提供する。

環状スロット４２，４６の各々の半径方向内向き面５８は、ブラシシールのフィラメント４４を支持するための軸方向に延びる面を提供する。フィラメント、特に薄肉ワイヤフィラメント５２は、スロットの半径方向内向き面上に直接載ることができる。同様に、保護シートは、スロットの内向き面上に載ることができる。内向き面は、平坦であるか、又は軸方向でフィラメントを整列させるのを助けるために軸方向に延びる狭い溝を有することができる。

各スロット４２，４６の半径方向内向き面５８は、ケーシング１６において、又はノズル列の内側カバー３４においてコーナ部６０にて半径方向内向きに転回する。コーナ部６０は、半径方向内向き面５８と、半径方向に延びる環状面６２との間に延びる。コーナ部は、丸み又は面取りがあり、実質的に９０度（８０〜９０度など）転回することができ、或いは、半径方向に延びる面が半径方向線に対して傾斜している場合には、最大で７０度まで転回することができる。コーナ部６０は、フィラメントが軸方向から半径方向に曲がっているときに、フィラメントに対する支持を提供する。フィラメント、特に薄肉ワイヤフィラメントの軸方向部分は、環状面３９によって支持される。フィラメント４４は、環状面６２に当接することができる。フィラメントの半径方向部分４１は、半径方向面６２によって支持することができる。

半径方向面６２は、バケット列上又はロータシャフト１８上で上側シュラウド２６の回転面に向かって実質的に半径方向で、例えば、約８０度〜９０度の範囲の角度で延びる。半径方向面は、ノズル又はケーシング１６の内側カバー３４の平坦面を越えて半径方向内向きに延びる先端シール６４の側壁とすることができる。先端シールを含めることで半径方向面６２を延長することによって、ブラシシールのフィラメントに対する追加の支持が与えられる。半径方向面６２は、フィラメント、特に薄肉ワイヤフィラメント５２に対するバックレストとして機能し、フィラメントに作用する蒸気流れ４５に起因したフィラメントの過剰な曲げを防ぐのに役立つ。

フィラメント５０，５２の端部は、回転面まで又はその近傍まで延びることができる。端部は、回転面に軽く触れることができる。フィラメントは、ノズル列のケーシング又は内側カバーとバケットの上側シュラウド又はロータシャフトとの間のギャップなど、シールを支持する部品間のギャップを通るガス流４５を阻止する環状シールを形成する。薄肉ワイヤフィラメントは、厚肉ワイヤフィラメントよりも密接に充填された環状シールを形成する。薄肉ワイヤフィラメントは、厚肉ワイヤフィラメントの層を通って漏洩する可能性があるガスを遮断する。薄肉及び厚肉ワイヤフィラメントの層は、効果的なガスシールを形成する。

厚肉ワイヤフィラメント５０は、比較的剛性があり、ガス流れ４５に面したときに曲がらない。薄肉ワイヤフィラメント５２は、厚肉ワイヤフィラメントの直ぐ下流側（ガス流４５の方向で）にある。薄肉ワイヤフィラメント５２は、ガス流から部分的にシールドされ、厚肉フィラメントに加わる同じ高度に不安定なガス力には曝されない。薄肉ワイヤフィラメント及び厚肉ワイヤフィラメントは、半径方向面６２によって支持され、これはフィラメントの過剰な曲げを防ぐのに役立つ。ブラシシール３８，４０は、ケーシング及びノズルの内側カバーなどのタービンの固定部分に配列することができる。

図３は、Ｌ形ブラシシール３８の組立体の第２の実施形態を示す、軸流蒸気タービンの拡大部分の概略図である。ブラシシール装着組立体７０は、ノズル１２の列の内側カバー３４の環状開口７４に嵌装される環状リング７２を含む。環状リングは、単一の環状構造体、半環状構造体の嵌合ペア、又はアレイ状態に配列される円弧形セクションのアレイを有することができる。ブラシシール装着組立体７０はまた、タービンのケーシングに適用され、ケーシングとタービンバケット１４との間のガスシールを提供することができる。

環状リングは、内側カバー３４においてリップ７８を係合するノーズ７６を含む。リップは、環状リング７２の曲線状コーナに面する曲線状又は面取りコーナ部７９を有することができる。バネ８０（例えば、板バネ又は波形バネ）は、環状リングを半径方向に付勢する。内側カバー３４において半径方向に向けられた後壁８２は、内側カバー３４の開口７４内に環状リング７２を保持するのに役立つバックレストを提供する。環状リング７２は、後壁８２に当接する支持面８４を有することができる。支持面は、ロータの軸線から内側カバーのリップ７８の半径方向距離と少なくとも同程度の半径方向距離に位置することができる。

サイドレール５６は、ブラシシール３８のフィラメント５０，５２をクランプする。サイドレール５６は、単一のアニュラス構造体、半環状構造体の嵌合ペア、又は環状アレイで配列された円弧形セクションのアレイを有することができる。サイドレールは、電子ビーム（ＥＤ）溶接によるなど、共に溶接することができる。サイドレールはまた、ノズル列の内側カバー３４の半径方向内向き面に溶接又は他の方法で締結することができる。サイドレール５６及びブラシシール３８を環状リング７２に共に締結するのを助けるために、ピン又はＥＢ溶接パス８８は、サイドレール及びフィラメントを貫通して環状リング内に延びることができる。ピン又は歯状部８８は、サイドレール及び環状リングに溶接又は他の方法で締結することができる。

環状支持リング９０は、ピンによって、又はリング９０をブラシシールのサイドレール５６に溶接（例えば、電子ビーム溶接）することによって、ブラシシール３８に及び環状リング７２に締結される。環状支持リング９０は、単一の環状構造体、半環状構造体の嵌合ペア、又は環状アレイで配列された円弧形セクションのアレイを有することができる。環状支持リング９０は、軸方向に向けられた支持面９２と、半径方向に向けられた支持面９４とを提供する。支持面９２，９４は、ブラシシールのフィラメント５０，５２を支持する。支持面９２，９４間の面取り又は丸みのあるコーナ９６は、フィラメントにおける丸みのある曲げ部を可能にする。軸方向に向けられた支持面９２は、フィラメントの軸方向に延びる部分を支持し、半径方向に向けられた支持面９４は、フィラメントの半径方向に延びる部分を支持する。半径方向に向けられた支持面９４は、ロータシャフト１８の回転面９８に向けて延びる先端シール６４の外面、或いは、ブラシシールと面との間で相対回転が存在する他の面とすることができる。環状支持リング９０は、第２の先端シール９８を含むことができる。

ノズルの内側カバー３４は、半径方向内向きに延びる環状リッジ又はリップ１００を含むことができる。リッジ又はリップは、ブラシシールに対するスロット１０２の開放端部を覆う。スロット１０２は、内側カバー３４と環状支持リング９０との間に形成される。リッジ又はリップ１００は、スロット１０２を越えて半径方向内向きに延びて、ブラシシールの一部にシールドを提供することができる。リッジ又はリップは、スロット及びブラシフィラメントをガス流４５からの直接的な影響から部分的にシールドする。

図４は、厚肉フィラメントの２つの層１０６，１０８を含むブラシシール１０４の別の実施形態を示す、軸流蒸気タービンの拡大部の概略図である。薄肉ワイヤフィラメントの層１１０は、厚肉ワイヤフィラメントの層１０６，１０８間に挟装される。フィラメントの３つの層１０６，１０８，１１０は、サイドレール５６のペアの間に境界付けられる。これらの層は、Ｌ形ブラシシールを形成する。厚肉ワイヤフィラメント１０６，１０８の２つの層の間に薄肉ワイヤフィラメントの層１１０を挟装することにより、薄肉ワイヤフィラメントの層１１０に対して追加の構造的支持を提供する。厚肉ワイヤフィラメントの下流側層１０６は、厚肉ワイヤフィラメントの上流側層１０８を通過するガス流の圧力に起因した薄肉ワイヤフィラメントの曲げ又は転回を防ぐ支持を提供する。換言すると、軸方向に延びるとされたフィラメントは、実質的に軸方向及び接線方向に延びるが半径方向には延びないフィラメントを包含する。実質的に半径方向に延びるとされたフィラメントは、実質的に半径方向及び接線方向に延びるが軸方向には延びないフィラメントを含む。

現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に添付の請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。

１０軸流タービン
１２ノズル
１４バケット（ブレード）
１６蒸気タービン用ケーシング
１８ロータシャフト
２０タービンを通る蒸気流れ通路
２２ロータ軸線
２４先端シール
２６バケット上の上側シュラウド
２８ケーシング上の面
３０従来のブラシシール
３２ロータ上のシール
３４ノズルの内側カバー
３６ノズルの内側カバー上のリッジ
３８ノズルのＬ形ブラシシール
３９シールの軸方向部分
４０ケーシングのＬ形ブラシシール
４１シールの半径方向
４２ケーシングのスロット
４３シールの曲げ部
４４フィラメント
４５蒸気流れ
４６ノズルの内側カバーのスロット
４７スロットの閉鎖端部セクション
４８シャフトの外面
５０厚肉ワイヤフィラメント
５１保護シート
５２薄肉ワイヤフィラメント
５３保護シート
５４蒸気流れ
５６サイドレール
５８半径方向内向き軸方向に延びる面
６０丸みのあるコーナ
６２半径方向に延びる面
６４先端シール
７０ブラシシール装着組立体（図３）
７２環状リング
７４環状開口
７６ノーズ
７８リップ
７９コーナ
８０バネ
８２後壁
８４支持面
８６環状リングの面
８８ピン又は歯状部
９０環状支持リング
９２軸方向支持面
９４半径方向支持面
９６面取りコーナ
９８第２の先端シール
１００リップ又はリッジ
１０２ブラシシール用のスロット
１０４ブラシシール（図４）
１０６，１０８厚肉ワイヤフィラメント
１１０薄肉ワイヤフィラメント

Claims

回転軸線（２２）を有するタービン（１０）のブラシシール（４０）であって、
断面がＬ形であり、回転軸線に実質的に平行な方向に延びる軸方向部分（３９）と、回転軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分（４１）とを含むフィラメント（４４）の環状層を備え、
フィラメントの第１の端部領域が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部領域が、フィラメントの軸方向部分の端部を有し且つタービンの固定部品に締結されるように構成され、
ブラシシール（４０）が、フィラメントの第２の端部領域が間に挟装される複数の環状サイドレール（５６）を更に備え、複数の環状サイドレール（５６）が同軸であり且つ共通の半径に沿って整列されており、
複数の環状サイドレール（５６）の１つが、フィラメントを支持する固定環状構造の段部または溝に配置される、
ブラシシール（４０）。
回転軸線（２２）を有するタービン（１０）のブラシシール（４０）であって、
断面がＬ形であり、回転軸線に実質的に平行な方向に延びる軸方向部分（３９）と、回転軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分（４１）とを含むフィラメント（４４）の環状層を備え、
フィラメントの第１の端部領域が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部領域が、フィラメントの軸方向部分の端部に位置し且つタービンの固定部品に締結されるように構成され、
ブラシシール（４０）が、フィラメントの第２の端部領域の間に挟装される複数の環状サイドレール（５６）を更に備え、複数の環状サイドレール（５６）が同軸であり且つ共通の半径に沿って整列されており、
複数の環状サイドレール（５６）が、複数の環状サイドレール（５６）を貫通して半径方向に延びるピン又は溶接部によって共に締結される、
ブラシシール（４０）。
フィラメントの環状層が、フィラメントの第１の層と、フィラメントの第２の層とを含み、第２の層のフィラメントが第１の層のフィラメントよりも薄い直径を有し、第２の層が第１の層の半径方向内向きにある、請求項１または２に記載のブラシシール。
第１の層のフィラメントの直径が、０．００５乃至０．０１２インチの範囲であり、第２の層のフィラメントの直径が、０．００２乃至０．００５インチの範囲である、請求項３に記載のブラシシール（４０）。
フィラメントの環状層が更に、第２の層のフィラメントよりも厚い直径を有するフィラメントの第３の層を含み、フィラメントの第２の層が、フィラメントの第１の層と第３の層との間に挟装され、
第３の層のフィラメントの直径が、０．００５乃至０．０１２インチの範囲である、請求項３に記載のブラシシール（４０）。
フィラメントの層に隣接する円弧形シートを更に備え、円弧形シートが、略Ｌ形断面であり、軸方向部分と半径方向部分とを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のブラシシール（４０）。
Ｌ形断面であり且つ軸方向部分と半径方向部分とを各々が含む円弧形シートのペアを更に備え、円弧形シートのペアの間にフィラメントの環状層が挟装される、請求項１乃至６のいずれかに記載のブラシシール（４０）。
フィラメントの軸方向部分が、半径方向部分の長さ寸法よりも長い長さ寸法を有する、請求項１乃至７のいずれかに記載のブラシシール（４０）。
フィラメントが、軸方向部分と半径方向部分との間に実質的に９０度の曲げ部を含む、請求項１乃至８のいずれかに記載のブラシシール（４０）。
回転軸線（２２）を有するタービンのブラシシール組立体（７０）であって、
断面が略Ｌ形であり、回転軸線に実質的に平行な方向に延びる軸方向部分と、回転軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分とを含むフィラメントの環状層を備え、フィラメントの第１の端部領域が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部領域が、フィラメントの軸方向部分の端部に位置し且つタービンの
固定部品に締結されるように構成されており、ブラシシール組立体が更に、
タービンの固定部品に固定され、実質的に軸方向に延びる軸方向環状面と、実質的に半径方向に延びる半径方向面と、軸方向面と半径方向面との間にあるコーナとを含む、環状支持リングを備え、
軸方向環状面がフィラメントの軸方向部分を支持し、半径方向面がフィラメントの半径方向部分を支持し、
ブラシシール組立体が、フィラメントの第２の端部領域が間に挟装される複数の環状サイドレール（５６）を更に備え、複数の環状サイドレール（５６）が同軸であり且つ共通の半径に沿って整列されており、
複数の環状サイドレール（５６）のうちの内側の環状サイドレール（５６）が、軸方向環状面の段部または溝に配置される、ブラシシール組立体（７０）。
回転軸線（２２）を有するタービンのブラシシール組立体（７０）であって、
断面が略Ｌ形であり、回転軸線に実質的に平行な方向に延びる軸方向部分と、回転軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分とを含むフィラメントの環状層を備え、フィラメントの第１の端部領域が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部領域が、フィラメントの軸方向部分の端部に位置し且つタービンの固定部品に締結されるように構成されており、ブラシシール組立体が更に、
タービンの固定部品に固定され、実質的に軸方向に延びる軸方向環状面と、実質的に半径方向に延びる半径方向面と、軸方向面と半径方向面との間にあるコーナとを含む、環状支持リングを備え、
軸方向環状面がフィラメントの軸方向部分を支持し、半径方向面がフィラメントの半径方向部分を支持し、
ブラシシール組立体が、環状支持リングの外側に配置される環状リングを更に備え、フィラメントの環状層が環状リングと環状支持リングの間に配置され、環状リングがタービンの固定部品の環状開口内に締結され、環状支持リングとフィラメントと環状リングがピン又は溶接部によって共に締結される、ブラシシール組立体（７０）。
回転軸線（２２）を有するタービンのブラシシール組立体（７０）であって、
断面が略Ｌ形であり、回転軸線に実質的に平行な方向に延びる軸方向部分と、回転軸線に実質的に垂直な方向に延びる半径方向部分とを含むフィラメントの環状層を備え、フィラメントの第１の端部領域が、半径方向部分の端部に位置し且つタービンの回転部品に面し、フィラメントの第２の端部領域が、フィラメントの軸方向部分の端部に位置し且つタービンの
固定部品に締結されるように構成されており、ブラシシール組立体が更に、
タービンの固定部品に固定され、実質的に軸方向に延びる軸方向環状面と、実質的に半径方向に延びる半径方向面と、軸方向面と半径方向面との間にあるコーナとを含む、環状支持リングを備え、
軸方向環状面がフィラメントの軸方向部分を支持し、半径方向面がフィラメントの半径方向部分を支持し、
環状支持リングの半径方向外向きに環状リング（７２）を更に備え、フィラメントの環状層の軸方向部分が、環状リングと環状支持リングとの間にあり、環状リングが、タービンの固定部品における環状開口（７４）に嵌装される、ブラシシール組立体（７０）。
環状支持リングが、半径方向内向きに延びる先端シール（９８）を含み、半径方向面が先端シールの側壁に位置する、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のブラシシール組立体（７０）。
フィラメントの環状層が、フィラメントの第１の層と、フィラメントの第２の層とを含み、第２の層のフィラメントが第１の層のフィラメントよりも薄い直径を有し、第２の層が第１の層の半径方向内向きにある、請求項１０乃至１３のいずれかに記載のブラシシール組立体（７０）。
フィラメントの環状層が更に、第２の層のフィラメントよりも厚い直径を有するフィラメントの第３の層を含み、フィラメントの第２の層が、フィラメントの第１の層と第３の層との間に挟装される、請求項１４に記載のブラシシール組立体（７０）。
フィラメントの層に隣接する円弧形シートを更に備え、円弧形シートが、略Ｌ形断面であり、軸方向部分と半径方向部分とを含む、請求項１０乃至１５のいずれかに記載のブラシシール組立体（７０）。
Ｌ形断面であり且つ軸方向部分と半径方向部分とを各々が含む円弧形シートのペアを更に備え、円弧形シートのペアの間にフィラメントの環状層が挟装される、請求項１０乃至１６のいずれかに記載のブラシシール組立体（７０）。