JPH02245581A - ラビリンスシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明はラビリンスシールを通る圧縮性流体の漏れ損失
を最少にすることに関する。

［発明の背景］ ラビリンスシールという用語は、機械の静止部分、（ラ
ンドと呼ばれる部分）すなわちステータと、回転部分す
なわちロータとの間のパツキンまたはシールを記述する
語である。ラビリンスシールはロータまたはステータの
周沿いに延在する一連の規則的に相隔たる歯を有する。

これらの歯は反対側の壁面と絞り間隙を形成する。ガス
または蒸気が絞り間隙を噴流として通流し、この噴流は
後続の歯に衝突するので、ガスまたは蒸気に乱流が生じ
運動エネルギーが大いに減少する。蒸気タービンの基本
型のラビリンスパツキンまたはラビリンスシールは、米
国機械学会（ＡＳＭＥ）の会報「燃料および蒸気動力」
第５７巻（１９３５年、第１１５−１２１ページ）にお
けるアドルフ・エグリ（＾ｄｏｌｌ’　Ｅｇｌｉ）によ
る「ラビリンスシールを通る蒸気の漏れ」と題された刊
行物において要約されている。その第８図は２種の直通
形ラビリンスシールの概略を示し、第９図は２種類の千
鳥形ラビリンスシールの概略を示す。千鳥形シールはラ
ビリンスシールの一要素によって画成された一連の空洞
を存する型のシールである。第１の種類の千鳥形シール
は同じ直径をもつ上流側と下流側を有し、第２の種類の
千鳥形シールは漏流の方向に関する上流側と下流側が相
異なる直径を有する。本出願の第１図は、前述のエグリ
の刊行物の第９図における第１の種類の千鳥形ラビリン
スシールの模写である。

新型のラビリンスシールが、米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ
）リュイス研究センター（Ｌｅｗｌｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃ
ｈＣｅｎｔｅｒ　）の１９７７年１１月の契約ＮＡＳ３
−２００５６により準備されたストッカー（Ｈ，Ｌ、５
ｔｏｃｋｅｒ　）とコックス（Ｄ、Ｍ、ＣＯＸ　）とホ
リ（Ｇ、Ｆ、Ｈ。

１１ｅ　）による「同情性、摩耗性、ハエコム形ランド
を有する従来設計ラビリンスシールおよび最新のそれの
空気力学的性能（＾ｅｒｏｃｌｙｎａＩｌｌｃ　Ｐｅｒ
ｆ’ｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ
　ａｎｄ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｅｓｌｇｎ　Ｌａｂｙ
ｒｌｎｔｈ　５ｅａｌｓ　ｖｌｔｈ　！ｌｆｏｌｌｄ−
９ｍｏｏｔｈ、Ａｂｒａｄａｂｌｅ、ａｎｄ！ｌｏｎｅ
ｙｃｏｍｂ　Ｌａｎｄｓ　）　Ｊと題した研究に記載さ
れている。この研究の第１０８ページの第７２図は、ガ
スまたは蒸気の流れの方向に対して傾けた４つのロータ
結合歯を含む、最適で最新の大径がら小径へ階段状のラ
ビリンスシール形状の概略を示す。

同研究の第１１７ページの第８１図は、切欠き付きラン
ドまたはステータと、ガスまたは蒸気の流れの方向に傾
けた４つのロータ結合歯とを含む、最適で最新の小径か
ら大径へ階段状のラビリンスシール形状の概略を示す。

本出願の従来技術を示す第２図と第３図はそれぞれ上記
ＮＡＳＡ研究の第７２図と第８１図の模写である。従来
技術を示すＴ４２図と第３図は、本質的に同じ階段状ラ
ビリンスシールであるが、流体漏流方向が互いに逆であ
り、また歯の傾斜方向も逆である。この実験研究によれ
ば、新型の傾斜歯シールでは約２０％の改善が得られる
。この改善の一部はロータとステータとの小さな間隙に
よるものである。傾斜歯と切欠きの要部とが近接してい
るので、前述の新設計を適用すると、シールはガスター
ビンまたは蒸気タービンの始動の際軸方向の摩擦を受け
るおそれがある。なぜなら、始動時に大きな軸方向移動
に差が生ずるからである。これはガスタービンの場合に
特にそうである。というのは、ガスタービンは約１０分
で全負荷に達し得るからである。傾斜歯の存在によって
起こるこのような軸方向摩擦を防止するには、シールの
軸方向長さを増すことで達成され得るが、これは新しい
傾斜歯ラビリンスシールの望ましくない一面であること
に注意されたい。

ラビリンスシールとガスタービンに関して存在する一つ
の問題は次の通りである。最新ガスタービンでは、圧縮
機から抽出される冷却空気が、タービン部品を許容温度
限度内に保つのに必要である。これはタービン部品の機
械的健全性を保つためである。このような抽出冷却空気
は羽根車の下流側すなわち後ろ側に供給される。この冷
却空気の小部分が静止下流ノズルと回転下流スペーサと
の間の空間を通って後続羽根車の前側に達するように意
図的に漏らされる。この空間を通る意図的な漏流は、下
流スペーサと下流ノズルに結合された仕切板とによって
形成されたラビリンスシールにより制限される。ラビリ
ンスシールの現在の技術では、意図的に漏らされる冷却
空気の量は、後続羽根車の前側の冷却に要する量より多
い。この多過ぎる冷却流が圧縮機から抽出される結果、
全体としての機械の出力が減少する。

「発明の要約」 従って、本発明の目的は、機械の静止部分と回転部分と
の間の圧縮性流体の漏流の量をかなり減らすラビリンス
シールを提供することである。

本発明の他の目的は、ターボ機械の静止部分と回転部分
との間の高温ガスの漏流の量をかなり減らすラビリンス
シールを提供することである。

本発明の他の目的は、シールの軸方向間隙をそれ程減ら
さず且つシールの軸方向長さを増加せずに、機械の静止
部分と回転部分との間の圧縮性流体の漏流の量をかなり
減らすラビリンスシールを提供することである。

本発明の他の目的は、シールの軸方向間隙をたいして減
らさず且つシールの軸方向長さを増加せずに、シールの
絞りの数をかなり増すように多数の歯をシールに加える
ことにより、機械の静止部分と回転部分との間の圧縮性
流体の漏流の量をかなり減らすラビリンスシールを提供
することである。

本発明の他の目的は、シールの軸方向間隙をたいして減
らさず且つシールの軸方向長さを増さずに、シール回転
部とシール静止部両方の絞りの数をかなり増すように多
数の歯をシール回転部とシ−ル静止部とに加えることに
より、機械の静止部分と回転部分との間の圧縮性流体の
漏流の量をかなり減らすラビリンスシールを提供するこ
とである。

これらの目的と、後に明らかにする他の目的に従い、機
械の静止部分に対して回転する機械の回転部分と前記静
止部分との間の圧縮性流体の漏流を減らすラビリンスシ
ール装置が設けられる。機械の静止部分にはステータ・
シール要素が結合され、機械の回転部分にはロータ・シ
ール要素が結合される。ロータ・シール要素は複数個の
千鳥形空洞を画成する。ステータ・シール要素に結合さ
れた長い垂直な歯がロータ・シール要素の千鳥形空洞の
底壁とともに絞り間隙を画成し、漏流の方向に関して上
流方向に傾はステータ・シール要素に結合した短い歯が
ロータ・シール要素とともに絞り間隙を画成する。アン
ダカットが、空洞の下流側にローターシール要素によっ
て任意に画成され得る。空洞の下流においてロータ・シ
ール要素に結合された随意選択の垂直な歯が、ステータ
・シール要素とともに絞り間隙を画成する。ステータ・
シール要素の短い歯は垂直な歯を選択してもよい。全て
の歯を漏流方向に傾けてもよい。また、ロータ・シール
要素とステータ・シール要素の形状を逆にしてもよい。

ジェネラル・エレクトリック・カンパニイのガスタービ
ンで現在用いられているシール形状を表わす第１Ａ図の
従来技術シール装置の空気用模型と、第６．７．９，１
１．１２図に示す本発明のシール装置とについて実験室
で試験を行った。第１Ａ図に示した従来技術のシール装
置と比べた本発明のシール装置の各々の漏流減少百分率
を下表に示す。

現在のシール装置 第１Ａ図 第１Ａ図 第１Ａ図 第１Ａ図 第１Ａ図 第１Ａ図 本発明のシール装置 第６図 第７図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 本発明は、添付図面と関連する以下の詳述からより良く
理解されよう。また、前述の目的と特徴以外の主要な目
的と特徴も明らかとなろう。以下の詳述は本発明の好ま
しい実施例と変形例および本発明の原理の最善実施態様
と現在考えられるものを開示、説明するものである。他
の様々な実施例と変形例も、本明細書の教示により、本
発明の範囲内にあるものとして示唆されよう。

［好適実施例の説明コ 添付図面において同−又は類似の要素は、同じ符号で表
示する。

第１．ＩＡ、２及び３図は従来技術シール装置を例示す
る。

第１図は従来技術の千鳥形ラビリンスシール１０を示し
、これはエグリ（Ｅｇｌｌ）の前記刊行物の第９図にお
ける前述の第２種の千鳥形ラビリンスシールである。シ
ール１０はシール要素１２とシール要素１４を含み、両
要素間を圧縮性流体が通る。シール要素１４に３つの空
洞１８が形成され、回転中心線に垂直に筒形表面１６の
周沿いに延在する。空洞１８は、回転中心線１３に平行
な筒形底壁２０を有する。３つの長い歯２２がシール要
素１２の筒形表面２４に結合されている。筒形表面１６
．２４はシール要素１２とシール要素１４間の摩擦を防
ぐように相隔たっている。長い歯２２は表面２４に垂直
であり、底壁２０から隔たる位置まで延在して両者間に
絞り間隙２６を画成する。筒形表面２４に結合された４
つの短い歯２８が回転中心線１３に垂直に向けられ、筒
形表面１６から隔たる位置まで延在して両者間に絞り間
隙３０を画成する。絞り間隙２６．３０はガスまたは蒸
気のような圧縮性流体をジェット流として通し、シール
１０を通る漏流を最少にする。

第１Ａ図は第１図のシールに似た従来技術千鳥形ラビリ
ンスシール１１を示す。長い歯２２と短い歯２８は歯先
２２Ａ、２８Ａを夫々有し、各歯先は相反する向きに傾
斜しているので、歯はシールの周沿いに延在する中央鋭
縁を有する。

第２図と第３図はそれぞれ従来技術の大径から小径式及
び小径から大径式シール装置３４．３６を示す。両シー
ル装置３．４．３６には、回転中心線の周りを回転し得
るロータ・シール要素３８と、ステータ・シール要素４
Ｇが含まれ、機械の大径および小径ロータ部分間と大径
および小径ステータ部分間に筒形の段が付いている。シ
ール装置３４におけるガスまたは蒸気の漏流は矢印４２
で示され、シール装置３６における漏流は矢印４２Ａで
示されている。３つの切欠きまたはアンダカット４４が
要部４６によって各ステータ・シール要素４０の段に画
成され、大径端部の方向に開いている。第２図ではロー
タ・シール要素３８に結合された４つの歯４８が漏流４
２の方向に関して上流方向に傾斜し、第３図ではロータ
・シール要素３８に結合された４つの歯５０が同様に漏
流４２Ａの上流方向に傾斜している。傾斜した歯４８゜
５０の先端はステータ・シール要素４０の股間に絞り間
隙を画成する。

シール装置５２を全体的に第４図に示し、またその詳細
を第５図と第６図に示す。このシール装置５２はガスタ
ービン５８の静止ノズル５６に装着されたシール仕切板
５４を含み、静止ノズル５６は、パケット６４を有する
上流側タービン羽根車６０とパケット６６を有する下流
側タービン羽根車６２との間に配置されている。下流側
羽根車６２の前側にスペーサ６８が結合されている。圧
縮機抽出冷却流７Ｂがタービン回転中心線７１に沿って
タービン５８に入り、半径方向外向きに流れて上流側お
よび下流側タービン羽根車６０．６２の間の空洞７２に
入り、さらに上流側羽根車６０の後ろ側とスペーサ６８
との間を半径方向外向きに流れ、最後に上流側パケット
６４と下流側ノズル５６との間を外向きに流れる。円形
空間７４が回転スペーサ６８と静止シール仕切板５４と
の間に形成され、この空間内を、圧縮機抽出冷却流７０
から取られた、矢印７６で示す少量の意図的な冷却漏流
が通って下流側羽根車６２の前側に達する。シール装置
５２を詳細に示す第５図と第６図では、シール仕切板５
４はステータ・シール要素７８と呼ばれ、また空間７４
に隣接するスペーサ６８のシール要素部分はロータ・シ
ール要素８０と呼ばれる。

シール装置５２は矢印７６で示す圧縮性流体の漏流、す
なわち、シール装置５２の上流端８２からその下流端８
４に向かう漏流を最少にする。第５図と第６図の図解に
おけるロータ・シール要素８０はステータ・シール要素
７Ｂによって囲まれ、そしてタービン回転中心線７１と
同じ回転中心線の周りを回転する。シール装置５２の相
対する上流端８２と下流端８４は等しい直径を有する。

ステータ・シール要素７８はタービン回転中心線７１に
平行な筒形表面８６を有する。ロータ・シール要素８０
は筒形表面８８を有し、この筒形表面もタービン回転中
心線７１と同じ円筒中心線を存する。ロータ・シール要
素８０は、ステータ・シール要素７８とロータ・シール
要素８０との摩擦を防ぐ為に、半径方向短＃９０だけ筒
形表面８６から離れている。

４つの空洞９２がロータ・シール要素８０に形成され、
回転中心線７１に垂直にロータ・シール要素８０の周沿
いに延在し、筒形表面８８に相隔たる開口をなしている
。空洞９２の数と空洞相互間の軸方向距離はシール装置
５２の特定の要求に従って変わり得る。特に、各空洞９
２は筒形表面８８に整合した筒形底壁９４と、対面する
半径方向の上流壁９６および下流壁９８とによって夫々
画成されている。空洞９２は流体流７６の乱流を増す。

筒形底壁９４はステータ・シール要素７８の筒形表面８
６から距離９０より大きい半径方向距離１００だけ離れ
ている。

４つの長い歯１０２がステータ・シール要素７８に結合
されて筒形表面８６からタービン回転中心線７１に垂直
に延在し、ロータ・シール要素筒形表面８８とともに絞
り間隙１０６を画成する鋭縁先端１０４を有する。また
、４つの短い歯１０８が回転中心線７１に垂直に向いた
ステータ・シール要素７８の筒形表面８６に結合されか
つその周沿いに延在し、ロータ・シール要素８０の筒形
表面８８とともに絞り間隙１１２を画成する鋭縁先端１
１０を有する。短い歯１０８は流体漏流７６の方向に関
して上流方向に傾いている。長い歯１０２と短い歯１０
８全ての筒形表面８６における基部は、図示のようにほ
ぼ等間隔で相隔たっているが、これらの間隔は特定の条
件に応じて変わり得る。筒形表面８８は空洞９２によっ
て不連続にされているので、隔離された３つの中間部分
と２つの端部部分に分けられている。短い歯１０８のう
ちの３つの中間短歯の各先端１１０は筒形表面８８の３
つの中間部分の各々のほぼ中央に配置されている。各絞
り間隙１０６．１１２は漏流をジェット流として下流空
間に通して通過流体の運動エネルギーを実質的に除去す
る。

第７図は本発明の他の実施例すなわちシール装置１１４
を示す。このシール装置は第４．５．６図に示した上述
のシール装置５２の基本要素を含むものである。シール
装置１１４は、各空洞９２の各下流側壁９ｇＡに開口す
る切欠きまたはアンダカット１１６を有する。詳述する
と、各アンダカット１１６は、ロータφシール要素８０
の筒形表面８８と同方向に延在する警部１１８と、半径
方向整合壁１２０と、各空洞９２の底壁９４と同方向に
延在する筒形底壁１２２とによって画成される。アンダ
カット１１６の存在により空洞９２内の流体７６の乱流
が増加する。

第８図は本発明の他の実施例すなわちシール装置１２４
を示す。このシール装置はロータ・シール要素１３０に
結合した長い歯１２６と短い歯１２８を含む。長い歯１
２６と短い歯１２８は流体流７６の方向に傾いている。

一つの長い歯１２６と一つの短い歯１２８だけを示しで
あるが、これらは複数個の傾斜した長い歯と短い歯を代
表するものである。シール装置１２４はステータ・シー
ル要素１３２を含み、これに空洞１３４によって代表さ
れる複数個の空洞が形成されている。また、アンダカッ
ト１３６がステータ・シール要素１３２の空洞１３４の
下流壁に形成されている。長い歯１２６は空洞１３４の
筒形底壁とともに絞り間隙を画成し、短い歯１２８はス
テータ・シール要素１３２の筒形表面１４２とともに絞
り間隙１４０を画成する。

第９図は本発明の他の実施例すなわちシール装置１４４
を示す。このシール装置は第６図に示した上述のシール
装置５２の基本要素を含むものである。シール装置１４
４にはさらにロータ・シール要素８０の筒形表面８８に
結合された４つのロータ・シール要素歯１４６を含み、
回転中心線７１に垂直に向けられてロータ・シール要素
８０の周囲に延在する。詳述すると、ロータ・シール要
素ｍ１４６はそれぞれの基部が下流側壁９８に結合され
ている。ロータ・シール要素歯１４６は、ステータ・シ
ール要素７８の筒形表面８６とともに絞り間隙１５０を
画成する鋭縁先端１４８を有する。ロータ・シール要素
歯１４６と、長い歯１０２及び、短い歯１０ｇは基部が
相隔たっている。

絞り間隙１５０は漏流７６の運動エネルギーをさらに減
らす。

第１０図は第７図に示したシール装置１１４に類似した
、本発明の他の実施例すなわちシール装置１５２を示す
。アンダカット１５３がロータ・シール要素８０の空洞
９２の下流壁に形成されている。４つのローターシール
要素歯１５４がロータ・シール要素８０の筒形表面８８
にアンダカット１５３の所で結合され、アンダカッ！−
１５３の警部において回転中心線７１に垂直に向けられ
てロータ・シール要素８０の筒形表面８８の周囲に延在
する。ロータ・シール要素歯１５４は、ステータ・シー
ル要素７８の筒形表面８６とともに絞り間隙１５８を画
成する鋭縁先端１５６を有する。

絞り間隙１５８は漏流７６の運動エネルギーをさらに減
らす。

第１１図は本発明の他の実施例すなわちシール装置１６
０を示す。このシール装置には４つの短い垂直な歯１６
２が含まれ、回転中心線７１に垂直に向けられてステー
タ・シール要素７８の筒形表面８６に結合されかつその
周沿いに延在し、ロータ・シール要素８０の筒形表面８
８とともに絞り間隙１６６を画成する鋭縁先端１６４を
有する。

短い歯１６２は、回転中心線７１に垂直に向けられてい
る。シール装置１６０には、シール装置５２の長い歯１
０２に類似の４つの長い歯１６８と、シール装置１４４
の歯１４６に類似の４つのロータ・シール要素歯１７０
が含まれている。筒形表面８８は空洞９２によって不連
続にされているので、隔離された３つの中間部分と２つ
の端部部分に分けられている。短い歯１６２のうちの３
つの中間短歯の各先端１６４は筒形表面８８の３つの中
間部分の各々のほぼ中央に配置されている。各絞り間隙
８６，１２６は漏流７６をジェット流として下流空間に
通して通過流体の運動エネルギーを実質的に除去する。

第１２図は本発明の他の実施例すなわちシール装置１７
２を示す。このシール装置は第１１図に示したシール装
置１６０と類似のもので、空洞９２の下流壁にアンダカ
ット１７４を有する。シール装置１６０のロータ・シー
ル要素歯１７０に類似の４つの垂直なロータ・シール要
素歯１７６がアンダカット１７４の警部１７８に結合さ
れがっ回転中心線７１に垂直に向けられて、ロータ・シ
ール要素８０の筒形表面８８の周囲に延在している。ロ
ータ・シール要素歯１７６、長い歯１６８及び短い歯１
６２は基部が相隔たっている。ロータ・シール要素歯１
７６はステータ・シール要素７８の筒形表面８６ととも
に絞り間隙１８０を画成する。シール装置１７２の絞り
間隙は漏流７６をジェット流として下流空間に通して通
過流体の運動エネルギーを実質的に除去する。

第１３図は本発明の他の実施例すなわちシール装置１８
２を示す。このシール装置は長い歯１８４と短い歯１８
６を含み、これらは各々、タービン回転中心線７１の周
りを回転するロータ・シール要素１８８に結合された複
数個の歯を代表するものである。長い歯１８４と短い歯
１８６は漏流７６の方向に対して上流方向に傾いている
。シール装置１８２はステータ・シール要素１９０を含
み、これに空洞１９２によって代表される複数個の空洞
が形成されている。また、アンダカット１９４がステー
タ・シール要素１９０に空洞１９２の下流側において形
成されている。複数個のステータ歯を代表しているステ
ータ歯１９６がステータ・シール要素１９０のアンダカ
ット１９４の警部１９８に結合されている。ステータ歯
１９６は漏流７６の方向に対して上流方向に傾いている
。

長い歯１８４は空洞１９２の筒形底壁とともに絞り間隙
を画成し、短い歯１８６はステータ嚢シール要素１９０
の筒形表面とともに絞り間隙を画成し、ステータ歯１９
６はロータ・シール要素１８８の筒形表面とともに絞り
間隙を画成する。シール装置１８２の絞り間隙は漏流７
６を噴流として下流空間に通して通過流体の運動エネル
ギーを実質的に除去する。

前述の各シール装置は、対向する上流端部と下流端部が
同じ直径をもつものである。前述のシール装置は、ガス
タービン５８のスペーサ８８とノズル７３用以外の多数
の用途においてもロータ・シール要素とステータやシー
ル要素の漏止めに適用され得る。このような用途は、例
えば、以下に述べるように両端部の直径が相異なるシー
ルを包含し得る。

第１４図は、対向する上流端２０６と下流端２０８を有
するステータ・シール要素２０４と、対向する上流＠２
１２と下流端２１４を有するロータ・シール要素２１０
とを有するシール装置２０２を示す。上流端２０６，２
１２は下流端２０８゜２１４より直径が小さい。漏流２
１６が小径端２０６．２１２からシール装置２０２に入
り、シール装置を通り抜けて大径端２０８．２１４に達
する。ステータ・シール要素２０４の表面は、機械の回
転中心線と平行な筒形表面を有する４つの筒形段部２２
２によって、上流端２０６と下流端２０８との間に延在
し、直径差を３段階に調整するようになっている。同様
に、ロータΦシール要素２１０の表面は、回転中心線と
平行な筒形表面を有する４つの筒形段部２２４によって
、上流端２１２と下流端２１４との間に延在し、直径差
を３段階に調整するようになっている。筒形段部２２２
．２２４の表面は相隔たっている。半径方向整合壁とし
て形成された３つの環状段２２６がステータ・シール要
素２０４の筒形段部２２２相互間に延在し、また半径方
向壁として形成された３つの環状段２２８がロータ・シ
ール要素２１０の筒形段部２２４相互間に延在する。随
意選択のアンダカット２２９が半径方向整合壁２２８の
面に形成される。

ステータφシール要素２０４の筒形段部２２２に結合さ
れた歯２３０が、筒形段部２２４とともに絞り間隙を画
成して通過漏流の運動エネルギーを実質的に除去する。

ロータ・シール要素２１０の筒形段部２２４に段２２８
の所で結合された歯２３２が、筒形段部２２２とともに
絞り間隙を画成して通過漏流の運動エネルギーを実質的
に除去する。

ステータ歯２３０とロータ歯２３２は漏流２１６の方向
に垂直に向けられている。代替的に、ステータｌｉ！１
２３０Ａとロータ歯２３２Ａを仮想線で示すように漏流
の方向に対して上流方向に傾けてもよい。

第１５図はシール装置２０２と類似のシール装置２０を
示す。この場合、漏流２３６は大径側からシール装置に
入り、小径側に達する。ステータ・シール要素２０４の
筒形段部２２２に結合された歯２４０が、筒形段部２２
４とともに絞り間隙を画成して通過漏流の運動エネルギ
ーを実質的に除去する。ロータ・シール要素２０６の筒
形段部２２４に段２２８の所で結合された歯２４２が、
筒形段部２２２とともに絞り間隙を画成して通過漏流の
運動エネルギーを実質的に除去する。

ステータ歯２４０とロータ歯２４２は、漏流２３６の方
向に垂直に向けられている。代替的に、ステータ歯２４
０Ａとロータ歯２４２Ａを仮想線で示すように漏流の方
向に対して上流方向に傾けてもよい。

第６図の概略図では、ロータ８０がステータ・シール要
素７８によって囲まれている。代替的に、ステータがロ
ータに囲まれてもよく、その場合前述の様々なシール装
置をその形状に合うように構成し得る。

ここに述べた歯の数及び歯相互間の距離はシール装置の
特定の要求に応じて変え得るものである。

ここに述べたラビリンスシールはガスターボ機械の静止
部分と回転部分との間の圧縮性ガスの漏流の量をかなり
減らす。さらに、漏流の減少は、シールの軸方向間隙を
大して減らさずかつシールの軸方向長さを増さずに達成
される。前述の数種のシール装置の説明で述べたように
、これは複数個の歯をシールの回転要素または静止要素
あるいはその両方に加えることにより部分的に達成され
る。加えて、傾けた歯と垂直な歯と千鳥形凹みとの幾通
りかの組合せにより様々なシール装置が形成される。こ
れらの歯は、基本装置において、直通漏流と、大径から
小径にあるいは小径から大径に至る漏流に適用され得る
。

ここに開示し詳述した本発明の実施例は本発明を例示す
るものに過ぎず、本発明の範囲内で本発明の他の様々な
実施例と変更が可能であることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の千鳥形ラビリンスシールの断面図、 第１Ａ図は第１図に示したシールに類似の従来技術千鳥
形ラビリンスシールの断面図、第２図は大径から小径形
シールとしての従来技術シールの断面図、 第３図は小径から大径形シールとしての従来技術シール
の断面図、 第４図は本発明によるラビリンスシールを通る意図的な
抽出冷却流を示すガスタービンの２段の概略断面側面図
、 第５図は第４図に示したラビリンスシールの簡単な断片
的断面斜視図、 第６図はステータ・シール要素から千鳥形ロータに向か
って延在する長い垂直な歯と傾斜した短い歯を有する第
５図に示したラビリンスシールの概略断面図、 第７図はステータ・シール要素からアンダカ・ソト（切
込み）付き千鳥形ロータに向かって延在する長い垂直な
歯と傾斜した短い歯を有するラビリンスシールの概略断
面図、 第８図はロータから千鳥形アンダカット付きステータや
シール要素に向かって延在する傾斜した長い歯と傾斜し
た短い歯を有するラビリンスシールの断片的概略断面図
、 第９図はステータ・シール要素から突出した長い垂直な
歯と傾斜した短い歯と、千鳥形ロータから突出した垂直
な歯とを有するラビリンスシールの概略断面図、 第１０図はステータ・シール要素から突出した長い垂直
な歯と傾斜した短い歯と、千鳥形アンダカット付きロー
タから突出した垂直な歯とを有するラビリンスシールの
概略断面図、 第１１図はステータ・シール要素から突出した長い垂直
な歯と垂直な短い歯と、千鳥形ロータから突出した垂直
な歯とを有するラビリンスシールの概略断面図、 第１２図はステータ・シール要素から突出した長い垂直
な歯と垂直な短い歯と、千鳥形アンダカット付きロータ
から突出した垂直な歯とを有するラビリンスシールの概
略断面図、 第１３図はロータから突出した傾斜した長い歯と傾斜し
た短い歯と、千鳥形アンダカット付きステータ・シール
要素から突出した傾斜歯とを有するラビリンスシールの
断片的概略断面図、第１４図は、下流側直径が上流側直
径より大きく、垂直歯と仮想線の傾斜歯とを含むラビリ
ンスシールの概略断面図、 第１５図は上流側直径が下流側直径より大きく、垂直歯
と仮想線の傾斜歯とを含むラビリンスシールの概略断面
図である。 主な符号の説明 ５２：シール装置、７８：ステータ・シール要素、８０
：ロータ・シール要素、８２：上流端、８４：下流端、
８６．８８：筒形表面、９２：空洞、９４：筒形底壁、
９６：上流壁、９８：下流壁、１０２．ｉｏａ：歯、１
０６，１１２：絞り間隙、１１４：シール装置、１１６
：アンダカ・ソト、１１８：要部、１２０：半径方向壁
、１２４：シール装置、１２６，１２８：歯、１３０：
ロータ・シール要素、１３２：ステータ・シール要素、
１３４：空洞、１３６：アンダカツト、１４Ｇ＝絞り間
隙、１４２：筒形表面、１４４：シール装置、１４６：
歯、１５０：絞り間隙、１５２：シール装置、１５３：
アンダカット、１５４；歯、１５８：絞り間隙、１６０
：シール装置、１６２：歯、１６６：絞り間隙、１６８
．１７０：歯、１７２：シール装置、１７４；アンダカ
ット、１７６：歯、１８０：絞り間隙、１８２：シール
装置、１８４．１８６：歯、１８８：ロータφシール要
素、１９０：ステータ・シール要素、１９２：空洞、１
９４：アンダカット、１９６；歯、２０２：シール装置
、２０４・：ステータ・シール要素、２０６：上流端、
２０８二下流端、２１０：ロータ・シール要素、２１２
：上流端、２１４：下流端、２２２．２２４：筒形段部
、２２６，２２８；環状段、２２９；アンダカット、２
３０，２３０Ａ。 ２３２．２３２Ａ、２４０，２４０Ａ、２４２゜２４２
Ａ：歯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機械の静止部分に対して回転する機械の回転部分と
   前記静止部分との間の圧縮性流体の漏流を減らすシール
   装置であって、 第１筒形表面を有し前記機械の両部分の一方に結合され
   る第１シール要素と、 前記第１筒形表面と平行で且つそこから第１半径距離だ
   け離れており、前記機械の両部分の他方に結合される第
   ２シール要素と、 前記第１シール要素によって画成され前記第２筒形表面
   から前記第１半径距離より大きな第２半径距離だけ離れ
   ている第３筒形表面とを含み、第３筒形表面と前記第１
   シール要素は漏流の乱流を増すための空洞手段を画成し
   、更に、 前記第２シール要素の前記第２筒形表面に結合されそし
   て前記第３筒形表面とともに第１絞り間隙を画成して漏
   流を通し通過漏流の運動エネルギーを実質的に除去する
   ような第１絞り手段と、前記第２シール要素の前記第２
   筒形表面に結合されそして前記第１筒形表面とともに第
   ２絞り間隙を画成して漏流を通し通過漏流の運動エネル
   ギーを実質的に除去する第２絞り手段とを含み、漏流の
   方向に対して上流方向に傾いているシール装置。 ２、前記空洞手段は漏流の方向に対して相対する上流側
   と下流側とを有し、さらに、前記下流側において前記第
   １シール要素によって画成されるアンダカット手段を含
   み、前記アンダカット手段は前記空洞手段内の漏流の乱
   流をさらに増す請求項１記載のシール装置。 ３、前記第１シール要素の前記第１筒形表面に前記アン
   ダカット手段の所で結合され、そして前記第２シール要
   素の前記第２筒形表面とともに第３絞り間隙を画成する
   第３絞り手段をさらに含み、前記第３絞り手段は通過漏
   流の運動エネルギーをさらに減らす請求項２記載のシー
   ル装置。 ４、前記第１絞り手段は、前記第２シール要素の前記第
   ２筒形表面に結合されかつその周沿いに延在する複数個
   の第１歯を含み、前記複数個の第１歯の各々は前記第１
   シール要素の前記第３筒形表面から隔たる第１先端を有
   し、前記第１先端と前記第３筒形表面は前記第１絞り間
   隙を画成する請求項１記載のシール装置。 ５、前記第２絞り手段は、前記第２シール要素の前記第
   ２筒形表面に結合されかつその周沿いに延在する複数個
   の第２歯を含み、前記複数個の第２歯の各々は前記第１
   筒形表面から隔たる第２先端を含み、前記第２先端と前
   記第１筒形表面は前、記第２絞り間隙を画成し、前記第
   ２歯は漏流の方向に対して上流方向に傾いている、請求
   項４記載のシール装置。 ６、前記空洞手段は、前記第１シール要素によって画成
   され前記第１筒形表面の周沿いに延在する複数の相隔た
   る空洞を含み、前記複数の空洞の各々は前記第３筒形表
   面と、漏流の方向に関して配置された相対する上流およ
   び下流側壁とによって画成される、請求項５記載のシー
   ル装置。 ７、前記アンダカット手段は、前記第１シール要素によ
   って前記複数個の空洞の各々の前記下流側壁において画
   成されたアンダカットを含み、各アンダカットは、前記
   第１筒形表面と同方向に延在する唇部と、アンダカット
   下流側壁と、前記空洞底壁と整合するアンダカット底壁
   とによって画成される請求項６記載のシール装置。 ８、前記第３絞り手段は前記第１シール要素に前記唇部
   の所で結合された複数の第３歯を含み、前記複数個の第
   ３歯の各々は前記第２筒形表面とともに第３絞り間隙を
   画成する第３先端を有する請求項７記載のシール装置。 ９、前記複数の第１歯を漏流の方向に垂直に向けた請求
   項８記載のシール装置。 １０、前記複数個の第１歯を漏流の方向に対して上流方
   向に傾けた請求項８記載のシール装置。 １１、前記複数の第３歯を漏流の方向に垂直に向けた請
   求項８記載のシール装置。 １２、前記複数の第３歯を漏流の方向に対して上流方向
   に傾けた請求項８記載のシール装置。 １３、前記第１シール要素はロータ・シール要素であり
   そして前記第２シール要素はステータ・シール要素であ
   る請求項１記載のシール装置。 １４、前記第１シール要素はステータ・シール要素であ
   りそして前記第２シール要素はロータ・シール要素であ
   る請求項１記載のシール装置。 １５、前記第１シール要素は対向する第１上流筒形端と
   第１下流筒形端を有し、両第１端は前記第１筒形表面に
   よって定められた同じ直径を有し、また前記第２シール
   要素は対向する第２上流筒形端と第２下流筒形端を有し
   、両第２端は前記第２筒形表面によって定められた同じ
   直径を有する請求項１記載のシール装置。 １６、機械の静止部分に対して回転する機械の回転部分
   と前記静止部分との間の圧縮性流体の漏流を減らすシー
   ル装置であって、 第１筒形表面を有し前記機械の両部分の一方に結合され
   る第１シール要素と、 前記第１筒形表面と平行であり且つそれから第１半径距
   離だけ離れている第２筒形表面を有し、前記機械の両部
   分の他方に結合される第２シール要素と、 前記第１シール要素によって画成され前記第２筒形表面
   から前記第１半径距離より大きな第２半径距離だけ離れ
   ている第３筒形表面とを含み、第３筒形表面と前記第１
   シール要素が漏流の乱流を増すための空洞手段を画成し
   、更に 前記第２シール要素の前記第２筒形表面に結合されそし
   て前記第３筒形表面とともに第１絞り間隙を画成して漏
   流を通し通過漏流の運動エネルギーを実質的に除去する
   ような第１絞り手段と、前記第２シール要素の前記第２
   筒形表面に結合されそして前記第１筒形表面とともに第
   ２絞り間隙を画成して漏流を通し通過漏流の運動エネル
   ギーを実質的に除去する第２絞り手段と、 前記第１筒形表面に前記空洞手段の所で結合されそして
   前記第２筒形表面とともに第３絞り間隙を画成して通過
   漏流の運動エネルギーを減らすような第３絞り手段とを
   含むシール装置。 １７、前記空洞手段は漏流の方向に関して相対する上流
   側と下流側とを有し、さらに、前記下流側において前記
   第１シール要素によって画成されたアンダカット手段を
   含み、前記アンダカット手段は前記空洞手段内の漏流の
   乱流をさらに増す請求項１６記載のシール装置。 １８、前記第１絞り手段は、前記第２シール要素の前記
   第２筒形表面に結合されかつその周沿いに延在する複数
   個の第１歯を含み、前記複数個の第１歯の各々は前記第
   １シール要素の前記第３筒形表面から隔たる第１先端を
   有し、前記第１先端と前記第３筒形表面は前記第１絞り
   間隙を画成する請求項１７記載のシール装置。 １９、前記第２絞り手段は、前記第２シール要素の前記
   第２筒形表面に結合されかつその周沿いに延在する複数
   の第２歯を含み、前記複数の第２歯の各々は前記第１筒
   形表面から隔たる第２先端を有し、前記第２先端と前記
   第１筒形表面は前記第２絞り間隙を画成し、前記第２歯
   は漏流の方向に関して上流方向に傾いている請求項１８
   記載のシール装置。 ２０、前記空洞手段は、前記第１シール要素によって画
   成され前記第１筒形表面の周沿いに延在する複数の相隔
   たる空洞を含み、前記複数の空洞の各々は筒形底壁と、
   漏流の方向に関して配置された相対する上流および下流
   側壁とによって画成される請求項１９記載のシール装置
   。 ２１、前記アンダカット手段は、前記第１シール要素に
   よって前記複数の空洞の各々の前記下流側壁において画
   成されたアンダカットを含み、各アンダカットは、前記
   第１筒形表面と同方向に延在する唇部と、アンダカット
   下流側壁と、前記空洞底壁と整合するアンダカット底壁
   とによって画成される請求項２０記載のシール装置。 ２２、前記第３絞り手段は前記第１シール要素に前記唇
   部の所で結合された複数の第３歯を含み、前記複数の第
   ３歯の各々は前記第２筒形表面とともに第３絞り間隙を
   画成する第３先端を有する、請求項２１記載のシール装
   置。 ２３、前記複数の第１歯を漏流の方向に垂直に向けた請
   求項２２記載のシール装置。 ２４、前記複数の第２歯を漏流の方向に垂直に向けた請
   求項２２記載のシール装置。 ２５、前記複数の第１歯を漏流の方向に関して上流方向
   に傾けた請求項２２記載のシール装置。 ２６、前記複数の第２歯を漏流の方向に関して上流方向
   に傾けた請求項２２記載のシール装置。 ２７、前記複数の第３歯を漏流の方向に垂直に向けた請
   求項２２記載のシール装置。 ２８、前記複数の第３歯を漏流の方向に関して上流方向
   に傾けた請求項２２記載のシール装置。 ２９、前記第１シール要素はロータ・シール要素であり
   そして前記第２シール要素はステータ・シール要素であ
   る、請求項１６記載のシール装置。 ３０、前記第１シール要素はステータ・シール要素であ
   りそして前記第２シール要素はロータ・シール要素であ
   る、請求項１６記載のシール装置。 ３１、前記第１シール要素は対向する第１上流筒形端と
   第１下流筒形端を有し、両第１端は前記第１筒形表面に
   よって定められた同じ直径を有し、また前記第２シール
   要素は対向する第２上流筒形端と第２下流筒形端を有し
   、両第２端は前記第２筒形表面によって定められた同じ
   直径を有する、請求項１６記載のシール装置。 ３２、機械の静止部分に対して回転する機械の回転部分
   と前記静止部分との間の圧縮性流体の漏流を減らすシー
   ル装置であって、 相異なる直径を有して相対する筒形第１上流端と筒形第
   １下流端を有しそして前記第１上流端と前記第１下流端
   との間に延在する第１表面を有し前記機械の両部分の一
   方に結合される第１シール要素と、 相異なる直径を有して相対する筒形第２上流端と筒形第
   ２下流端を有しそして前記第２上流端と前記第２下流端
   との間に延在する第２表面を有し前記機械の両部分の他
   方に結合される第２シール要素と、 前記第１シール要素により前記第１表面に形成されて前
   記第１上流端と前記第１下流端との間の直径を第１複数
   段をなすように調整する第１筒形段手段と、 前記第２シール要素により形成されて前記第２上流端と
   前記第２下流端との間の直径を第２複数段をなすように
   調整する第２筒形段手段と、前記第１シール要素の前記
   第１筒形段手段に結合されそして前記第２筒形段手段と
   ともに第１絞り間隙を画成して漏流を通し通過漏流の運
   転エネルギーを実質的に除去するような第１絞り手段と
   、前記第２シール要素の前記第２筒形段手段に結合され
   そして前記第１筒形段手段とともに第２絞り間隙を画成
   して漏流を通し通過漏流の運動エネルギーを実質的に除
   去するような第２絞り手段との組合せからなるシール装
   置。 ３３、前記第１絞り手段と前記第２絞り手段は、それぞ
   れ、前記第１筒形段手段と前記第２筒形段手段に結合さ
   れかつそれらの周沿いに延在する少なくとも１個の第１
   歯と少なくとも１個の第２歯を含み、前記の少なくとも
   １個の第１歯と前記の少なくとも１個の第２歯は、それ
   ぞれ、前記第２筒形段手段および前記第１筒形段手段と
   ともに前記第１絞り間隙と前記第２絞り間隙を画成する
   、請求項３２記載のシール装置。 ３４、前記第１複数段は環として形成された第１複数個
   の半径方向壁であり、そして前記第２複数段は環として
   形成された第２複数個の半径方向環状壁である、請求項
   ３３記載のシール装置。 ３５、前記第１シール要素により前記第１複数個の壁に
   おいて画成されて漏流の乱流を増すアンダカット手段を
   さらに含む請求項３４記載のシール装置。 ３６、前記の少なくとも１個の第１歯を前記第１複数個
   の壁の所に配置した請求項３５記載のシール装置。 ３７、前記の少なくとも１個の第１歯を漏流の方向に垂
   直に向けた請求項３６記載のシール装置。 ３８、前記の少なくとも１個の第１歯を漏流の方向に関
   して上流方向に傾けた請求項３６記載のシール装置。 ３９、前記の少なくとも１個の第２歯を漏流の方向に垂
   直に向けた請求項３３記載のシール装置。 ４０、前記の少なくとも１個の第２歯を漏流の方向に関
   して上流方向に傾けた請求項３３記載のシール装置。 ４１、前記第１および第２上流筒形端は前記第１および
   第２下流端より大きい、請求項３２記載のシール装置。 ４２、前記第１および第２上流筒形端は前記第１および
   第２下流端より小さい、請求項３２記載のシール装置。