JPH0639884B2 - タ−ビンのシヤフトシ−ルアセンブリ - Google Patents

タ−ビンのシヤフトシ−ルアセンブリ

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JPH0639884B2
JPH0639884B2 JP59030456A JP3045684A JPH0639884B2 JP H0639884 B2 JPH0639884 B2 JP H0639884B2 JP 59030456 A JP59030456 A JP 59030456A JP 3045684 A JP3045684 A JP 3045684A JP H0639884 B2 JPH0639884 B2 JP H0639884B2
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split ring
ring
turbine
split
shaft
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アラン・ヘンリ−・タツトル
ジエイムズ・ケンウツド・レナ−ド
ヘンリ−・ジヨン・ドラゴウズ
Original Assignee
ドレツサ− インダストリ−ズ インコ−ポレイテツド
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/44Free-space packings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/925Snap fit feature for mounting or assembly of seal

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービンのシャフトシールアセンブリに関す
る。
スチームタービンに入った蒸気がタービンバケットを横
切り抜けることなく大気中へ漏れると,タービンの効率
は低下する。それ故,蒸気が仕事を行なう前にスチーム
タービンのケーシングから洩れることは,可能な限り防
止されなければならない。スチームタービンのケーシン
グとシャフトとの間の境界をシールするために,一つ以
上の割りリングが用いられていた。米国特許第3,503,61
6号はその一例である。これらのリングシールは,シャ
フトおよびロータを取外すことなく取外し又は交換を可
能にするため,普通は水平に割られたハウジング又はケ
ーシング内に用いられている。しかしシールリングを自
由にするためには,上方のケーシングを取外したり持ち
上げたりしなければならない。
特別なハウジング凹部を通して小さなラビリンスシール
セグメントを軸方向に挿入し又は取外しするために,ス
チームタービンのケースに小さな開口を設けることが知
られている(例えば,米国特許第3,920,251号)。しか
し、これらのラビリンススチームシールセグメントは,
軸方向での位置決めが行なわれた後に,特別な取付具又
は工具によって最終的な位置決めのために回動されなけ
ればならない。この方法は,不要な時間を費し,非能率
的である。さらに重要なことは,これらのシールセグメ
ントを受けるようにタービンを設計変更するのに高い費
用を要しかつ取り替えも容易ではないことである。これ
らの従来の技術はまた,タービンケースを注意深く機械
加工することを要しかつ保守及び操作の困難なシール構
成である。オーバーハングスチームタービンの場合に
は,軸方向のスラスト,およびそれによるスラストベア
リング又はバランスピストン損失が,シャフトベアリン
グから離れた通路を通して蒸気の流れを導くことによっ
て最小限に減少され得ることを明らかにすべきである。
ローターの安定性の要求がローターと支持用ベアリング
との間のシャフトシールの挿入にとって有効である空間
を制限することも,同様に明らかにされるべきである。
換言すれば,タービンシャフトのためのベアリングは,
このスチームタービンのための第一段階のローターにで
きるだけ接近して置かれるべきである。こうして困難で
かつ不明瞭な設計上の問題が提起され解決を求められて
いる。
本発明は,タービンケースの表面に特別の形成困難な凹
部を設けることなく,かつタービンシャフトを取外すこ
となく簡単に着脱できるオーバーハングタービンに用い
られるスチームシールアセンブリを提供する。タービン
ケースの一端にあるシャフト開口が利用され,このター
ビンケースの一端は複数の水平に割られたシールリング
を受けるようにされ,それらのシールリングはシャフト
のまわりに個々に組みつけられかつシャフト開口を通し
てそれらの適正な軸方向位置にまで軸方向で動かされ
る。
本発明の一実施例においては,複数のダボピンが二つの
環状シールを,相対的な回動を阻止しかつ互いに間隔を
もつように相互連結する。シャフト開口の溝内に受け入
れられたスナップ・リングは二つの環状シールを,軸方
向の相対的移動に対し解放可能に保持する。止めねじを
含むねじアセンブリは,二つのシールを互いに離れる方
向で,一方ではシャフト開口内の肩に,他方ではスナッ
プリングに,調整可能に押しつけ,二つのシールの適当
な軸方向位置を維持する。
他の実施例は,互いに間隔をもたせるためのスペーサー
としてスタンドオフ(stand off)を一体に設けた第一
および第二の割りシールリングの一方と,第三の割りシ
ールリングと,該第三の割りシールリングをタービンハ
ウジングに備えるための保持手段とを含む。この実施例
における第三の割りシールリングは第二のシールリング
を第一のシールリングに押しつけ,完成したアセンブリ
を軸方向移動を防止し保持する。好ましい実施例におい
ては,内側および外側の割りリングを有する第3の割り
シールリングを含み,それらの内側および外側の割りリ
ングは完成したアセンブリの軸方向での相対的移動およ
び調整のために互いにねじ結合されている。
またシャフト開口がシャフトのためのベアリングの極く
近くにあるためシャフト開口に対する接近が差し控えら
れるところのオーバーハングタービンのためのシールア
センブリを提供することもまた本発明の効果である。
以下図面を参照しながら,本発明につき実施例を用いて
説明する。
先ず第1図を参照して,本発明による割りシールアセン
ブリ8を用いたオーバーハングスチームタービンは,水
平に割られてはいないタービンケーシング即ちケース1
0,通常はタービンケースに密接している水平に割られ
たベアリングケース12,およびトランスミッション1
4を含んでいる。タービンケース10は,蒸気の入口1
6,調速弁ケース18,環状の蒸気チェスト(chest)
20,およびローターハウジング22を含んでいる。散
気および排気ガスの出口31はタービンケース10の一
端に固着されている。予圧された蒸気は入口16に入り
(矢印26で示した方向に),そしてそれから一組のロ
ーターベーン28を通過し,そこに取付けられたシャフ
ト30を回動させる。蒸気の排気ガスは排気ポート32
を通り(矢印34で示された方向に),付随したコンデ
ンサに向って出る。シャフト30はベアリングケース1
2を通ってのび,そして適当な減速ギヤ装置および他の
軸受要素を内蔵したトランスミッションケース14にま
で至っている。
割りシールアセンブリ8は,タービンケース10の内部
と,シャフト30と,ベアリングケース12の近傍におけ
る周囲のとり巻部との間に,スチームシールを備えてい
る。割りベアリングケース12は,2つのケーシング半割
体36,38を含み,これらは複数のボルト40によっ
て水平なフランジ39,37に沿って互いに固着されて
いる。タービンケース10が水平に割られておらず,か
つシャフトベアリングをシャフトのロータ端の近くに保
つことが望まれる故に,シールアセンブリ8のための空
間はきびしく制限される。割りベアリングケース12の
上方の半割体36を取り除くことによってシールアセン
ブリ8への接近がしばしば得られなければならない。ベ
アリングケース12の上方の半割体36が取り外される
と,シールのための開口42又はシャフト穴44(第
5,6および7図を見よ)は比較的近づきやすくなる。
第2図を参照すると,割りシールアセンブリ8は,第一
の環状割りシール46,第二の環状割りシール48およ
び第三の環状割りシール50を含んでいる。第一のシー
ル46は水平な割りリングの形(第3図によく示された
ように)にある。第一のシール46の二つの半割体5
2,54は,ダボピン56が垂直なガイド穴に挿入され
ることによって,シャフト30の囲りに互いに心合わせ
されている。そして二つの半割体52,54はボルト5
8によって互いに留められている。第一のシール46
は,タービンケース10のシール穴44に,シャフト開
口44のローター端にある円滑な環状の肩60に対し着
座するように,軸方向で位置決めされている。
第二の環状割りシール48は第一のシール46と同様に
シャフト30の囲りに組みつけられる。それから第一の
シール46に間隔をもって隣接するようにシール穴44
内に位置づけられる。一実施例において,第一のシール
46にはスペーサーとして4つのスタンドオフ62が一
体的に設けられている(第4図によく示されたよう
に)。これらのスタンドオフ62は第2のシール48に
向って,即ちタービンローターから離れるように突出し
ている。
第三の環状割りシール50は,二つの同心的な割り環状
部分,即ち外側リング66と内側リング68とを含んで
いる。外側リング66はボルト69によってタービンケー
ス10に接続されている。内側リング68はこの実施例
においては外側リング66にねじ70(好ましくは外径
約17.8cmで2.54cm当りのねじ数が11.5のユ
ニファイねじ)によって固着されている。内側リング6
8と外側リング66との間にねじによる接続部を用いた
ことの一つの効果は,シールアセンブリ8の他の部品の
位置を調節するため,それらの二つのリングが軸方向位
置を互いに調整できることである。選択的には,外側リ
ング66は本ざねはぎによって内側シールリング68に
接続又は結合される。第二のシール48と第三のシール
50との間には,環状の割りスペーサ・リング64がシ
ャフト穴44内に位置づけられている。内側シールリン
グ68は所定位置にあるときスペーサーリング64を押
し,そして第二のシール48を押す。第二のシール48
はそれからスタンドオフ62を押し,そして第一のシー
ル46はタービンケース10の環状のシート60に押し
つけられる。
第一のシール46と第二のシール48との間には,グラ
ンド排気口72がタービンケース10内に設けられてい
る。同様に第二のシール48と第三の環状のシール50
との間にはグランド排気ダクト74が設けられている
(スペーサーリング64の開口51はシャフトシールアセ
ンブリ8のインターフェースからの流れを許し,またロ
ールピン94′は開口51を排気ダクト74に心合わせす
る)。
第5図からよくわかるように,シール(複数)はシャフ
ト30の外側の表面に密接する比較的円滑な表面を有す
る。シャフト30はブラントリング(blunt ring)
〔0.254mmのクリアランスをもつ約0.025mmの
チップ〕78によって夫々分離された複数の溝76を有
している。このシール配置によって備えられた曲った通
路は蒸気の速度を低下させ,それからその蒸気はグラン
ド排気ダクト72,74を通して排出される。この実施
例においては,タービンに入ってシャフトシールの外に
出る蒸気が1パーセントの中間効率のペナルティをもっ
て許容されるということを,かつて決めている。シャフ
トの直径,シールのクリアランス,歯の形,および流れ
の容量(即ち,効率における1パーセントの洩れ)が明
らかにされると,ラビリンス地点の数は定められ得る。
シール形態は直径110mmを有し,45mmの長さ内で1
5の地点に得られる。効果的には,これは最初の洩れの
前(排気蒸気に流れを戻すと推定される)のラビリンス
地点の数である。利用できる付加空間にはできるだけ多
くのラビリンス地点を設け,高い排気圧が適用された場
合においても,グランド排気システムに向う流れを減少
させるのは好ましい。
第5図には割りシールアセンブリ8のもう一つの実施例
が示されている。この実施例において,第一の環状シー
ル46′は第3図に示されたシール46と同様な割りリン
グシールである。第一のシール46′には、ダボピン84
を保持するための複数の穴82(わかりやすくするため
に一つのみが示されている)が設けられている。ダボピ
ンは前述の実施例のスタンドオフ62と同じにスペーサ
ーとして機能する。
第二の環状シール48′もまた割りリングシールである。
第3図に示したシール48とは異なり,このシールは割
り内側シールリング80と割りリテーナーリング86と
から形成されている。両方のリングはダボピン87によ
って互いにキー結合されている。このシール48′は,ダ
ボピン84を受け入れるために形成された複数の穴88
と,ロック用止めネジアセンブリ92を保持するための
小径の心合わせされた穴90とを有する。第二のシール
86に設けたストップピン94はローターハウジング2
2に形成したチャンネル又はノッチ96に受け入れられ
ている。ストップピン94およびダボピン84が適切に
受けられた後,ローターハウジング22の環状溝98内
にスナップリング99を挿入し,第二の環状シール46′
に押し当てる。止めねじアセンブリ92はそれから,第
一のシール穴82内に着座させられているウエアパッド
100にダボピン84を押しつけるために締めつけられ
る。これはまた,第二の環状シール46′をスナップリン
グ99に押しつける。
この実施例においては、第三の環状シール102は二つの
同心的な割り環状部分,即ち外側リング104と内側リ
ング106とを含んでいる。外側リング104はロータ
ハウジング22にボルト108によって接続されてい
る。内側リング106は外側リング106に環状の本ざね
はぎ継手110によって固着されている。模範的なシール
アセンブリにおいては,第一のシール46′は軸方向寸法
が約2インチ(約5.08cm)と小さく,第二のシール
48′は約2.5インチ(約6.35cm),および第三の
シール102は約1インチ(約2.54cm)である。
第6図及び第7図はタービンシャフトのまわりにシール
を組みつける方法を示している。)第一の環状シール4
6は,下方の半割体54′をそれを支持しているタービン
シャフト30のまわりで,外側リング104の下方の半
割体とともに回転させることによって組みつけられる。
シールの上方の半割体52′はそれからタービンシャフト
30上に置かれかつ下方の半割体54′と心合わせされ,
したがってダボピン56(第3図を見よ)が挿入され得
る。押えねじ(複数)58′及びロックワッシャ(複数)
は二つの半割体を互いにボルト締めするために用いられ
る。押えねじ58′が締め付けられると,完成したリング
が作られる。アセンブリピン即ち工具200はそれか
ら,完成した第一のシール46′にそれを所定位置にスラ
イドさせるためにねじ結合される。このスライドの前
に,ウエアパッド100がもちろん挿入される。第一の
シール46が肩60に着座された後,アセンブリ工具200
は取り外され得る。
今,第7図を参照して,第二の環状シール48′は第一の
シール46′と同様に取付けられる。第一のシール46′の
側方に沿って取付ける前に,スペーサー・ダボピン8
4,止めねじ201,ワッシャ202及びロックナット
203はリテーナーリング86上に組しつけられる。キ
シ84もまた取付けられるべきである。好ましくは,第
二のシール48′が組みつけられるときには,止めねじ20
1は協働するスペーサー・ピン84に接触しない。さら
に,第一のシール46′の場合と同じく,リテーナーリン
グ86の上方および下方の半割体は互いにボルト締めさ
れかつダボ接合され,協働するシールリング80をそこ
に適切に保持することを確実にする。アセンブリ工具2
00はそれから,リテーナーリング86内にねじ込ま
れ,そして第二のシール48′は所定の位置にスライドさ
れる。第二のシール48′は所定位置にスライドされる
と,第一のシール46′の穴82へのスペーサー・ピン8
4の嵌合を容易するためにロックされるべきである。ス
ペーサー・ピン84が適切に係合した後,第二のシール
48′は所定位置で止るまでシール穴44(第6図を見
よ)にさらに押しつけられる。このときロールピン94
は溝98を通過させられる。その後,アセンブリ工具2
00は取外され得る。
次の段階はスナップリング(好ましくはSPIROLOX リテ
ーニングリング)99を取付けることである。スナップ
リング99が取付けられたならば,止めねじ201が内
側に駆動され,スペーサー・ピン84を第一のシール4
6′のウエアパッド100に押しつける。止めねじ20
1はリテーナーリング86がスナップリング99にしっ
かりと押しつけられるまで回わされるべきである。次
に,止めねじ201はその位置でロックナット203に
ロックされる。シャフト30に対するシールリング80
の半径方向のクリアランスは抑制(代表的には0.25
mm)されるべきである。
次に内側リング106の下方の半割体は外側リング10
4の下方の半確体と合わせて一つにされる。その後,内
側リング106の上方の半割体が所定位置置かれ,そし
て外側リング104の上方の半割体が両者を互いに固着
するために落下させられてもよい。選択的に,外側シー
ルリング104の上方の半割体は内側リング106の上
方の半割体の頂上に位置づけられ,そしてそれから両方
の半割体を互いに固着する前に二つの部品は降下され得
る。いずれの場合にも,組み立ては水平な分割で外側リ
ング104をボルト接合及びダボ接合することによって
完成する。最後に,外側リングの上方の半割体は押えね
じを用いることによってローターハウジング22に固着
される。このとき,タービンシャフト30と106の内
側シールリングとの間のクリアランスは抑制(代表的に
は,0.25mm)されるべきである。
本発明の幾つかの実施例が示されたが,多くの他の変形
が本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることは
明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のシールアセンブリを用いたスチームタ
ービンを部分的に破断して示した斜視図,第2図は本発
明の一実施例の詳細を示す第1図のタービンの一部の断
面図,第3図は第2図の割りスチームシールの一つを部
分的に破断して示した端面図,第4図は第3図の4−4
線に沿ってみた割りシールの平面図,第5図はシールア
センブリの他の実施例の拡大断面立面図,第6図および
第7図はシールアセンブリがタービンシャフトに取付け
られている割りシールアセンブリの一実施例の拡大断面
側面図である。 8……シールアセンブリ,10……タービンケーシン
グ,30……ローターシャフト,74……グランド排気
ダクト,46,46′,80……第一の割りリング,4
8,48′,80,86……第二の割りリング,64,9
4,96,99……保持手段。
フロントページの続き (72)発明者 ヘンリ−・ジヨン・ドラゴウズ アメリカ合衆国ニユ−ヨ−ク14760オウリ アン・ガ−デン・アヴエニユ−693 (56)参考文献 特開 昭54−156913(JP,A) 実開 昭54−152806(JP,U)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ローターと,回転するローターシャフト
    (30)と,該ローターと該ローターシャフトのオーバ
    ーハング端とを収容するためのタービンケーシングとを
    含み,該タービンケーシングはグランド排気ダクト(7
    4)と該シャフトのオーバーハング端がのびているとこ
    ろの一端の開口とを有し,該シャフトと該開口近傍にお
    ける該タービンケーシングの部分とによって定まる環状
    の領域をシールするためのシールアセンブリにおいて,
    該ローターの近くに該タービンケーシングに備えられ,
    該環状領域内で該ローターシャフトと該タービンケーシ
    ングとの間に隙間なく置かれた第一の割りリング(4
    6,46′,80)と,上記第一の割りリングの近くで
    かつそれから離れて上記タービンケーシングに取外し可
    能に備えられ,上記ローターシャフトと上記タービンケ
    ーシングとの間に隙間なく置かれた第二の割りリング
    (48,48′,80,86)と,上記第一の割りリン
    グ及び第二の割りリング(46,48)間に軸方向の間
    隔を維持するための上記第一及び第二の割りリング(4
    6,48)の内のいずれか一方に結合されたスペーサー
    (62,84)と,上記第二の割りリングを上記第一の
    割りリングに対し保持するとともに,上記タービンケー
    シングに対する上記第一の割りリングおよび第二の割り
    リングの軸方向移動を防ぐ取外し可能な保持手段(6
    4,94,96,99)とを含むことを特徴とするター
    ビンのシャフトシールアセンブリ。
  2. 【請求項2】上記第一および第二の割りリング間の環状
    の空間は上記グランド排気ダクト(74)に連通してい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のタービ
    ンのシャフトシールアセンブリ。
  3. 【請求項3】上記保持手段は,上記タービンケーシング
    に設けられた溝(96)内に嵌合するように作られたス
    ナップリング(99)を含むことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項又は第2項記載のタービンのシャフトシー
    ルアセンブリ。
  4. 【請求項4】上記スペーサーは上記第一又は第二の割り
    リングのどちらかと一体のスタンドオフ(62)である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載のタービン
    のシャフトシールアセンブリ。
  5. 【請求項5】上記ベアリングケースと上記タービンケー
    シングとの間の軸方向間隔は,上記第一の割りリングと
    上記第二の割りリングとの結合物の軸方向長さよりも一
    般的に狭いことを特徴とする特許請求の範囲第1項から
    第4項のいずれか一つに記載のタービンのシャフトシー
    ルアセンブリ。
  6. 【請求項6】上記第二の割りリングに備えられ,上記第
    一および第二の割りリングシールアセンブリを相対的に
    軸方向および角度方向で位置決めする位置決め手段(8
    4,92)を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項から第5項のいずれか一つに記載のタービンのシャフ
    トシールアセンブリ。
  7. 【請求項7】上記位置決め手段は,上記第一および第二
    の割りリングの補足穴(90,82,88)に置かれた
    ダボピン(84)を含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第6項記載のタービンのシャフトシールアセンブリ。
  8. 【請求項8】上記位置決め手段は上記第二の割りリング
    の補足穴(90)の一端に置かれた止めねじ(201)
    を含み,該止めねじは上記ダボピン(84)の一端に接
    し、上記第一の割りリングシールアセンブリを受ける上
    記環状領域のロータ端には上記タービンケーシングに円
    周肩(60)が形成されており,そのことにより,上記
    第二の割りリング中に上記止めねじを送り込みダボピン
    を上記第一の割りリングに対し押しつけて上記タービン
    ケーシングの肩に着座させ,かつ上記第二の割りリング
    を上記第一の割りリングとの間隔を保ちつつ上記スナッ
    プリングに対し着座させることを特徴とする特許請求の
    範囲第7項記載のタービンのシャフトシールアセンブ
    リ。
  9. 【請求項9】上記タービンケーシングと上記ロータとの
    間に隙間なく置かれた第三の割りリング(50,10
    2)を含み,上記ロータは上記第一および第三の割りリ
    ング間に位置づけられた上記第二の割りリングをもって
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第8項
    のいずれか一つに記載のタービンのシャフトシールアセ
    ンブリ。
  10. 【請求項10】上記第三の割りリング(50,102)
    は上記第二の割りリングから軸方向に離れており,上記
    第二の割りリングと上記第三の割りリングとの間の環状
    の空間は上記シャフトによって規定され,上記タービン
    ケーシングは上記グランド排気ダクト(74)に連通し
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第9項記載のタ
    ービンのシャフトシールアセンブリ。
  11. 【請求項11】上記第二および第三の割りリングの一つ
    は,上記タービンケーシングに取外し可能に備えられた
    外側割りリング(66,86,104)と,上記外側割
    りリングに備えられかつ上記シャフトと上記外側リング
    との間に置かれた内側割りリング(68,80,10
    6)とを有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    9項又は第10項記載のタービンのシャフトシールアセ
    ンブリ。
  12. 【請求項12】上記第三の割りリングは上記タービンケ
    ーシングにボルト止め(69,108)されるようにな
    っている外側リング(66,104)を有し,上記第三
    の割り内側シャフトシールリング(68,106)は上
    記外側リングにねじ接続されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第11項記載のタービンのシャフトシール
    アセンブリ。
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