JP6864510B2 - シール支持リングおよびシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、タービンの動翼環の外周における流体の流れを封止又は制限するシール材を支持するためのシール支持リング、及びそのシール支持リングを備えるシール構造に関する。

従来、ヘリコプターなどの航空機の推進ターボ機械に装備されるガスタービンとして、下記の特許文献１に示されている構造のものが知られている。この従来のタービンには、動翼環の外周における流体の流れを封止又は制限するためのシール構造が備えられており、このシール構造は、動翼環の外周を取り囲むように配置されたシール材と、そのシール材を支持するためのシール支持リングと、を備えている。シール支持リングは、均一な板厚を有する筒状の部材であり、その一端が、動翼環の一方側に配置された静翼環の外側シュラウドに固定され、他端が、動翼環の他方側に配置された静翼環の外側シュラウドに固定されている。

上記したガスタービンでは、シール支持リングが高温場で静翼環の外側シュラウドからスラスト荷重を受け得る。それ故、従来のシール支持リングは、その板厚が厚くなっており、高温場でシール支持リングにスラスト荷重が入力されてもシール支持リングがクリープ変形しないように構成されている。

特表２０１３−５１５８９３号公報

しかしながら、上記の特許文献１の技術では、クリープ変形を防ぐためにシール支持リングの板厚が厚いため、シール支持リングの重量が重いという問題がある。例えば航空機や船舶、車両等の分野では、部品重量が機械の性能や燃費に影響を及ぼすため、部品の軽量化の要望があり、シール支持リングを軽量化することが求められている。さらに、シール支持リングは、シール材をシール支持リングの内側の所定位置に容易且つ正確に取り付けることができるような形状を確保する必要性もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、高温場でスラスト荷重を受けてもクリープ変形が発生しない程度の強度を確保しつつ、軽量化することができ、さらに、シール材を容易且つ正確に取り付けられるシール支持リングを提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記のシール支持リングを備えるシール構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の一態様に係るシール支持リングは、タービンの動翼環の外周における流体の流れを封止又は制限するシール材を支持するためのシール支持リングであって、スラスト方向に沿って漸次に拡径された円錐台形筒部と、該円錐台形筒部の大径端側に配設されて前記スラスト方向に延在し、前記シール材をラジアル方向に位置決めするように構成された内周面を有する円筒部と、前記シール材を前記スラスト方向に位置決めするように構成された位置決め面とを備えており、前記円錐台形筒部が、前記スラスト方向に沿った縦断面視において板厚が不均一である板厚不均一構造を有し、前記板厚不均一構造が、前記円錐台形筒部の小径端から前記大径端までの間で前記板厚が漸次に増加した構造である。

また、本発明の別の態様に係るシール構造は、上記したシール支持リングと、前記円筒部の前記内周面に接合される第１面、及び、前記位置決め面に接合される第２面を有するシール材と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、円錐台形筒部の板厚不均一構造によって、スラスト荷重を受けたときに応力が集中する部分の板厚を厚くしつつ、比較的に応力がかかりにくい部分の板厚を薄くするように、板厚の再配分が行なわれ得る。また、シール材が、円筒部の内周面によってラジアル方向に位置決めされると共に、位置決め面によってスラスト方向に位置決めされることで、シール支持リングの内側の所定位置にシール材を位置付けることができる。
また、この構成によれば、円錐台形筒部のスラスト荷重に対する強度の向上を図ることができる。

また、上記のシール支持リングは、前記円筒部における前記スラスト方向の中間に位置する領域の板厚が、前記円筒部における端部の領域の板厚よりも薄くてもよい。

この構成によれば、円筒部のスラスト荷重に対する強度を維持しつつ、シール支持リングの軽量化を図ることができる。

また、上記のシール支持リングは、前記円錐台形筒部の前記スラスト方向の一部分に、前記円錐台形筒部の内周面および外周面の少なくとも一方が凹んで板厚が薄くなった薄肉領域が形成されてもよい。

この構成によれば、円錐台形筒部において特に応力が集中しない箇所を薄肉領域にすることで、スラスト荷重に対する強度を確保しつつ、シール支持リングのさらなる軽量化を図ることができる。

また、上記のシール支持リングは、前記円筒部の円錐台形筒部側の端部から前記ラジアル方向の内方側に向かって延在し、前記位置決め面を有する段差部と、前記段差部の前記ラジアル方向の内方側の端部から円錐台形筒部側へ延在して前記円錐台形筒部の大径端に接続され、更なるシール材をラジアル方向に位置決めするように構成された内周面を有する更なる円筒部と、前記円錐台形筒部の大径端の内面に突設され、前記更なるシール材を前記スラスト方向に位置決めするように構成された更なる位置決め面を有する突出部とをさらに備えてもよい。

この構成によれば、シール材が、円筒部の内周面および段差部の位置決め面によってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるので、シール材をシール支持リングの内側の所定位置に位置付けることができる。さらに、更なるシール材が、更なる円筒部の内周面および更なる位置決め面によってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるので、更なるシール材をシール支持リングの内側の所定位置に位置付けることができる。

また、上記のシール支持リングは、相対的に前記段差部の板厚が厚くて前記更なる円筒部の板厚が薄くなっていてもよい。

この構成によれば、段差部における曲げ変形を防止しつつ、シール支持リングの軽量化を図ることができる。

また、上記のシール支持リングは、前記円筒部と前記円錐台形筒部とが互いに直結されており、前記薄肉領域が、前記円錐台形筒部における大径端側の端部に位置してもよい。

この構成によれば、円筒部と円錐台形筒部とが互いに直結されていることで、シール支持リングは、段差などが無い或いは少ない外面形状になる。このような外面形状を有するシール支持リングでは、スラスト荷重を受けたときに、円錐台形筒部における大径端側の端部に作用する曲げは小さくなる。それ故、円錐台形筒部における大径端側の端部に薄肉領域があっても、シール支持リングのスラスト荷重に対する強度を確保することができる。

また、上記のシール支持リングは、前記位置決め面を有する突出部が、前記円筒部および前記円錐台形筒部のうちの少なくとも一方の内周面に突設されてもよい。

この構成によれば、シール材が、円筒部の内周面および突出部の位置決め面によってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるので、シール支持リングが階段状の形状を有していなくても、シール材をシール支持リングの内側の所定位置に位置付けることができる。

また、上記のシール支持リングは、前記円錐台形筒部の内周面に突設された第１突出部と、前記円錐台形筒部の内周面に突設されると共に前記第１突出部よりも前記円錐台形筒部の小径端側に位置する第２突出部とをさらに備えており、前記第１突出部が、前記位置決め面を有すると共に、更なるシール材をラジアル方向に位置決めするように構成された内周面を有し、前記第２突出部が、前記更なるシール材をスラスト方向に位置決めするように構成された更なる位置決め面を有してもよい。

この構成によれば、シール材が、円筒部の内周面および第１突出部の位置決め面によってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるので、シール支持リングが階段状の形状を有していなくても、シール材をシール支持リングの内側の所定位置に位置付けることができる。さらに、更なるシール材が、第１突出部の内周面および第２突出部の更なる位置決め面によってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるので、シール支持リングが階段状の形状を有していなくても、更なるシール材をシール支持リングの内側の所定位置に位置付けることができる。

本発明のシール支持リングによれば、高温場でスラスト荷重を受けてもクリープ変形が発生しない程度の強度を確保しつつ、軽量化することができ、さらに、シール材を容易且つ正確に取り付けることができる。

本発明のシール構造によれば、シール支持リングのクリープ変形を防止しつつ軽量化することができ、さらに、シール材をシール支持リングに容易且つ正確に取り付けることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るシール構造を図示した断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るシール支持リングの断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るシール支持リングの断面図である。 本発明の１つの変形例を示すシール支持リングの断面図である。 本発明の別の変形例を示すシール支持リングの断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は例えば航空機や船舶、車両等の推進ターボ機械などに装備されるガスタービンの一部分をスラスト方向（ガスタービンの回転軸線に沿った方向）に沿って切断した縦断面図である。図１において、符号「１」は本発明の１つの実施の形態に係るシール構造を示し、符号「２」はケーシングを示し、符号「３」はガスタービンにおける１段目の静翼環を示し、符号「４」はガスタービンにおける１段目の動翼環を示し、符号「５」はガスタービンにおける２段目の静翼環を示している。これらの静翼環３，５及び動翼環４は、ケーシング２の内部でスラスト方向に交互に並ぶように配設されている。

より詳しく説明すると、１段目の静翼環３は、ケーシング２の内側に取り付けられた固定部材である。静翼環３には複数枚の静翼３０が備えられており、これら複数枚の静翼３０は周方向（ガスタービンの回転軸線を中心とした円の周方向）に沿って配列され、また、各静翼３０は概ねラジアル方向（ガスタービンの回転軸線に直交する方向）に延在するように配置されており、つまり、複数枚の静翼３０は、ガスタービンの回転軸線を中心に放射状に配置されている。また、静翼環３には、周方向に沿って環状に設けられた外側シュラウド３１が備えられており、静翼環３は、放射状に配置された複数枚の静翼３０が外側シュラウド３１で取り囲まれた構成となっている。

１段目の動翼環４は、ガスタービンの図示せぬロータの外側に取り付けられた可動部材である。動翼環４には複数枚の動翼４０が備えられており、これら複数枚の動翼４０は周方向に沿って配列され、また、各動翼４０は概ねラジアル方向に延在するように配置されており、つまり、複数枚の動翼４０は、ガスタービンの回転軸線を中心に放射状に配置されている。また、動翼環４には、周方向に沿って環状に設けられたチップシュラウド４１が備えられており、動翼環４は、放射状に配置された複数枚の動翼４０がチップシュラウド４１で取り囲まれた構成となっている。

２段目の静翼環５は、ケーシング２の内側に取り付けられた固定部材である。静翼環５には複数枚の静翼５０が備えられており、これら複数枚の静翼５０は周方向に沿って配列され、また、各静翼５０は概ねラジアル方向に延在するように配置されており、つまり、複数枚の静翼５０は、ガスタービンの回転軸線を中心に放射状に配置されている。また、静翼環５には、周方向に沿って環状に設けられた外側シュラウド５１が備えられており、静翼環５は、放射状に配置された複数枚の静翼５０が外側シュラウド５１で取り囲まれた構成となっている。

シール構造１は、動翼環４の外周における流体の流れを封止又は制限するための構造体であり、動翼環４の外周を取り囲むように周方向に沿って環状に形成されている。シール構造１は、第１シール材６と、第２シール材７と、これら第１シール材６及び第２シール材７を支持するためのシール支持リング８と、を備えている。

図２はシール支持リング８をスラスト方向に沿って切断した縦断面図である。シール支持リング８は、全体として筒状に形成された環状部材であり、ガスタービンの回転軸線に対して概ね回転対称を成す形状を呈する。すなわち、図２は、シール支持リング８の縦断面の対称形状の半分のみを示している。

図２に示すように、シール支持リング８は、スラスト方向に沿って漸次に拡径された円錐台形筒部８０と、円錐台形筒部８０の大径端側に配設されてスラスト方向に沿って延在した第１円筒部８１と、第１円筒部８１の円錐台形筒部８０側の端部からラジアル方向の内方側に向かって延在した段差部８３と、段差部８３のラジアル方向の内方側の端部から円錐台形筒部８０側へ延在して円錐台形筒部８０の大径端に接続された第２円筒部８２と、円錐台形筒部８０の大径端の内面に突設された突出部８４と、を備えている。

円錐台形筒部８０は、スラスト方向に沿った縦断面視において板厚が不均一である板厚不均一構造を有する。具体的に説明すると、円錐台形筒部８０の板厚は、円錐台形筒部８０の小径端から大径端の方にいくに従って漸次に大きくなっている。特に、円錐台形筒部８０の板厚は、小径端から離れるのに伴い一次関数的に増大しており、縦断面視において円錐台形筒部８０の内周面および外周面は両方とも直線的に延在している。

第１円筒部８１は、円錐台形筒部８０の大径端よりも大径の円筒部であり、この第１円筒部８１の内周面８１ａは、第１シール材６をラジアル方向に位置決めするように構成されている。具体的に説明すると、内周面８１ａは、縦断面視において、スラスト方向に沿って直線的に延在する平面である。また、第１円筒部８１は、シール支持リング８全体の中で相対的に板厚が薄くなっている。特に、第１円筒部８１における中間領域８１ｂ（スラスト方向の中間に位置する領域）の外周面には、ラジアル方向の内方側に窪んだ窪み部８１ｃが形成されており、それにより、第１円筒部８１における中間領域８１ｂの板厚が、第１円筒部８１における端部領域８１ｄ，８１ｅの板厚よりも薄くなっている。

段差部８３は、周方向の全体にわたって環状に形成されている。この段差部８３の内側表面（シール支持リング８の内部側の表面）は、第１シール材６をスラスト方向に位置決めするように構成された第１位置決め面８３ａとなっている。具体的に説明すると、段差部８３の内側表面、すなわち第１位置決め面８３ａは、ラジアル方向に沿って直線的に延在する平面であり、縦断面視において第１円筒部８１の内周面８１ａに対して垂直に配設されている。また、第１位置決め面８３ａは、第１円筒部８１の内周面８１ａになだらかに接続されており、第１位置決め面８３ａと第１円筒部８１の内周面８１ａとの間には凹曲面が形成されている。また、段差部８３は、シール支持リング８全体の中で相対的に板厚が厚くなっており、例えば、段差部８３の板厚は第１円筒部８１の板厚よりも厚い。

第２円筒部８２は、第１円筒部８１よりも小径であって円錐台形筒部８０の大径端と略同径の円筒部であり、この第２円筒部８２の内周面８２ａは、第２シール材７をラジアル方向に位置決めするように構成されている。具体的に説明すると、内周面８２ａは、縦断面視において、スラスト方向に沿って直線的に延在する平面である。また、第２円筒部８２の外周面は、円錐台形筒部８０の外周面へとなだらかに接続されており、第２円筒部８２の外周面と円錐台形筒部８０の外周面との間には凸曲面状のアールが形成されている。また、第２円筒部８２の外周面は、段差部８３の外側面（シール支持リング８の外部側の表面）にもなだらかに接続されており、第２円筒部８２の外周面と円錐台形筒部８０の外周面との間には凹曲面が形成されている。また、第２円筒部８２は、シール支持リング８全体の中で相対的に板厚が薄くなっており、例えば、第２円筒部８２の板厚は段差部８３の板厚よりも薄い。

突出部８４は、周方向の全体にわたって環状に形成された凸条部であり、円錐台形筒部８０の内周面と第２円筒部８２の内周面８２ａとの間に配設されている。この突出部８４は、シール支持リング８の内側に段差を形成するような形状となっている。より具体的に説明すると、突出部８４は、断面形状が略三角形である山型の凸条部であり、環状に延在する峰部の両側に環状の表面を有している。この突出部８４の一方の表面は、第２シール材７をスラスト方向に位置決めするように構成された第２位置決め面８４ａとなっている。具体的に説明すると、突出部８４の一方の表面、すなわち第２位置決め面８４ａは、ラジアル方向に沿って直線的に延在する平面であり、縦断面視において第２円筒部８２の内周面８２ａに対して垂直に配設されている。また、第２位置決め面８４ａは、第２円筒部８２の内周面８２ａになだらかに接続されており、第２位置決め面８４ａと第２円筒部８２の内周面８２ａとの間には凹曲面が形成されている。なお、突出部８４は、周方向の全体にわたって環状に形成されたものに限定されず、例えば、周方向に間欠的に設けられていてもよい。

また、図１に示すように、シール支持リング８の両端にはそれぞれフランジ部８５，８６が設けられており、これらのフランジ部８５，８６によって、シール支持リング８は、１段目の静翼環３の外側シュラウド３１と２段目の静翼環５の外側シュラウド５１との間に挟持されている。より詳しく説明すると、一方のフランジ部８５は、円錐台形筒部８０の小径端からラジアル方向の内方側に延在しており、１段目の静翼環３の外側シュラウド３１に突設された凸部３２と隣接している。他方のフランジ部８６は、第１円筒部８１の端部からラジアル方向の外方側に延在しており、２段目の静翼環５の外側シュラウド５１に突設された凸部５２と隣接している。これらのフランジ部８５，８６は、周方向の全体にわたって環状に形成されてもよく、或いは、周方向に間欠的に設けられていてもよい。

次に、上記した構成のシール支持リング８に支持される第１シール材６及び第２シール材７について図１を参照して説明する。第１シール材６及び第２シール材７は、ケーシング２の内部において動翼環４の外周における流体の流れを封止又は制限するための部材であり、周方向の全体にわたって環状に形成されると共に、動翼環４のチップシュラウド４１の突起４１ａに近接配置されている。第１シール材６及び第２シール材７は、動翼環４が回転するときにチップシュラウド４１の突起４１ａによって削り取られ得ることを許容する材料で形成されており、典型的にはハニカム構造を有する材料で形成されている。第１シール材６は、第１円筒部８１の内側に位置付けられており、第１円筒部８１の内周面８１ａにろう付け等で接合される外周面（第１面６ａ）と、段差部８３の内側表面すなわち第１位置決め面８３ａにろう付け等で接合される端面（第２面６ｂ）とを有する。第２シール材７は、第２円筒部８２の内側に位置付けられており、第２円筒部８２の内周面８２ａにろう付け等で接合される外周面（第１面７ａ）と、突出部８４の一方の表面すなわち第２位置決め面８４ａにろう付け等で接合される端面（第２面７ｂ）とを有する。

上記した構成のシール支持リング８によれば、円錐台形筒部８０の板厚不均一構造によって円錐台形筒部８０の板厚の再配分が行なわれており、円錐台形筒部８０のうち、スラスト荷重を受けたときに応力が集中する部分は、板厚が相対的に厚くなっており、比較的に応力がかかりにくい部分は、板厚が相対的に薄くなっている。また、上記した構成のシール支持リング８によれば、第１シール材６が、第１円筒部８１の内周面８１ａによってラジアル方向に位置決めされると共に、段差部８３の第１位置決め面８３ａによってスラスト方向に位置決めされるので、シール支持リング８の内側の所定位置に第１シール材６を位置付けることができる。したがって、シール支持リング８およびそれを備えるシール構造１は、高温場でスラスト荷重を受けてもクリープ変形が発生しない程度の強度を確保しつつ、軽量化することができ、しかも、第１シール材６をシール支持リング８の内側に容易且つ正確に取り付けることができる。

また、円錐台形筒部８０の板厚不均一構造が、円錐台形筒部８０の小径端から大径端の方へいくに従って板厚が漸次に増加した構造となっているため、円錐台形筒部８０のスラスト荷重に対する強度が向上する。これにより、高温場でスラスト荷重を受けてもクリープ変形がより発生しにくくなる。

また、第１円筒部８１における中間領域８１ｂの板厚が、第１円筒部８１における端部領域８１ｄ，８１ｅの板厚よりも薄くなっているので、第１円筒部８１のスラスト荷重に対する強度を維持しつつ、シール支持リング８の軽量化を図ることができる。

また、上記したシール支持リング８の構成によれば、第１シール材６が、第１円筒部８１の内周面８１ａおよび段差部８３の第１位置決め面８３ａによってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされて所定位置に位置付けられるだけでなく、第２シール材７が、第２円筒部８２の内周面８２ａおよび突出部８４の第２位置決め面８４ａによってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされて所定位置に位置付けられる。これにより、第１シール材６および第２シール材７を２段で配置させることができる。

また、上記したシール支持リング８の構成では、スラスト荷重を受けたときに段差部８３に大きな曲げモーメントが作用するが、相対的に段差部８３の板厚が厚くて第２円筒部８２の板厚が薄くなっているので、段差部８３における曲げ変形を防止しつつ、シール支持リングの軽量化を図ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態では、シール支持リングの構成が上記の第１の実施の形態で説明されたシール支持リング８とは異なるが、シール材などの他の構成要素は上述した第１の実施の形態と同様である。よって、以下、第２の実施の形態におけるシール支持リング９について詳細に説明する一方で、シール材などの他の構成要素については第１の実施の形態と同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図３はシール支持リング９をスラスト方向に沿って切断した縦断面図である。シール支持リング９は、全体として筒状に形成された環状部材であり、ガスタービンの回転軸線に対して概ね回転対称を成す形状を呈する。すなわち、図３は、シール支持リング９の縦断面の対称形状の半分のみを示している。

図３に示すように、シール支持リング９は、スラスト方向に沿って漸次に拡径された円錐台形筒部９０と、円錐台形筒部９０の内周面に突設された第１突出部９１及び第２突出部９２と、円錐台形筒部９０の大径端側に配設されてスラスト方向に沿って延在した円筒部９３とを備えている。

円錐台形筒部９０は、スラスト方向に沿った縦断面視において板厚が不均一である板厚不均一構造を有する。具体的に説明すると、円錐台形筒部９０の板厚は、円錐台形筒部９０の小径端から大径端の方にいくに従って漸次に小さくなっている。特に、円錐台形筒部９０の板厚は、小径端から離れるのに伴い一次関数的に縮小しており、縦断面視において円錐台形筒部９０の内周面および外周面は両方とも直線的に延在している。また、円錐台形筒部９０のスラスト方向の一部分、具体的には、円錐台形筒部９０における大径端側の端部には、円錐台形筒部９０の内周面が凹んで板厚が薄くなった薄肉領域９０ａが形成されている。

第１突出部９１は、円筒形状を呈する突出部であり、円錐台形筒部９０と同軸に配置されてスラスト方向に沿って延在している。また、第１突出部９１は薄肉領域９０ａに隣接して配置されており、この第１突出部９１と円錐台形筒部９０の大径端との間に薄肉領域９０ａが形成された構成となっている。円筒形状の第１突出部９１の先端面は、第１シール材６をスラスト方向に位置決めするように構成された第１位置決め面９１ａとなっている。具体的に説明すると、第１突出部９１の先端面、すなわち第１位置決め面９１ａは、ラジアル方向に沿って直線的に延在する平面であり、縦断面視において円筒部９３の内周面９３ａに対して垂直に配設されている。また、円筒形状の第１突出部９１の内周面９１ｂは、第２シール材７をラジアル方向に位置決めするように構成されている。具体的に説明すると、内周面９１ｂは、縦断面視において、スラスト方向に沿って直線的に延在する平面である。なお、第１突出部９１は、周方向の全体にわたって環状に形成されたものに限定されず、例えば、周方向に間欠的に設けられていてもよい。

第２突出部９２は、周方向の全体にわたって環状に形成された凸条部であり、第１突出部９１よりも円錐台形筒部９０の小径端側に位置して第１突出部９１と隣接している。この第２突出部９２は、シール支持リング９の内側に段差を形成するような形状となっている。より具体的に説明すると、第２突出部９２は、断面形状が略三角形である山型の凸条部であり、環状に延在する峰部の両側に環状の表面を有している。この第２突出部９２の一方の表面は、第２シール材７をスラスト方向に位置決めするように構成された第２位置決め面９２ａとなっている。具体的に説明すると、第２突出部９２の一方の表面、すなわち第２位置決め面９２ａは、ラジアル方向に沿って直線的に延在する平面であり、縦断面視において第１突出部９１の内周面９１ｂに対して垂直に配設されている。なお、第２突出部９２は、周方向の全体にわたって環状に形成されたものに限定されず、例えば、周方向に間欠的に設けられていてもよい。

円筒部９３は、円錐台形筒部９０の大径端と略同径であり、円錐台形筒部９０の大径端からスラスト方向に沿って延在している。すなわち、円筒部９３は、円錐台形筒部９０と直結しており、円筒部９３の外周面は、円錐台形筒部９０の外周面に対して段差などを介さずに稜線で接続されている。なお、円筒部９３の外周面が、円錐台形筒部９０の外周面になだらかに接続されてもよい。円筒部９３の内周面９３ａは、第１シール材６をラジアル方向に位置決めするように構成されている。具体的に説明すると、内周面９３ａは、縦断面視において、スラスト方向に沿って直線的に延在する平面である。

上記した構成のシール支持リング９によれば、円錐台形筒部９０のスラスト方向の一部分に薄肉領域９０ａが形成されてもよい。

この構成によれば、シール支持リング９にスラスト荷重が作用したときに円錐台形筒部９０において特に応力が集中しない箇所に薄肉領域９０ａが形成されているので、シール支持リング９のスラスト荷重に対する強度を確保しつつ、シール支持リング９のさらなる軽量化を図ることができる。

また、円筒部９３と円錐台形筒部９０とが互いに直結されていることで、シール支持リング９は、段差などが無い或いは少ない外面形状になり、その結果、シール支持リング９がスラスト荷重を受けたときに、円錐台形筒部９０における大径端側の端部に作用する曲げモーメントは比較的に小さい。それ故、円錐台形筒部９０における大径端側の端部に薄肉領域９０ａがあっても、シール支持リング９のスラスト荷重に対する強度を確保することができる。

また、第１シール材６が、円筒部９３の内周面９３ａおよび第１突出部９１の第１位置決め面９１ａによってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるので、シール支持リング９が階段状の形状を有していなくても、第１シール材６をシール支持リング９の内側の所定位置に位置付けることができる。

さらに、第２シール材７が、第１突出部９１の内周面９１ｂおよび第２突出部９２の第２位置決め面９２ａによってそれぞれラジアル方向およびスラスト方向に位置決めされるのでシール支持リング９が階段状の形状を有していなくても、第２シール材７をシール支持リング９の内側の所定位置に位置付けることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記した第１の実施の形態では、円錐台形筒部８０の板厚が円錐台形筒部８０の小径端から大径端の方にいくに従って漸次に大きくなっているが、第１の実施の形態で説明されたシール支持リング８において、円錐台形筒部８０の板厚が、その小径端から大径端の方にいくに従って漸次に小さくなる形状に変更することも可能である。また、上記した第２の実施の形態では、円錐台形筒部９０の板厚が円錐台形筒部９０の小径端から大径端の方にいくに従って漸次に小さくなっているが、第２の実施の形態で説明されたシール支持リング９において、円錐台形筒部９０の板厚が、その小径端から大径端の方にいくに従って漸次に大きくなる形状に変更することも可能である。さらには、円錐台形筒部は、その小径端側から大径端側の方に向かって板厚が漸次に大きくなる領域と、小径端側から大径端側の方に向かって板厚が漸次に小さくなる領域とが、スラスト方向に並んで連設された構成であってもよい。

また、上記した第１及び第２の実施の形態では、円錐台形筒部８０は、その板厚が、小径端から離れるのに伴い一次関数的に増大したり縮小したりする断面形状になっているが、小径端から離れるのに伴い二次関数的に増加したり縮小したりする断面形状であってもよい。また、上記した第１の実施の形態では、円錐台形筒部８０の板厚不均一構造が、円錐台形筒部８０の小径端から大径端までの間で板厚が漸次に増減した構造であるが、円錐台形筒部の小径端から大径端までの間で板厚が段階的に増減した構造であってもよく、この場合、円錐台形筒部の外周面および内周面のうちの少なくとも一方に段差面が形成され得る。

また、上記した第１の実施の形態では、第２円筒部８２の外周面が円錐台形筒部８０の外周面へとなだらかに接続されており、第２円筒部８２の外周面と円錐台形筒部８０の外周面との間に凸曲面状のアールが形成されているが、このアールの付いた形状に代えて、例えば角（稜線）を付けたり糸面取りされたりした形状にしてもよい。また、上記した第１の実施の形態では、第１位置決め面８３ａと第１円筒部８１の内周面８１ａとの間、第２円筒部８２の外周面と円錐台形筒部８０の外周面との間、及び、第２位置決め面８４ａと第２円筒部８２の内周面８２ａとの間にはそれぞれ凹曲面が形成されているが、これらの凹曲面を有する形状に代えて、例えば、面同士が直接交わって角張った隅を呈する形状にしてもよい。

また、上記した第２の実施の形態では、円錐台形筒部９０の大径端側の端部に薄肉領域９０ａが形成されているが、円錐台形筒部の大径端側の端部以外の部分に薄肉領域が形成されてもよく、例えば、円錐台形筒部の小径端側の端部に薄肉領域が形成されたり円錐台形筒部のスラスト方向の中間部分に薄肉領域が形成されたりしてもよい。また、上記した第２の実施の形態では、薄肉領域９０ａが、円錐台形筒部９０の内周面が凹んで板厚が薄くなった構造となっているが、円錐台形筒部の外周面が凹んで板厚が薄くなった構造であってもよく、或いは、円錐台形筒部の内周面および外周面の両方が凹んで板厚が薄くなった構造であってもよい。

ここで、本発明の例示的な変形例について図４及び図５を参照して説明する。
図４に示すシール支持リング１０は、スラスト方向に沿って漸次に拡径された第１円錐台形筒部１０１と、第１円錐台形筒部１０１の大径端からスラスト方向に延在する第１円筒部１０２と、第１円筒部の端部からスラスト方向に沿って漸次に拡径された第２円錐台形筒部１０３と、第２円錐台形筒部１０３の大径端からスラスト方向に延在する第２円筒部１０４と、第２円錐台形筒部１０３の大径端の内面に突設された第１突出部１０５と、第１円錐台形筒部１０１の大径端の内面に突設された第２突出部１０６とを備えている。第１円錐台形筒部１０１及び第２円錐台形筒部１０３はそれぞれ、板厚が小径端から大径端の方にいくに従って漸次に小さくなっている。第１突出部１０５のラジアル方向に沿った表面は第１シール材をスラスト方向に位置決めするように構成された第１位置決め面１０５ａとなっており、第２突出部１０６のラジアル方向に沿った表面は第２シール材をスラスト方向に位置決めするように構成された第２位置決め面１０６ａとなっている。第２円筒部１０４の内周面１０４ａは、第１シール材をラジアル方向に位置決めするように構成されている。第１円筒部１０２の内周面１０２ａと第１突出部１０５のスラスト方向に沿った表面とは互いに面一になっており、第２シール材をラジアル方向に位置決めするように構成されている。

図５に示すシール支持リング１１は、スラスト方向に沿って漸次に拡径された円錐台形筒部１１１と、円錐台形筒部１１１の大径端からスラスト方向に延在する円筒部１１２と、円筒部１１２の内周面１１２ａに突設された第１突出部１１３と、円錐台形筒部１１１の内周面に突設された第２突出部１１４とを備えている。円錐台形筒部１１１は、板厚が小径端から大径端の方にいくに従って漸次に小さくなっている。円筒部１１２の内周面１１２ａは、第１シール材をラジアル方向に位置決めするように構成されている。第１突出部１１３は、円筒部１１２の内周面１１２ａからラジアル方向に沿って突出しており、この第１突出部１１３の一方の側面は、第１シール材をスラスト方向に位置決めするように構成された位置決め面１１３ａとなっている。第２突出部１１４のラジアル方向に沿った表面は第２シール材をスラスト方向に位置決めするように構成された第２位置決め面１１４ａとなっている。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態や変形例における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ ・・・シール構造
４ ・・・動翼環
６ ・・・第１シール材（シール材）
６ａ ・・・第１面
６ｂ ・・・第２面
７ ・・・第２シール材（更なるシール材）
７ａ ・・・第１面
７ｂ ・・・第２面
８ ・・・シール支持リング
９ ・・・シール支持リング
１０ ・・・シール支持リング
１１ ・・・シール支持リング
８０ ・・・円錐台形筒部
８１ ・・・第１円筒部（円筒部）
８１ａ ・・・内周面
８２ ・・・第２円筒部（更なる円筒部）
８２ａ ・・・内周面
８３ ・・・段差部
８３ａ ・・・第１位置決め面（位置決め面）
８４ ・・・突出部
８４ａ ・・・第２位置決め面（更なる位置決め面）
９０ ・・・円錐台形筒部
９０ａ ・・・薄肉領域
９１ ・・・第１突出部
９１ａ ・・・第１位置決め面（位置決め面）
９１ｂ ・・・内周面
９２ ・・・第２突出部
９２ａ ・・・第２位置決め面（更なる位置決め面）
９３ ・・・円筒部
９３ａ ・・・内周面
１０１ ・・・第１円錐台形筒部
１０２ ・・・第１円筒部
１０２ａ ・・・内周面
１０３ ・・・第２円錐台形筒部
１０４ ・・・第２円筒部
１０４ａ ・・・内周面
１０５ ・・・第１突出部
１０５ａ ・・・第１位置決め面（位置決め面）
１０６ ・・・第２突出部
１０６ａ ・・・第２位置決め面（更なる位置決め面）
１１１ ・・・円錐台形筒部
１１２ ・・・円筒部
１１２ａ ・・・内周面
１１３ ・・・第１突出部
１１３ａ ・・・第１位置決め面（位置決め面）
１１４ ・・・第２突出部
１１４ａ ・・・第２位置決め面（更なる位置決め面）

Claims (9)

1. タービンの動翼環の外周における流体の流れを封止又は制限するシール材を支持するためのシール支持リングであって、
   スラスト方向に沿って漸次に拡径された円錐台形筒部と、
   該円錐台形筒部の大径端側に配設されて前記スラスト方向に延在し、前記シール材をラジアル方向に位置決めするように構成された内周面を有する円筒部と、
   前記シール材を前記スラスト方向に位置決めするように構成された位置決め面と
   を備えており、
   前記円錐台形筒部が、前記スラスト方向に沿った縦断面視において板厚が不均一である板厚不均一構造を有し、
   前記板厚不均一構造が、前記円錐台形筒部の小径端から前記大径端までの間で前記板厚が漸次に増加した構造である、シール支持リング。
2. 前記円筒部における前記スラスト方向の中間に位置する領域の板厚が、前記円筒部における端部の領域の板厚よりも薄い、請求項１に記載のシール支持リング。
3. 前記円錐台形筒部の前記スラスト方向の一部分に、前記円錐台形筒部の内周面および外周面の少なくとも一方が凹んで板厚が薄くなった薄肉領域が形成されている、請求項１又は２に記載のシール支持リング。
4. 前記円筒部の円錐台形筒部側の端部から前記ラジアル方向の内方側に向かって延在し、前記位置決め面を有する段差部と、
   前記段差部の前記ラジアル方向の内方側の端部から円錐台形筒部側へ延在して前記円錐台形筒部の前記大径端に接続され、更なるシール材をラジアル方向に位置決めするように構成された内周面を有する更なる円筒部と、
   前記円錐台形筒部の前記大径端の内面に突設され、前記更なるシール材を前記スラスト方向に位置決めするように構成された更なる位置決め面を有する突出部と
   をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシール支持リング。
5. 相対的に前記段差部の板厚が厚くて前記更なる円筒部の板厚が薄くなっている、請求項４に記載のシール支持リング。
6. 前記円筒部と前記円錐台形筒部とが互いに直結されており、
   前記薄肉領域が、前記円錐台形筒部における前記大径端側の端部に位置している、請求項３に記載のシール支持リング。
7. 前記位置決め面を有する突出部が、前記円筒部および前記円錐台形筒部のうちの少なくとも一方の内周面に突設されている、請求項１から３及び６のうちのいずれか一項に記載のシール支持リング。
8. 前記円錐台形筒部の内周面に突設された第１突出部と、
   前記円錐台形筒部の内周面に突設されると共に前記第１突出部よりも前記円錐台形筒部の前記小径端側に位置する第２突出部と
   をさらに備えており、
   前記第１突出部が、前記位置決め面を有すると共に、更なるシール材をラジアル方向に位置決めするように構成された内周面を有し、
   前記第２突出部が、前記更なるシール材をスラスト方向に位置決めするように構成された更なる位置決め面を有する、請求項１から３及び６のうちのいずれか一項に記載のシール支持リング。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載のシール支持リングと、
   前記円筒部の前記内周面に接合される第１面、及び、前記位置決め面に接合される第２面を有するシール材と、
   を備える、タービンの動翼環の外周における流体の流れを封止又は制限するシール構造。

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