JP2003301950A - 軸方向に延びるシール歯をもつ吸込型面シール - Google Patents

軸方向に延びるシール歯をもつ吸込型面シール

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JP2003301950A
JP2003301950A JP2003083973A JP2003083973A JP2003301950A JP 2003301950 A JP2003301950 A JP 2003301950A JP 2003083973 A JP2003083973 A JP 2003083973A JP 2003083973 A JP2003083973 A JP 2003083973A JP 2003301950 A JP2003301950 A JP 2003301950A
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring
    • F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、シール歯を有する吸込型面シール
をもつロータ及びステータ組立体に関する。 【解決手段】 回転可能な及び回転不能なガスベアリン
グ面の表面(62, 68)が、回転可能な及び回転不能なエン
ジン部材(28, 58)と作動的に組み合わされる。半径方向
内側及び外側の歯形リング(42, 44)は、漏れ経路(45)を
横切ってガスベアリング面の表面(62, 68)のうちの第１
の表面から離れるように第２の表面の方向に軸方向に延
びる。付勢手段(82)が、内側及び外側の歯形リング(42,
44)をガスベアリング面の第２の表面から軸方向に離れ
るように付勢する。回転可能なエンジン部材(28)は、ロ
ータディスク(28)上に装着されたサイドプレート(34)と
することができ、回転不能なエンジン部材(61)は、静止
面シールの支持構造体(52)上に軸方向移動可能に支持さ
れた並進運動可能なピストン(88)上に装着される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にロータ及
びステータ組立体のための吸込型面シールに関し、より
具体的には、シール歯を有する吸込型面シールをもつロ
ータ及びステータ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸込型面シールは、２つの構成部品の間
の間隙を通る高圧領域から低圧領域への漏れを最小にす
るために用いられる。そうしたシールは、それに限定さ
れるものではないが、発電のため並びに航空機及び船の
推進力のために用いられるガスタービンエンジンのよう
なターボ機械を含む、回転機械における使用のためのも
のとして開示されてきた。吸込型面シールは、ガスター
ビンエンジンにおけるロータとステータとの間の圧縮空
気又は燃焼ガスのような流体の漏れを最小にするように
設計されている。
【０００３】従来の吸込型面シールは、典型的には、第
１シール要素と第２シール要素とが向かい合って面する
ように構成されたロータを有し、該第１シール要素は、
ロータに取り付けられるか又は該ロータの一体部分とな
っている。同様に、そうしたシールは典型的には、第２
シール要素として構成されたステータを有し、該第２シ
ール要素は、ステータに取り付けられるか又は該ステー
タの一体部分となっている。第１及び第２シール要素は
一般的に環状で、ロータの縦方向軸とほぼ垂直で、全体
として向かい合っており、軸方向に間隔をもって、かつ
互いに近くに配置される。典型的には、第１の部分及び
第２シール要素は、共に、半径方向に延びる空気ベアリ
ング、及び該空気ベアリングの半径方向内側に位置させ
られた半径方向に延びる空気ダムを構成する。第１要素
の空気ベアリングの表面及び第１要素の空気ダムの表面
は、一般的に同じ平面内にある。第２要素の空気ベアリ
ングの表面は、第１通路のための出口である穴を有し、
この第１通路は該穴とシールの高圧側からの空気を連結
するものである。ステータは、シールの高圧側からシー
ルの低圧側へ空気ダムを通過した空気を運ぶ第２通路を
有する。公知のシール設計はさらに、空気ダムの半径方
向内側でステータから該空気ダムを軸方向に横切って延
びる吸込歯を含み、該吸込歯は、ロータから間隔をもっ
てかつ該ロータの近くに配置された先端部を有する。吸
込型面シール技術は、「空気ベアリング」「空気ダム」
及び「空気流」のような語句を用い、「空気」という語
はシールの作動流体を説明するために用いられるという
点に注目することは重要である。吸込型面シールの作動
流体は、それに限定されるものではないが、圧縮空気、
燃焼ガス、及び／又は蒸気を含むことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】吸込型面シールは、該
シールの第１部分と第２部分が接触しないようになって
いる点で非接触シールであるが、短時間の間は擦過とし
て知られるものを受けることになるという点に注目する
ことは重要である。吸込型面シールは、シールの擦過が
生じているとき、ロータの表面上に著しい熱及び／又は
スクラッチを生じる。したがって、回転している構成部
品への熱入力を最小にし、平滑な表面の平面性を維持す
ることが望ましい。ロータの構成部品への過度な熱入力
は材料の劣化を引き起こし、これは次に早期の構成部品
のひび割れを発生させることになる。粗い表面仕上げ
は、過度なシール漏れをもたらし、やはり早期の構成部
品のひび割れを発生させることになる応力集中部を生じ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ガスタービンエンジンの
吸込型面シールは、回転可能なエンジン部材及び静止エ
ンジン部材と、その間の漏れ経路とを含む。環状でほぼ
平坦な形状の回転可能な及び回転不能なガスベアリング
面の表面が中心線の周りにあり、回転可能な及び回転不
能なエンジン部材とそれぞれ作動的に組み合わされる。
半径方向内側及び外側の歯形リングが、漏れ経路を横切
って回転可能な及び回転不能なガスベアリング面の表面
のうちの第１の表面から離れるようにガスベアリング面
の表面のうちの第２の表面の方向に軸方向に延びる。環
状のプレナムが内側の歯形リングと外側の歯形リングと
の間で、回転可能な及び回転不能なガスベアリング面の
表面のうちの第１の表面に沿って、配置される。内側及
び外側の歯形リングは、回転可能な及び回転不能なガス
ベアリング面の表面のうちの第２の表面の近くに先のと
がった端部を有する。引っ張り付勢手段が、内側及び外
側の歯形リングを回転可能な及び回転不能なガスベアリ
ング面の表面のうちの第２の表面から軸方向に離れるよ
うに付勢するために組み込まれる。
【０００６】本発明の第１の実施形態において、回転可
能なエンジン部材はロータディスクであるか、又は該回
転可能なエンジン部材はロータディスク上に装着された
サイドプレートであり、回転不能なエンジン部材は、周
方向に連続的で、静止面シールの支持構造体上に軸方向
移動可能に支持された並進運動可能な円筒型ピストン上
に装着される。シールには、内側及び外側の歯形リング
の半径方向内側の漏れ経路を横切って配設された補助シ
ールを組み込むことができる。補助シールは、エンジン
の中心線の周りにある環状の補助シール表面を有する環
状のシールランドから半径方向に間隔をもってかつ該シ
ールランドの近くに配置された環状の絞り歯を含む。
【０００７】付勢手段は、円筒型ピストンと静止面シー
ルの支持構造体との間に作動可能に配設される。付勢手
段は、面シールの支持構造体及び並進運動可能な円筒型
ピストンにそれぞれ取り付けられた、半径方向に延びる
静止フランジと半径方向に延びる軸方向に移動可能なフ
ランジとによって部分的に形成される周方向に間隔をも
って配置されたばねチャンバ内に周方向に間隔を置いて
配設された複数のコイルばねを含むことができる。それ
に代えて、付勢手段は、面シールの支持構造体及び並進
運動可能な円筒型ピストンにそれぞれ取り付けられた、
半径方向に延びる静止フランジと半径方向に延びる軸方
向に移動可能なフランジとによって部分的に形成される
連続的な環状のばねチャンバ内に配設された波形ばねを
含むことができる。
【０００８】本発明のより具体的な実施形態において、
面シールは、回転可能なエンジン部材と静止エンジン部
材との間の接合部における比較的高圧の領域と比較的低
圧の領域との間のタービンエンジンのシール組立体に組
み込まれる。本発明のさらに具体的な実施形態におい
て、静止エンジン部材はタービンノズルから垂下し、高
圧圧縮機の吐出空気の一部を高圧領域を横切る方向に向
けるように作動可能なインデューサを支持する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１には、エンジンの中心軸１６
の周りにある燃焼器１０及び高圧タービン１４を含むガ
スタービンエンジンの一部が示されている。高圧タービ
ン１４は静止タービンノズル１８と回転可能なタービン
段２２とを含み、回転可能なタービン段２２は、該ター
ビン段２２のロータディスク２８のリム２６上に装着さ
れた冷却可能なタービンブレード２４を有する。エンジ
ンの燃焼器において燃焼されない高圧圧縮機の吐出空気
２０の一部は、ブレード２４を冷却するために、相対的
に静止したインデューサ２９から回転可能なロータディ
スク２８における空気冷却通路３２に向けられる。冷却
通路３２は、サイドプレート３４によって軸方向にかつ
周方向に境界付けられ、該サイドプレート３４はさら
に、ブレード２４をロータディスク２８のリム１６のス
ロット３６に保持することを助ける。圧縮機の吐出空気
２０は、インデューサ２９によって、高圧領域４８を横
切り、サイドプレート３４の孔３３を通って空気冷却通
路３２に向けられる。吸込型面シール４０は、ロータデ
ィスク２８として例示されている回転可能なエンジン部
材と静止構造体５８として例示されている静止エンジン
部材との間の接合部４９における比較的高圧の領域４８
から比較的低圧の領域４６への高圧圧縮機の吐出空気２
０の漏れを制限するために用いられる。静止構造体５８
はタービンノズル１８から垂下し、インデューサ２９を
支持する。面シール４０は、回転可能なエンジン部材と
回転不能なエンジン部材との間、及び、該シールの回転
可能な部材と回転不能な部材との間の漏れ経路４５を含
む。回転不能とは、エンジン作動中に、ロータディスク
２７によって又はエンジンロータの他の部品によって回
転させられないこととして定義される。
【００１０】図１、及びより具体的に図２には、回転不
能な環状の半径方向内側及び外側の軸方向に延びる歯形
リング４２及び４４をそれぞれ有する本発明の面シール
４０の第１の実施形態が示される。面シール４０は、回
転可能なタービン段２２と静止構造体５８との間の接合
部４９における比較的高圧の領域４８から比較的低圧の
領域４６への漏れ経路４５を通る高圧圧縮機の吐出空気
２０の漏れを制限するように設計される。面シールリン
グ６０は、周方向に連続的で、静止面シールの支持構造
体５２上に軸方向に移動可能に支持された軸方向に並進
運動可能な回転不能な円筒型ピストン８８上に装着され
る。面シールリング６０は、本発明の軸方向に移動可能
な回転不能なエンジン部材６１を例示するものである。
面シールの支持構造体５２は、静止構造体５８に対して
固定される。半径方向内側及び外側の軸方向に延びる歯
形リング４２及び４４は、面シールリング６０上に装着
され、軸方向に面するほぼ平坦な形状の回転不能なガス
ベアリング面の表面６８から、軸方向に面するほぼ平坦
な形状の回転可能なガスベアリング面の表面６２の方向
に軸方向外向きに延びる。面シールリング６０は、ロー
タディスク２８に装着されたサイドプレート３４上にあ
る回転可能なガスベアリング面の表面６２に対して軸方
向運動が可能なように支持される。半径方向内側及び外
側の歯形リング４２及び４４は、サイドプレート３４及
び該サイドプレートが取り付けられているロータディス
ク２８としてここに例示されている回転可能な構成部品
に与えられる熱入力を低くする。半径方向内側及び外側
の歯形リング４２及び４４は、回転可能なガスベアリン
グ面の表面６２としてここに例示されているロータ表面
の平滑な仕上がりを維持することを助ける。
【００１１】環状のプレナム６９が、内側及び外側の歯
形リング４２及び４４と、該内側の歯形リング４２と該
外側の歯形リング４４との間で半径方向に延びる回転不
能なガスベアリング面の表面６８とによって境界付けら
れている。内側及び外側の歯形リング４２及び４４は、
サイドプレート３４上の回転可能なガスベアリング面の
表面６２の方向に軸方向に延び、該回転可能なガスベア
リング面の表面６２の近くに先のとがった端部６６を有
する。面シールリング６０を貫通する複数の周方向に間
隔を置いて配置された通気通路９６は、プレナム６９と
高圧領域４８との間で圧力伝達を行う。圧領域４８と低
圧領域４６との間に大きな圧力差があるとき、通気通路
９６は、エンジンの作動中に、高圧領域４８の中からの
高圧空気によって、プレナム６９を加圧する。軸方向の
間隙Ｇが、回転不能なガスベアリング面の表面６８と回
転可能なガスベアリング面の表面６２との間に形成され
る。
【００１２】環状の補助シール７３はさらに、エンジン
が作動しているとき、漏れ経路４５を通る空気流を制限
し、十分な圧力を生成して面シールリング６０を回転可
能なガスベアリング面の表面６２の方向に付勢するため
に用いられる。補助シール７３は、漏れ経路４５を横切
って環状の補助シール表面７８を有する環状のシールラ
ンド８０の方向に、軸方向に延びる環状の絞り歯７４を
含む。半径方向の間隙Ｈが、環状の絞り歯７４と補助シ
ール表面７８との間に形成される。絞り歯７４は、環状
のシールランド８０から半径方向に間隔をもってかつ該
シールランド８０の近くに配置される。環状の絞り歯７
４及び環状のシールランド８０は、エンジンの中心軸１
６の周りにある。図１に示される本発明の例示的な実施
形態において、絞り歯７４は、回転可能なサイドプレー
ト３４に取り付けられ、補助シール表面７８を有するシ
ールランド８０は、面シールリング６０に取り付けられ
る。
【００１３】エンジンが作動していないとき、及び／又
は高圧及び低圧領域４８及び４６における圧力がほぼ等
しいとき、内側及び外側の歯形リング４２及び４４をサ
イドプレート３４上の回転可能なガスベアリング面の表
面６２から軸方向に離れるように付勢するために、引っ
張り付勢手段８２が用いられる。図１に示される付勢手
段８２は、複数の周方向に間隔を置いて配置されたコイ
ルばね８４であり、これらのばねは、面シールの支持構
造体５２及び並進運動可能な円筒型ピストン８８にそれ
ぞれ取り付けられた、半径方向に延びる静止フランジ８
６と半径方向に延びる軸方向に移動可能なフランジ８７
とによって部分的に形成される周方向に間隔を置いて配
置されたばねチャンバ８５内に配設される。周方向に間
隔を置いて配置された案内及び支持ピン１３０は、面シ
ールリング６０から、案内及び支持組立体を形成する面
シールの支持構造体５２上に装着された案内及び支持ピ
ンフランジ１３８を貫通するピン受け穴１３４に配設さ
れたブッシング１３２を通って、後方に延びる。案内及
び支持組立体は、面シールリング６０を半径方向に支持
し、軸方向に案内することを助ける。
【００１４】図３に示される別の付勢手段８２は波形ば
ね８９であり、これは、波形ばね又はコックルばねとし
ても知られており、上述され、図１に示された静止フラ
ンジ８６及び軸方向に移動可能なフランジ８７によって
部分的に形成される連続的な環状のばねチャンバ９４
（図６に示す）内に配設される。波形ばね８９は、図３
に示されるような単一の折り返し波形ばねとすることも
できるし、或いは、図５及び図６に二重の折り返し波形
ばね９１として示される多重の折り返し波形ばねとする
こともできる。
【００１５】当業者において周知である別の付勢手段８
２は、通常は面シールの支持構造体５２上に装着された
周方向に間隔を置いて配置されたピン上に配設された複
数の周方向に間隔を置いて配置されたコイルばねであ
る。ばね８４は、内側及び外側の歯形リング４２及び４
４を、回転可能なガスベアリング面の表面６２から離れ
る方向に付勢するように用いられるため、引っ張りばね
とも呼ばれる。
【００１６】面シールリング６０は、該面シールリング
６０上に作用する力の結果として、対応する矢印により
示すように、回転不能なガスベアリング面の表面６８で
みて軸方向の後退位置ＲＰとシーリング位置ＳＰとの間
を並進運動するように設計される。面シールリング６０
は、図４では後退位置で示されている。力は、表面上に
作用する比較的低圧及び高圧領域４６及び４８における
圧力と付勢又は付勢手段８２のばね力との結果である。
エンジンの作動中に面シールリング６０がシーリング位
置ＳＰにあるとき、内側及び外側の歯形リング４２及び
４４の先のとがった端部６６と回転可能なガスベアリン
グ面の表面６２との間に作動上の間隙Ｃがある。本発明
の１つの例示的な実施形態において、面シールリング６
０がシーリング位置ＳＰにあるとき、軸方向の間隙Ｇは
約２５から５０ミル（０．０２５から０．０５０イン
チ）、半径方向の間隙Ｈは約７５から１５０ミル（０．
０７５から０．１５０インチ）、及び作動上の間隙Ｃは
約１から８ミル（０．００１から０．００８インチ）で
ある。そうした例示的な実施形態において、内側の歯形
リング４２と外側の歯形リング４４との間の中間位置か
らエンジンの中心線１６までの半径は、約１０インチと
することができる。
【００１７】本発明の面シールは、シールの擦過が生じ
たとき、ロータ表面の著しい量の過熱及びスクラッチを
避けることができる。したがって、回転する構成部品へ
の熱入力を減少させ、回転するシール表面の平滑な表面
の仕上がりを維持する。このことは、材料の劣化及び構
成部品の早期のひび割れ発生の可能性を減少させる。ロ
ータの軸方向シール歯とも呼ばれる内側及び外側の歯形
リング４２及び４４に対して被覆を施して、ここではサ
イドプレート３４及び該サイドプレートが装着されたロ
ータディスク２８として例示されているロータ部品への
熱入力をさらに最小にすることができる。静止部品に対
して別の被覆を施して、熱の発生を最小にし、静止部品
の母材をスクラッチから保護することができる。
【００１８】出力が低いか又は全くない状態の間は、面
シールリング６０並びに内側及び外側の歯形リング４２
及び４４は、付勢手段８２によって、回転可能なガスベ
アリング面の表面６２から離れるように付勢される。よ
り高い出力での作動中には、絞り歯７４が比較的高圧の
領域４８から比較的低圧の領域４６に流れ出る吐出空気
２０を制限し、したがって、高圧領域４８と低圧領域４
６との間に圧力差を生じさせる。高圧領域４８と低圧領
域４６との間の圧力差が面シールリング６０上に作用
し、該面シールリング６０と、内側及び外側の歯形リン
グ４２及び４４と、歯とを、回転可能なガスベアリング
面の表面６２の方向に付勢する。
【００１９】高圧吐出空気２０の一部は、面シールリン
グ６０と回転可能なベアリング面の表面６２との間の環
状のプレナム６９を含むガスベアリング空間１００に、
該面シールリングにおける通気通路９６を通して供給さ
れて、所定のガスベアリング面の間隙を確立する。ガス
ベアリング空間１００内において発生した圧力による力
は、面シールリング６０と内側及び外側の歯形リング４
２及び４４とが回転可能なガスベアリング面の表面６２
の方向へさらに動くのに抵抗する。面シールリング６０
と内側及び外側の歯形リング４２及び４４との回転可能
なガスベアリング面の表面６２の方向への加速及び他の
運動は、ガスベアリング空間１００内における圧力によ
る力を増大させ、したがって、面シールリングを回転可
能なガスベアリング面の表面から離れるように付勢し
て、所定の間隙を維持する。
【００２０】エンジンが始動すると、圧縮機の吐出空気
圧が上昇し、絞り歯７４が比較的高圧の領域４８から比
較的低圧の領域４６に流れる吐出空気２０を制限するた
め、高圧領域４８における圧力は上昇し始める。低圧領
域４６と高圧領域４８との間の圧力差は、面シールリン
グ６０上に作用する閉じ方向の圧力による力を生じさせ
る。この圧力による力は、付勢手段８２によるばね力に
抗する方向に作用して、面シールリング６０と内側及び
外側の歯形リング４２及び４４とを、回転可能なガスベ
アリング面の表面６２の方向に付勢する。
【００２１】面シールリング６０がシーリング位置ＳＰ
に到達するにつれて、軸方向の間隙Ｇは半径方向の間隙
Ｈより大幅に小さくなり、絞り歯７４を横切る圧力降下
は実質的になくなり、低圧領域４６と高圧領域４８との
間の圧力降下によって引き起こされる空気流は、面シー
ルリング６０並びに内側及び外側の歯形リング４２及び
４４と、回転可能なガスベアリング面の表面６２との間
の間隙を実質的に横切って引き起こされるようになる。
したがって、ガスベアリング力が回転不能なガスベアリ
ング面の表面６８及び回転可能なガスベアリング面の表
面６２において発生し、この力は、ばね力と作用しなが
ら閉じ方向の力とのバランスをとり、内側及び外側の歯
形リング４２及び４４の先のとがった端部６６と回転可
能なガスベアリング面の表面６２のと間の作動上の間隙
Ｃを所定の大きさに維持する。
【００２２】面シールリング６０がロータ上で回転する
表面の運動に応じて軸方向に並進運動することを可能に
するために、周方向に延びる分割ピストンリングの第２
シール１２０のような第２シール手段が設けられる。ピ
ストンリングの第２シール１２０は、第２コイルばね７
６のようなばね手段によって、面シールリング６０の半
径方向内向きに面する環状の内面１１８に対して、半径
方向外向きに付勢される。ピストンリングの第２シール
１２０上の周方向に延びる第２シールのダム１２２は、
内面１１８に対して半径方向にシール係合するように付
勢される。ピストンリングの第２シール１２０は、複数
の周方向に間隔を置いて配置された第３コイルばね１２
４のような第３ばね手段によって、面シールの支持構造
体５２上に設けられた軸方向に面するほぼ平坦な形状の
シール表面１２６と係合するように、軸方向に付勢され
る。
【００２３】図４には、回転可能なタービン段２２に取
り付けられたサイドプレート３４上に装着された、軸方
向に延びる環状の半径方向内側及び外側の回転可能な歯
形リング１４２及び１４４を有する、本発明の面シール
４０の第２の例示的な実施形態が示されている。回転可
能な歯形リング１４２及び１４４は、ほぼ平坦な形状の
回転不能なガスベアリング面の表面１６８と係合可能で
ある。面シールリング６０は、回転不能なガスベアリン
グ面の表面１６８を含み、静止面シールの支持構造体５
２上に軸方向に移動可能に支持された並進運動可能な円
筒型ピストン８８上に装着される。内側及び外側の回転
可能な歯形リング１４２及び１４４は、回転可能なガス
ベアリング面の表面１６２から回転不能なガスベアリン
グ面の表面１６８の方向に軸方向に延び、該回転不能な
ガスベアリング面の表面１６８の近くに歯を有する。回
転不能なガスベアリング面の表面１６８を含む面シール
リング６０は、ロータディスク２８に取り付けられたサ
イドプレート３４上の内側及び外側の回転可能な歯形リ
ング１４２及び１４４に対して軸方向運動が可能なよう
に支持される。環状の絞り歯７４が回転可能なサイドプ
レート３４に取り付けられ、補助シールの表面７８及び
シールランド８０が面シールリング６０に取り付けられ
る。これに代えて、環状の絞り歯７４を面シールリング
６０に取り付け、補助シールの表面７８及びシールラン
ド８０を回転可能なサイドプレート３４に取り付けても
よい。
【００２４】本発明の好ましく例示的な実施形態と考え
られるものをここで説明してきたが、本発明の他の変更
が、ここでの教示から当業者には明らかであり、したが
って、本発明の技術思想及び技術的範囲内に入るそうし
たすべての変更が添付の特許請求の範囲で保護されるこ
とが望まれる。なお、特許請求の範囲に記載された符号
は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を
実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 例示的なガスタービンエンジンの高圧タービ
ンの一部と、軸方向に延びる歯をもつ吸込型ガスベアリ
ング面シールの第１の例示的な実施形態とを示す断面
図。
【図２】 図１に示すガスベアリング面シールの拡大断
面図。
【図３】 別の付勢手段である波形ばねを示す斜視図。
【図４】 例示的なガスタービンエンジンの高圧タービ
ンの一部と、回転可能な軸方向に延びる歯をもつガスベ
アリング面シールの第２の実施形態とを示す断面図。
【図５】 別付勢手段である二重の折り返し波形ばねを
示す斜視図。
【図６】 図５に示す二重の折り返し波形ばねを有する
例示的なガスタービンエンジンの高圧タービンの一部を
示す断面図。
【符号の説明】
１６ 中心線 ２２ 回転可能なタービン段 ２８ ロータディスク ２９ インデューサ ３４ サイドプレート ４０ 吸込型面シール ４２ 内側歯形リング ４４ 外側歯形リング ４５ 漏れ経 ４６ 低圧領域 ４８ 高圧領域 ５２ 静止面シールの支持構造体 ５８ 回転不能なエンジン部材 ６２ 回転可能なガスベアリング面の表面 ６８ 回転不能なガスベアリング面の表面 ７３ 補助シール ８２ 付勢手段 ８４ コイルばね ８８ 円筒型ピストン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・シー・グリン アメリカ合衆国、オハイオ州、ハミルト ン、ニュー・ロンドン・ロード、1230番 (72)発明者 ロバート・ジェイ・アルバース アメリカ合衆国、ケンタッキー州、パー ク・ヒルズ、エスティー・ジョセフ・レー ン、622番 Ｆターム(参考） 3G002 HA02 HA10 HA11 3J042 AA03 BA03 BA08 CA11 CA15 DA01

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンエンジンの吸込型面シール
    （４０）であって、 回転可能なエンジン部材（２８）及び回転不能なエンジ
    ン部材（５８）と、その間の漏れ経路（４５）と、 中心線（１６）の周りにあり、前記回転不能なエンジン
    部材（５８）と作動的に組み合わされた環状でほぼ平坦
    な形状の回転不能なガスベアリング面の表面（６８）
    と、 前記中心線（１６）の周りにあり、前記回転可能なエン
    ジン部材（２８）と作動的に組み合わされた環状でほぼ
    平坦な形状の回転可能なガスベアリング面の表面（６
    ２）と、 前記漏れ経路（４５）を横切って前記ガスベアリング面
    の表面のうちの１つから離れるように前記ガスベアリン
    グ面の表面のうちの第２の表面の方向に軸方向に延びる
    半径方向内側及び外側の歯形リング（４２、４４）と、 前記内側の歯形リング（４２）と前記外側の歯形リング
    （４４）との間に配置された環状のプレナム（６９）
    と、前記内側の歯形リングと前記外側の歯形リングとの
    間の前記ガスベアリング面の表面（６８）の一部と、を
    備え、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）は、前記
    ガスベアリング面の表面のうちの前記第２の表面の近く
    に先のとがった端部（６６）を有し、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）を前記ガ
    スベアリング面の表面のうちの前記第２の表面から軸方
    向に離れるように付勢する付勢手段（８２）が設けられ
    ている、ことを特徴とする吸込型面シール（４０）。
  2. 【請求項２】 前記回転可能なエンジン部材がロータデ
    ィスク（２８）上に装着されたサイドプレート（３４）
    であり、前記回転不能なエンジン部材（６１）が、周方
    向に連続的で、静止面シールの支持構造体（５２）上に
    軸方向に移動可能に支持された並進運動可能な円筒型ピ
    ストン（８８）上に装着されていることを特徴とする、
    請求項１に記載のシール（４０）。
  3. 【請求項３】 前記回転可能なエンジン部材（２８）と
    前記回転不能なエンジン部材（６１）との間に配設され
    たシールランド（８０）から半径方向に間隔をもってか
    つ該シールランド（８０）の近くに配置された絞り歯
    （７４）を有する補助シールをさらに備えることを特徴
    とする、請求項１に記載のシール（４０）。
  4. 【請求項４】 前記内側及び外側の歯形リング（４２、
    ４４）の半径方向内側の前記漏れ経路（４５）を横切っ
    て配設された補助シールをさらに備え、該補助シール
    が、前記エンジンの中心線（１６）の周りにある環状の
    補助シール表面（７８）を有する環状のシールランド
    （８０）から半径方向に間隔をもってかつ該環状のシー
    ルランド（８０）の近くに配置された環状の絞り歯（７
    ４）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のシー
    ル（４０）。
  5. 【請求項５】 前記回転可能なエンジン部材がロータデ
    ィスク（２８）上に装着されたサイドプレート（３４）
    であり、前記回転不能なエンジン部材（６１）が、周方
    向に連続的で、静止面シールの支持構造体（５２）上に
    軸方向に移動可能に支持された並進運動可能な円筒型ピ
    ストン（８８）上に装着されていることを特徴とする、
    請求項２に記載のシール（４０）。
  6. 【請求項６】 前記内側及び外側の歯形リング（４２、
    ４４）の半径方向内側の前記漏れ経路（４５）を横切っ
    て配設された補助シールをさらに備え、該補助シール
    が、前記エンジンの中心線（１６）の周りにある環状の
    補助シール表面（７８）を有する環状のシールランド
    （８０）から半径方向に間隔をもってかつ該環状のシー
    ルランド（８０）の近くに配置された環状の絞り歯（７
    ４）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のシー
    ル（４０）。
  7. 【請求項７】 前記付勢手段（８２）が、前記円筒型ピ
    ストン（８８）と前記静止面シールの支持構造体（５
    ２）との間に作動可能に配設されていることを特徴とす
    る、請求項４に記載のシール（４０）。
  8. 【請求項８】 前記付勢手段（８２）が、前記面シール
    の支持構造体（５２）及び前記並進運動可能な円筒型ピ
    ストン（８８）にそれぞれ取り付けられた、半径方向に
    延びる静止フランジ（８６）と半径方向に延びる軸方向
    に移動可能なフランジ（８７）とによって部分的に形成
    される周方向に間隔をもって配置されたばねチャンバ
    （８５）内に周方向に間隔を置いて配設された複数のコ
    イルばね（８４）を含むことを特徴とする、請求項７に
    記載のシール（４０）。
  9. 【請求項９】 前記付勢手段（８２）が、前記面シール
    の支持構造体（５２）及び前記並進運動可能な円筒型ピ
    ストン（８８）にそれぞれ取り付けられた、半径方向に
    延びる静止フランジ（８６）と半径方向に延びる軸方向
    に移動可能なフランジ（８７）とによって部分的に形成
    される連続的な環状のばねチャンバに配設された、波形
    ばね（８９）を含むことを特徴とする、請求項７に記載
    のシール（４０）。
  10. 【請求項１０】 前記回転可能なエンジン部材（２８）
    と回転不能なエンジン部材（６１）との間に配設された
    シールランド（８０）から半径方向に間隔をもってかつ
    該シールランド（８０）の近くに配置された絞り歯（７
    ４）を有する補助シールをさらに備えることを特徴とす
    る、請求項７に記載のシール（４０）。
  11. 【請求項１１】 前記内側及び外側の歯形リング（４
    ２、４４）の半径方向内側の前記漏れ経路（４５）を横
    切って配設された補助シールをさらに備え、該補助シー
    ルが、前記エンジンの中心線（１６）の周りにある環状
    の補助シール表面（７８）を有する環状のシールランド
    （８０）から半径方向に間隔をもってかつ該環状のシー
    ルランド（８０）の近くに配置された環状の絞り歯（７
    ４）を備えることを特徴とする、請求項７に記載のシー
    ル（４０）。
  12. 【請求項１２】 前記回転可能なエンジン部材がロータ
    ディスク（２８）上に装着されたサイドプレート（３
    ４）であり、前記回転不能なエンジン部材（６１）が、
    周方向に連続的で、静止面シールの支持構造体（５２）
    上に軸方向に移動可能に支持された並進運動可能な円筒
    型ピストン（８８）上に装着されていることを特徴とす
    る、請求項１１に記載のシール（４０）。
  13. 【請求項１３】 ガスタービンエンジンのシール組立体
    であって、 回転可能なエンジン部材（２８）と静止エンジン部材
    （５８）との間の接合部（４９）における比較的高圧の
    領域（４８）と比較的低圧の領域（４６）との間に配設
    された吸込型面シール（４０）と、 中心線（１６）の周りにあり、前記回転不能なエンジン
    部材（５８）と作動的に組み合わされた環状でほぼ平坦
    な形状の回転不能なガスベアリング面の表面（６８）
    と、 前記中心線（１６）の周りにあり、前記回転可能なエン
    ジン部材（２８）と作動的に組み合わされた環状でほぼ
    平坦な形状の回転可能なガスベアリング面の表面（６
    ２）と、 前記ガスベアリング面の表面（６２、６８）の間で部分
    的に軸方向に延びる漏れ経路（４５）と、 前記漏れ経路（４５）の一部を横切って前記ガスベアリ
    ング面の表面（６２、６８）のうちの第１の表面から離
    れるように前記ガスベアリング面の表面（６２、６８）
    のうちの第２の表面の方向に軸方向に延びる半径方向内
    側及び外側の歯形リング（４２、４４）と、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）と前記ガ
    スベアリング面の表面（６２、６８）のうちの前記第１
    の表面との間に配置された環状のプレナム（６９）と、
    を備え、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）は、前記
    ガスベアリング面の表面（６２、６８）のうちの前記第
    ２の表面の近くに先のとがった端部（６６）を有し、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）を前記ガ
    スベアリング面の表面（６２、６８）のうちの前記第２
    の表面から軸方向に離れるように付勢する付勢手段（８
    ２）が設けられている、ことを特徴とする組立体。
  14. 【請求項１４】 前記内側及び外側の歯形リング（４
    ２、４４）の半径方向内側の前記漏れ経路（４５）を横
    切って配設された補助シールをさらに備え、該補助シー
    ルが、前記エンジンの中心線（１６）の周りにある環状
    の補助シール表面（７８）を有する環状のシールランド
    （８０）から半径方向に間隔をもってかつ該環状のシー
    ルランド（８０）の近くに配置された環状の絞り歯（７
    ４）を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の組
    立体。
  15. 【請求項１５】 ガスタービンエンジンのシール組立体
    であって、 回転可能なエンジン部材（２８）と静止エンジン部材
    （５８）との間の接合部（４９）における比較的高圧の
    領域（４８）と比較的低圧の領域（４６）との間に配設
    された吸込型面シール（４０）と、 中心線（１６）の周りにあり、前記回転不能なエンジン
    部材（５８）と作動的に組み合わされた環状でほぼ平坦
    な形状の回転不能なガスベアリング面の表面（６８）
    と、 前記中心線（１６）の周りにあり、前記回転可能なエン
    ジン部材（２８）と作動的に組み合わされた環状でほぼ
    平坦な形状の回転可能なガスベアリング面の表面（６
    ２）と、 前記ガスベアリング面の表面（６２、６８）の間で部分
    的に軸方向に延びる漏れ経路（４５）と、 前記漏れ経路（４５）の一部を横切って前記ガスベアリ
    ング面の表面（６２、６８）のうちの第１の表面から離
    れるように前記ガスベアリング面の表面（６２、６８）
    のうちの第２の表面の方向に軸方向に延びる半径方向内
    側及び外側の歯形リング（４２、４４）と、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）と前記ガ
    スベアリング面の表面（６２、６８）のうちの前記第１
    の表面との間に配置された環状のプレナム（６９）と、
    を備え、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）は、前記
    ガスベアリング面の表面（６２、６８）のうちの前記第
    ２の表面の近くに先のとがった端部（６６）を有し、 前記内側及び外側の歯形リング（４２、４４）を前記ガ
    スベアリング面の表面（６２、６８）のうちの前記第２
    の表面から軸方向に離れるように付勢する付勢手段（８
    ２）が設けられ、 前記静止エンジン部材（５８）はタービンノズル（１
    ８）から垂下し、高圧圧縮機の吐出空気（２０）の一部
    を高圧領域（４８）を横切る方向に向けるように作動可
    能なインデューサ（２９）を支持している、ことを特徴
    とする組立体。
  16. 【請求項１６】 前記回転可能なエンジン部材がロータ
    ディスク（２８）上に装着されたサイドプレート（３
    ４）であり、前記回転不能なエンジン部材（６１）が、
    周方向に連続的で、静止面シールの支持構造体（５２）
    上に軸方向移動可能に支持された並進運動可能な円筒型
    ピストン（８８）上に装着された面シールリング（６
    ０）であることを特徴とする、請求項１３又は請求項１
    ５に記載の組立体。
  17. 【請求項１７】 前記内側及び外側の歯形リング（４
    ２、４４）の半径方向内側の前記漏れ経路（４５）を横
    切って配設された補助シールをさらに備え、該補助シー
    ルが、前記エンジンの中心線（１６）の周りにある環状
    の補助シール表面（７８）を有する環状のシールランド
    （８０）から半径方向に間隔をもってかつ該環状のシー
    ルランド（８０）の近くに配置された環状の絞り歯（７
    ４）を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の組
    立体。
  18. 【請求項１８】 前記環状の絞り歯（７４）が前記サイ
    ドプレート（３４）に取り付けられ、前記環状のシール
    ランド（８０）が前記面シールリング（６０）に取り付
    けられていることを特徴とする、請求項１７に記載の組
    立体。
  19. 【請求項１９】 前記付勢手段（８２）が、前記円筒型
    ピストン（８８）と前記静止面シールの支持構造体（５
    ２）との間に作動可能に配設されていることを特徴とす
    る、請求項１８に記載の組立体。
  20. 【請求項２０】 前記付勢手段（８２）が、前記面シー
    ルの支持構造体（５２）及び前記並進運動可能な円筒型
    ピストン（８８）にそれぞれ取り付けられた、半径方向
    に延びる静止フランジ（８６）と半径方向に延びる軸方
    向に移動可能なフランジ（８７）とによって部分的に形
    成される周方向に間隔をもって配置されたばねチャンバ
    （８５）内に周方向に間隔を置いて配設された複数のコ
    イルばね（８４）を含むことを特徴とする、請求項１９
    に記載の組立体。
  21. 【請求項２１】 前記付勢手段（８２）が、前記面シー
    ルの支持構造体（５２）及び前記並進運動可能な円筒型
    ピストン（８８）にそれぞれ取り付けられた、半径方向
    に延びる静止フランジ（８６）と半径方向に延びる軸方
    向に移動可能なフランジ（８７）とによって部分的に形
    成される連続的な環状のばねチャンバに配設された、波
    形ばね（８９）を含むことを特徴とする、請求項１９に
    記載の組立体。
  22. 【請求項２２】 前記面シールリング（６０）が前記回
    転不能なガスベアリング面の表面（６８）から離れるよ
    うに軸方向に延びる前記内側及び外側の歯形リング（４
    ２、４４）を有することを特徴とする、請求項１９に記
    載の組立体。
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