特許 6649025 シール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6649025

(24)【登録日】2020年1月20日

(45)【発行日】2020年2月19日

(54)【発明の名称】シール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/447 20060101AFI20200210BHJP

   F16J 15/16 20060101ALI20200210BHJP

   F16J 15/54 20060101ALI20200210BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20200210BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/447

   F16J15/16 B

   F16J15/54

   F01D25/00 M

【請求項の数】3

【外国語出願】

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-195909(P2015-195909)

(22)【出願日】2015年10月1日

(65)【公開番号】特開2016-75389(P2016-75389A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2018年9月13日

(31)【優先権主張番号】14187585.6

(32)【優先日】2014年10月3日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン デイヴィッド シートン

【審査官】 大谷 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１８５８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７２６８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／００−１５／３２

１５／３２４−１５／３２９６

１５／４０−１５／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の構成要素（１０）と第２の構成要素（１５）との間の封止のためのシーリングシステムであって、
第１の構成要素（１０）及び第２の構成要素（１５）の少なくとも１つ又はいずれか１つは、回転する構成要素（１０）であり、
当該シーリングシステムは、
第１の構成要素（１０）内へ延在する周方向の溝（４０）を有する第１の構成要素（１０）であって、第２の構成要素（１５）が部分的に半径方向で前記溝（４０）内へ延在している、第１の構成要素（１０）と、
前記第１の構成要素（１０）と前記第２の構成要素（１５）との間で部分的に前記溝（４０）内へ延在する連続的なシーリングセグメント（２０）と、
を備え、
前記連続的なシーリングセグメント（２０）は、
第１の部分（２１）であって、該第１の部分（２１）は、第１の端部（３１）を有し、軸方向で下流（８）方向に第１の端部（３１）まで延在していて、前記第１の構成要素（１０）と前記シーリングセグメント（２０）との間に配置された一連のシーリング要素（２６）を含むシーリング面（４２）を有する、第１の部分（２１）と、
第２の部分（２２）であって、該第２の部分（２２）は、第２の端部（３２）を有し、半径方向で前記第１の端部（３１）から溝（４０）内へ前記第２の端部（３２）まで延在していて、シーリング面（４２）を有する、第２の部分（２２）と、
第３の部分（２３）であって、該第３の部分（２３）は、第３の端部（３３）を有し、軸方向で前記第２の端部（３２）から前記溝（４０）内で前記第３の端部（３３）まで延在していて、前記第１の構成要素（１０）と前記シーリングセグメント（２０）との間に配置された一連のシーリング要素（２６）を含むシーリング面（４２）を有する、第３の部分（２３）と、
第４の部分（２４）であって、該第４の部分（２４）は、半径方向で前記溝（４０）から外へ前記第３の端部（３３）から第４の端部（３４）まで延在していて、シーリング面（４２）を有する、第４の部分（２４）と、
第５の部分（２５）であって、該第５の部分（２５）は、軸方向で下流（８）方向に前記第４の端部（３４）から第５の端部（３５）まで延在していて、前記第１の構成要素（１０）と前記シーリングセグメント（２０）との間に配置された一連のシーリング要素（２６）を含むシーリング面（４２）を有する、第５の部分（２５）と、
圧力面（４４）であって、該圧力面（４４）において、前記第２の部分（２２）、前記第３の部分（２３）及び前記第４の部分（２４）の延在部分が、前記溝（４０）の形状に対応するＵ字形領域を形成している、圧力面（４４）と、
を有し、
当該シーリングシステムは、
第２の構成要素（１５）であって、該第２の構成要素（１５）は、前記圧力面（４４）に面していて、少なくとも部分的に、前記圧力面（４４）のＵ字形領域内へ延在している、第２の構成要素（１５）を備え、
前記第２の部分（２２）のシーリング面（４２）と前記第１の構成要素（１０）は、それらの間に第１の領域（５１）を形成し、
前記第２の部分（２２）の圧力面（４４）と前記第２の構成要素（１５）は、それらの間に第２の領域（５２）を形成し、該第２の領域（５２）は、軸方向で前記第１の領域（５１）とは反対側にあり、
前記第４の部分（２４）のシーリング面（４２）と前記第１の構成要素（１０）は、それらの間に第４の領域（５４）を形成し、
前記第４の部分（２４）の圧力面（４４）と前記第２の構成要素（１５）は、それらの間に第３の領域（５３）を形成し、該第４の領域（５４）は、軸方向で前記第３の領域（５３）とは反対側にある、
ことを特徴とする、シーリングシステム。

【請求項2】

前記第３の部分（２３）の圧力面（４４）は、該圧力面（４４）から延在するネックイン部分（４８）を更に有し、前記第２の構成要素（１５）は、前記ネックイン部分（４８）を収容するように成形されたキャビティ（５０）を含み、前記ネックイン部分（４８）及び前記キャビティ（５０）の形状は、前記第２の構成要素（１５）に対する前記シーリングセグメント（２０）の可動の取付けを可能にする、請求項１記載のシーリングシステム。

【請求項3】

前記ネックイン部分（４８）は、前記第２の領域（５２）と前記第３の領域（５３）との間の中間に配置されている、請求項２記載のシーリングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本発明は、概して、移動する構成要素と固定の構成要素との間の封止のためのシールシステムに関し、特に引込み可能なシールシステムに関する。

【0002】

背景情報
軸シールは、長年知られていて、回転する構成要素の間を封止するために蒸気タービンに使用されている。一般的な１つのシールは、引込み可能なシールである。このシールは、シーリング面を有するアーチ形のセグメントを含む。シーリング面に、ラビリンスシーリング要素が配置されていて、シールセグメントの圧力側にネックイン部分が配置されている。ネックイン部分は、固定の構成要素に構成されたＴスロットに嵌め込まれるように構成されている。セグメント列の複数のセグメントが、周方向で、固定の構成要素のＴスロット内において連続的に配置されていて、各セグメントが隣接するセグメントからほぼ独立して半径方向で弾性的に降伏するように配列されているので、加えられた半径方向スラストの作用下で接触させられるとき、各セグメントは半径方向にたわみ、スラストが低減されるとその初期位置に戻る。この弾性的な降伏は、コイルばね又は板ばねにより得られる。コイルばね又は板ばねは、セグメントの凹部に収容されており、作動状態でのコイルばね又は板ばねの作用は、セグメントの後側でスロットにより増加されており、スロットは、より高い圧力の蒸気がセグメントの後側を通過することを可能にするので、セグメントは、内部へ向かう追加的な半径方向スラストを受ける。

【0003】

ネックイン部分は、軸方向に面する面を更に含む。グランドを境に生じる軸方向圧力降下は、スラストを生じさせ、この力は、軸方向面を介して固定の構成要素に伝達される。グランドが半径方向に動くように要求されると、軸方向スラストの結果として生じる摩擦が高くなり得る。設計の主要な利点は、軸方向スラストを低減することであり、これにより、軸方向面に作用する摩擦が低減される。このことは、グランドが半径方向に動くように要求されるとき、グランドに作用する半径方向力に対してより反応するようになることを保証する。グランドが「がたつく」、つまり小さな高周波の変化する力がグランドの小さな動きを引き起こす結果となり得るので、全ての摩擦を取り除くことは望ましくない。適度な量の摩擦は、この小さな動きを減衰する。従って、設計は、摩擦に影響を及ぼす変数を制御する必要がある。

【0004】

概要
シーリングセグメントに掛かる軸方向スラストを低減し、これにより摩擦を低減するシールセグメントが提供されている。

【0005】

開示は、独立請求項の主体によりこの問題を解決するようにしている。有利な実施の形態は、従属請求項に記載されている。

【0006】

包括的な１つの態様は、第１の構成要素と第２の構成要素との間を封止するためのシーリングシステムを含む。この場合、第１の構成要素及び第２の構成要素の少なくとも１つ又はいずれか１つは、回転する構成要素である。シーリングシステムは、第１の構成要素内へ延在する周方向の溝を有する第１の構成要素と、シーリングセグメントと、第２の構成要素とを含む。連続的なシーリングセグメントは、第１の端部を有し、軸方向で下流方向に第１の端部まで延在する第１の部分を有する。シーリングセグメントは、第１の構成要素とシーリングセグメントとの間に配置された一連のシーリング要素を有するシーリング面を更に有する。第２の部分は、第２の端部を有し、半径方向で第１の端部から溝内へ第２の端部まで延在する。第２の部分は、シーリング面を有する。第３の部分は、軸方向で第２の端部から溝内で第３の端部まで延在し、第１の構成要素とシーリングセグメントとの間に配置された一連のシーリング要素を有するシーリング面を有する。第４の部分は、半径方向で溝の外へ第３の端部から第４の端部まで延在し、シーリング面を有する。第５の部分は、軸方向で下流方向に第４の端部から第５の端部まで延在し、第１の構成要素とシーリングセグメントとの間に配置された一連のシーリング要素を有するシーリング面を有する。シーリングセグメントは、圧力面を有し、第２の部分、第３の部分及び第４の部分の延在部分は、圧力面において、溝の形状を再現するＵ字形領域を形成する。更に、第２の構成要素は、圧力面に面していて、少なくとも部分的に、圧力面のＵ字形領域内へ延在し、第２の部分のシーリング面及び第１の構成要素は、それらの間に第１の領域を形成し、第２の部分の圧力面及び第２の構成要素は、それらの間に第２の領域を形成し、第２の領域は、軸方向で第１の領域とは反対側にあり、第４の部分のシーリング面及び第１の構成要素は、それらの間に第３のギャップを形成し、第４の部分の圧力面及び第２の構成要素は、それらの間に第４の領域を形成し、第４の領域は、軸方向で第３の領域とは反対側にある。

【0007】

更に別の態様は、１つ又は２つ以上の以下の特徴を含んでよい。第３の部分は、圧力面から延在するネックイン部分を更に有し、一方、第２の構成要素は、ネックイン部分を収容するように成形されたキャビティを含む。第３の部分の圧力面は、圧力面から延在するネックイン部分を更に含み、一方、第２の構成要素は、ネックイン部分をその中に収容するように成形されたキャビティを含み、この場合、ネックイン部分及びキャビティの形状は、第２の構成要素に対するシーリングセグメントの可動の取付けを可能にする。シーリングシステムにおいて、ネックイン部分は、第２の領域と第３の領域との間の中間に配置されている。

【0008】

発明の更なる目的は、従来技術の不都合な点及び欠点を解消する又は少なくとも改善すること、又は、有用な代替構成を提供することである。

【0009】

本開示の別の態様及び利点は、本発明の例示的に示された典型的な実施の形態としての、付属の図面に関する以下の説明から明らかになる。

【0010】

以下に、例を介して、添付の図面を参照して、本開示の実施の形態をより詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】開示の例示的な実施の形態によるシーリングシステムの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

詳細な説明
そこで、本開示の例示的な実施の形態を、図面を参照して説明する。同一の参照符号は、全体を通じて同一の要素を示すために使用されている。以下の記載において、説明を目的として、開示を完全に理解するために多くの特定の詳細が明らかである。しかし、本開示は、この特定の詳細なしに実施することができ、ここに開示された例示的な実施の形態に制限されるものではない。

【0013】

図１に示されたシーリングシステムの例示的な実施の形態は、回転する構成要素１０と、固定の構成要素１５と、連続的なシーリングセグメント２０とを含む。シーリングセグメント２０は、回転する構成要素１０と固定の構成要素１５との間にシールギャップを提供するために、回転する構成要素１０と固定の構成要素１５との間に配置されている。この文脈において、連続的なシーリングセグメントは、単一の部材として形成されているか、又は単一の部材の性質を有するように接合されていて、その場合には、相対移動に固定的に抵抗するように互いに物理的に結合もしくは固定されていない２つの隣接する構成要素は、組み合わせた状態で連続的なセグメントであるとは考えない。

【0014】

回転する構成要素１０は、回転する構成要素１０内へ延在する周方向の溝４０を含む。溝４０は、回転する構成要素１０の表面からの深さ、並びに軸方向端部にほぼ半径方向４に延在する側面を有する。溝４０自体は、専ら、主要目的が回転する構成要素１０と、回転する構成要素１０の公称面に配置された固定の構成要素１５との間の封止を高める又は可能にするシーリング要素２６又は構成要素により形成されているのではなく、むしろ回転する構成要素１０自体の一部である。例えば、溝４０は、溝４０の表面に形成されている。

【0015】

固定の構成要素１５は、シールに対して作用する軸方向スラストを平衡に保つための１つの実現手段として、部分的に溝４０内へ延在している。

【0016】

シーリングセグメント２０は、固定の構成要素と回転する構成要素との間で溝４０内へ嵌め込まれるように形成されていて、溝４０の両方の軸方向端部で、回転する構成要素１０に重畳する。図１に示されているように、これは、シーリングセグメント２０の上流６端部で、軸方向で下流８方向に第１の端部３１まで延在する第１の部分２１と、半径方向で第１の端部３１から溝４０内へ第２の端部３２まで延在する第２の部分２２と、そして軸方向で第２の部分２２から溝４０内で第３の端部３３まで延在する第３の部分２３と、更に半径方向で第３の端部３３から溝４０の外へ第４の端部３４まで延在する第４の部分２４と、最後に軸方向で第４の端部３４から第５の端部３５まで延在する第５の部分２５とを有するシーリングセグメント２０により得られる。

【0017】

シーリングセグメント２０は、更に、回転する構成要素１０に面するシーリング面４２を有する。この場合、シールセグメント２０の軸方向に延在する各々の部分、つまり第１の部分２１、第３の部分２３及び第５の部分２５は、シーリング面４２から回転する構成要素１０まで延在するシーリング要素２６を含む。

【0018】

シーリングセグメント２０は、更に、シーリング面４２の側とは反対のシーリングセグメント２０の側に圧力面４４を含む。溝４０へそして溝４０から外へシーリングセグメント２０の部分が延在しているので、圧力面４４は、Ｕ字形の領域を形成し、この領域は、図１から看取できるように、溝４０の形に対応している。

【0019】

図１に示された１つの例示的な実施の形態では、ネックイン部分４８が、圧力面４４から、固定の構成要素１５のキャビティ５０内へ延在している。ネックイン部分４８の目的は、シーリングセグメント２０の可動の取付けを提供することである。可動の取付けは、シーリングセグメント２０が回転する構成要素１０から引っ込められる又は回転する構成要素１０に向けて引っ張られて、これにより、回転する構成要素１０とシーリングセグメント２０のシーリング面４２との間のシールギャップを開閉することを可能にする。当業者に知られているように、ネックイン部分４８は、固定の構成要素１５に対するシーリングセグメント２０の位置を付勢するためにばね又は他の付勢手段を装着してよい。

【0020】

１つの例示的な実施の形態では、ネックイン部分４８は、第２の端部３２と第４の端部３４との間の中間に配置されている。

【0021】

シーリング要素２６の位置、並びに回転する構成要素１０及び固定の構成要素１５に対するシーリングセグメント２０の部分の延在の方向は、第１の領域５１が回転する構成要素１０と第２の部分２２のシーリング面４２との間に形成されていて、第２の領域５２が固定の構成要素１５と第２の部分２２の圧力面４４との間に形成されていて、第２の領域５２は第１の領域５１から軸方向で離されていて、第１の領域５１と第２の領域５２とはシーリングセグメント２０の軸方向で反対の側に位置するようになっている。第３の領域５３が固定の構成要素１５と第４の部分２４の圧力面４４との間に形成されている一方、第４の領域５４が回転する構成要素１０と第４の部分２４のシーリング面４２との間に形成されていて、第４の領域５４は第３の領域５３から軸方向で離されていて、第３の領域５３と第４の領域５４とはシーリングセグメント２０の軸方向で反対の側に位置する。この配列では、作動中、第１の部分２１と回転する構成要素１０との間に配置されたシーリング要素２６に起因する圧力損失により、圧力は、第２の領域５２においては、第１の領域５１よりも高い。同様に、第５の部分２５と回転する構成要素１０との間に配置されたシーリング要素２６に起因する背圧により、第４の領域５４における圧力は、第３の領域５３における圧力よりも高い。第２の領域５２からの第１の領域５１への軸方向の変位、及び第４の領域５４からの第３の領域５３への軸方向の変位により、第１の領域５１における圧力に起因する軸方向スラストには、ねじりモーメントの発生を伴って第２の領域５２における圧力が軸方向で対向しており、一方、同様に、第３の領域５３における圧力には、やはりねじりモーメントの発生を伴って第４の領域５４における圧力が軸方向で対向しており、ねじりモーメントは、第１及び第２の領域５１，５２又は第３及び第４の領域５３，５４がその移動に対して半径方向の成分を有する場合には得られない。それにもかかわらず、第２の部分２２と第４の部分２４との相対延在長さの調整と、ネックイン部分４８の半径方向延在長さに対する溝への固定の構成要素１５の延在長さの適合とにより、シーリングセグメント２０に掛かるスラストを調整することが可能である。第３の部分２３と回転する構成要素１０との間のシーリング要素２６の更に別の位置により、第２の領域５２に対する第１の領域５１における相対圧力と、第４の領域５４に対する第３の領域５３における相対圧力を更に調整してよく、これにより、配列のスラスト解消能力に影響が与えられる。

【0022】

本明細書において、開示は、最も実用的で例示的な実施の形態になると考えられているものが図示され、説明されているが、本開示は、別の特定の形で具体化してよい。例えば、溝４０は、例示的な実施の形態で設けられている回転構成要素１０の代わりに、固定の構成要素１５に形成されてよい。ゆえに、ここで開示された実施の形態は、あらゆる点で例示的なものであり、制限されるものではないと考えられている。開示の範囲は、添付の特許請求の範囲により表されているが、むしろ、前述の説明、その意味及び範囲内で生じるあらゆる変更及びその等価物が、開示の範囲に含まれることとする。

【符号の説明】

【0023】

２ 軸方向
４ 半径方向
６ 上流
８ 下流
１０ 回転する構成要素
１５ 固定の構成要素
２０ シーリングセグメント
２１ 第１の部分
２２ 第２の部分
２３ 第３の部分
２４ 第４の部分
２５ 第５の部分
２６ シーリング要素
３１ 第１の端部
３２ 第２の端部
３３ 第３の端部
３４ 第４の端部
３５ 第５の端部
４０ 溝
４２ シーリング面
４４ 圧力面
４８ ネックイン部分
５０ キャビティ
５１ 第１の領域
５２ 第２の領域
５３ 第３の領域
５４ 第４の領域

【図1】