JP2004084672A - ブラシシールアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】　改善されたシールを提供する。
【解決手段】　第１の部品（１３）と第２の部品（１５）との間の間隙（１１）をシールするブラシシールアセンブリ（１０）が提供される。このアセンブリ（１０）は、本体と、本体から延在するブリストル（１９）と、本体から延在するとともに細長いスロット（２７）を備える延長部（２５）と、を有する。このスロット（２７）によって、ブラシシールアセンブリ（１０）は、第１の部品（１３）と第２の部品（１５）との間に取り付けられたときに間隙（１１）内で浮動することが可能になる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、浮動するブラシシールアセンブリに関し、特に、２つの部品の間の間隙内で軸方向に浮動可能な軸方向ブラシシールアセンブリに関する。

　運転時に隣接する部品の間で軸方向および径方向で大きな過渡膨張を示すガスタービンエンジンは、一般に、このような部品の間の漏れを制御するためにラビリンスシールを使用する。ラビリンスシールは、一方の部品に設けられたディスクから延在する複数の歯と、他方の部品に設けられたハニカムパッドと、を有する。これらの歯とパッドとは、協働して部品の間に蛇行した漏れ通路を形成する。この蛇行した通路は、部品の間に流体が流れるのを防ぐ。

　しかし、ラビリンスシールは、種々の難点を有する。第一に、ラビリンスシールの堅い歯は、永久的な摩耗または損傷を受けずに“間隙がゼロ”の状態に対応することができない。このような摩耗により、シールの漏れ率が増加してしまう。第二に、歯とパッドとの間の間隙が増加するに従って、ラビリンスシールの漏れ率が増加する。

　本発明の目的は、改善されたシールを提供することである。

　本発明の他の目的は、ブラシシールを使用して、運転時に軸方向および径方向で大きな過渡膨張を示す隣接する部品の間の漏れを制御することである。

　本発明のまた他の目的は、永久的な摩耗または損傷を受けずに“間隙がゼロ”の密な状態に対応することができるシールを提供することである。

　本発明のさらに他の目的は、広い範囲の間隙に対応できる適応するシールを提供することである。

　本発明のまた他の目的は、部品の間の間隙が増加しても比較的一定の漏れ流量を維持するシールを提供することである。

　本発明の上述およびその他の目的は、１つの形態では、第１の部品と第２の部品との間の間隙をシールするブラシシールアセンブリによって達成される。このアセンブリは、本体と、本体から延在するブリストルと、本体から延在するとともに細長いスロットを備える延長部と、を有する。このスロットによって、ブラシシールアセンブリは、第１の部品と第２の部品との間に取り付けられたときに間隙内で浮動することが可能になる。

　本発明の上述およびその他の目的は、他の形態では、第１の部品と第２の部品との間の間隙をシールする軸方向ブラシシールアセンブリによって達成される。このブラシシールアセンブリは、本体と、本体から延在するブリストルと、間隙内でブラシシールアセンブリを軸方向に移動可能とする手段と、を有する。

　本発明の上述およびその他の目的は、また他の形態では、第１の部品と、第１の部品から軸方向に離間された第２の部品と、第１の部品と第２の部品との間で移動可能に取り付けられた軸方向ブラシシールアセンブリと、を含む装置によって達成される。このブラシシールアセンブリは、軸方向に移動可能である。

　本発明の上述およびその他の目的は、さらに他の形態では、第１の部品と第２の部品との間の間隙をシールする方法によって達成される。この方法は、第１の部品と第２の部品との間に軸方向ブラシシールアセンブリを配置し、ブラシシールアセンブリが間隙内で浮動することを可能にすることを含む。

　図１は、本発明の一実施例を示している。この図では、ガスタービンエンジンなどの装置の第１の部品１３と第２の部品１５との間の間隙１１を通って流体が流れるのを防止するブラシシールアセンブリ１０が提供されている。部品１３，１５は、固定部品でも回転部品でもよい。図では、第１の部品１３を（タービンディスクなどの）回転部品として示している。部品１３は、ブラシシールアセンブリ１０のランド面として機能するリング１７を含むことができる。

　さらに、図では、第２の部品１５を（タービンノズルなどの）固定部品として示している。部品１５は、固定されたままなので、回転する第１の部品１３のようにリングによってランド面を設ける必要がない。図で示すように、固定部品１５を複数の要素によって構成することができる。また、これらの部品は、エンジンケースの隣接するセクション、圧縮機ステータとエンジンケース、タービンノズルとエンジンケースのように共に固定部品であってもよい。

　ガスタービンエンジンの運転時には、部品１３，１５は、軸方向に大きい過渡膨張を示す。換言すると、部品１３，１５は、運転時に実質的に軸方向に移動する。二次的な検討事項ではあるが、本発明は、径方向の過渡膨張に対応することもできる。

　ブラシシールアセンブリ１０は、過渡膨張が生じても、部品１３，１５の間の間隙１１を通る流れを防ぐように機能する。概して言えば、本発明は、実質的な過渡膨張が生じても、充分なシールを確実に提供するためにブラシシールアセンブリ１０を移動可能に設けている。例えば、間隙１１は、実質的な過渡膨張によって約１５％まで軸方向で減少または増加する可能性がある。

　ブラシシールアセンブリ１０は、軸方向ブラシシールアセンブリであることが好ましい。ブラシシールアセンブリ１０は、図１，図２に示すように、各々の部品１３，１５に対して別々のブラシシールを使用することができる。また、ブラシシールアセンブリ１０は、図３に示すように、両方の部品１３，１５と接触する単一のブラシシールであってもよい。ブラシシールは、ブリストルの束１９が金属片の溶接などによって背板２１および側板２３に固定された従来の構成を有することが好ましい。

　延長部２５が、背板２１の間を連絡している。環状の延長部２５は、周方向に設けられた適切な数のスロット２７を備える。スロット２７は、エンジンの軸方向に延びる。好ましくは、スロット２７は、ブラシシールの回転を防止するために周方向には延びていない。これらのスロット２７は、適切な低摩擦材料などで形成されたブシュ２９を収容することができる。

　第２の部品１５は、延長部２５のスロット２７に対応するねじ付き止り穴を備える。ブラシシールアセンブリ１０を第２の部品１５に固定するために、止めねじ３１などの適切な締結具が、延長部２５のスロット２７を通って第２の部品１５の止り穴内に延在する。ねじ３１の頭部は、スロット２７よりも大きいことが好ましい。

　各々のねじ３１の軸をばね３３で囲むことができる。これらのばね３３は、ブラシシールアセンブリ１０をエンジン内で中央に位置決めするのを助ける。

　軸方向の過渡膨張時には、ブラシシールアセンブリ１０の性能に影響を及ぼすことなく、第２の部品１５が第１の部品に対して移動可能になる。延長部２５の細長いスロット２７によって、スロット２７の内部でねじ３１が第２の部品と共に移動可能になる。

　二次的な検討事項ではあるが、第２の部品１５は、径方向の過渡膨張時にもブラシシールアセンブリ１０の性能に影響を及ぼさずに第１の部品１３に対して移動可能である必要がある。延長部２５と第２の部品１５との間の間隙によってこのような動作が可能になる。スロット２７によって、ねじ３１がスロット２７の内部で移動することが可能になる。本質的には、本発明は、ブラシシールアセンブリ１０が部品１３，１５の間で浮動することを可能にする。

　本発明は、間隙１１内で自動的に中央に位置決めされる。過渡膨張が増加するに従って、ブラシシールアセンブリ１０のブリストルは、これに応じて傾斜角が大きくなる。同様に、過渡膨張が減少するに従って、ブラシシールアセンブリ１０のブリストルは、弛緩して傾斜角が小さくなる。ブラシシールアセンブリ１０は、ブリストルの上記の移動範囲にわたって、部品１３，１５の間の間隙１１を通る漏れ流量を比較的一定に維持する。

　ねじ３１は、（スロット２７が細長く設けられているために）スロット２７の全体を塞がないので、この構成によって、望ましくない漏れ流量が生じるおそれがある。スロット２７からの漏れを減少させるために、ブラシシールアセンブリ１０は、側板２３の間を連絡する環状のリング３５を含みうる。このリング３５は、（勿論、ねじ３１が止り穴内に適切に固定された後に）圧入や溶接などの適切な技術を使用して側板２３に固定することができる。リング３５は、スロットを通って流体が流れるのを防ぐ。しかし、他の技術を使用することもできる。例えば、大きいワッシャ（図示省略）を延長部２５の内径とねじ３１の頭部との間に配置することができる。このワッシャは、スロット２７内のどの位置にねじ３１があっても細長いスロット２７を塞ぐような大きさに設けられる。

　図２は、本発明の他の実施例を示す。この図は、ガスタービンエンジンなどの装置の第１の部品１０１と第２の部品１０３との間の間隙を通って流体が流れるのを防止するブラシシールアセンブリ１００を示している。上述の実施例と同様に、第１の部品１０１は、好ましくは回転部品であり、第２の部品１０３は、好ましくは固定部品である。

　ブラシシールアセンブリ１００は、背板１０７と側板１０９との間に挟まったブリストルの束１０５を含む。上述のブラシシールアセンブリ１０と同様に、ブラシシールアセンブリ１００は、背板１０７の間を連絡する延長部１１１を含む。

　上述のブラシシールアセンブリと異なるのは、環状の延長部１１１が、適切な数のねじ付き穴を備えることである。これらの穴は、プランジャアセンブリ１１３などの適切な締結具を収容する。このプランジャアセンブリ１１３は、止めねじ１１５を含み、止めねじ１１５の遠位端部からプランジャ１１７が延在している。ねじ１１５内のばね（図示省略）が、ねじ１１５の頭部から離れるようにプランジャを付勢する。また、ねじ１１５内のばね１１５は、エンジン内でブラシシールアセンブリ１００を中央に位置決めするのを助ける。

　作業員は、第２の部品１０３にブラシシールアセンブリ１００を固定するために、ブラシシールアセンブリ１００を第２の部品１０３のショルダ部１１９に対して押しつける。ブラシシールアセンブリ１００が第２の部品１０３に接近するに従って、プランジャ１１７は、最終的に第２の部品１０３の面取部１２１に接触する。ブラシシールアセンブリ１００を引き続きショルダ部に対して押し付けると、面取部１２１によってプランジャ１１７が押し下げられる。最終的に、ブラシシールアセンブリ１００は、ショルダ部１１９に隣接する位置に到達する。プランジャ１１７は、第２の部材１０３の複数の細長いスロット１２３のうちの１つに接近する。そして、プランジャ１１７は、ばねによって細長いスロット１２３内に付勢される。ブラシシールアセンブリ１００は、この時点で第２の部品１０３に完全に固定される。ブラシシールアセンブリ１００を取り除くには、プランジャアセンブリ１１３のねじを延長部１１１から取り外すことができる。また、ブラシシールアセンブリ１００は、プランジャ１１７をスロット１２３から外すことによって取り除くこともできる。プランジャ１１７を外す従来技術には、プランジャアセンブリ１１３の（プランジャ１１７とは反対側の端部である）近位端部にプルレバー、ノブ、またはリング（図示省略）を設けることを含む。作業員は、これらのプルレバー、ノブ、またはリングを操作して、プランジャ１１７をスロット１２３から引き出すことができる。

　軸方向の過渡膨張時には、第２の部品１０３は、ブラシシールアセンブリ１００の性能に影響を及ぼすことなく、第１の部品１０１に対して移動することができる。第２の部品１０３の細長いスロット１２３によって、プランジャアセンブリ１１３がスロット１２３の内部で移動可能になる。

　プランジャアセンブリ１１３は、延長部１１１の穴を完全に塞ぐので、延長部１１１には漏れ通路が存在しない。従って、ブラシシールアセンブリ１００では、上述のブラシシールアセンブリ１０で使用した環状のリング３５が不要である。

　図３は、本発明のまた他の実施例を示す。この図では、ガスタービンエンジンなどの装置の第１の部品２０１と第２の部品２０３との間の間隙を通って流体が流れるのを防止するブラシシールアセンブリ２００を示している。上述の実施例とは異なり、部品２０１,２０３は、共に固定部品であることが好ましい。

　ブラシシールアセンブリ２００は、好ましくは単一の軸方向ブラシシールである。しかし、ブラシシールアセンブリ２００は、図１，図２に示すように各々の部品２０１，２０３に対して別々のブラシシールを使用してもよい。ブラシシールアセンブリ２００は、金属片の溶接などによって背板２０７および（一体型の防風カバーを有する）側板２０９に固定されたブリストルの束２０５を含む。

　ブラシシールアセンブリ２００は、第１の部品２０１の環状のスロット２１１内に設けることができる。スロット２１１は、ブラシシールアセンブリ２００が軸方向の過渡膨張に対応してエンジン内で軸方向（すなわちエンジンの中心線Ｌに平行に）に移動可能になるような寸法であることが好ましい。さらに、スロット２１１は、ブラシシールアセンブリ２００がエンジン内で径方向に移動するのを実質的に制限するような寸法に設けられる。

　スロット２１１は、このスロット２１１と連通するとともに周方向に離間された複数のキー溝２１３を必要に応じて有しうる。これらのキー溝２１３は、背板２０７から径方向に延在するスプライン２１５を受け入れる。この構成によって、ブラシシールアセンブリ２００の回転が防止される。

　図４は、本発明のまた他の実施例を示す。この図では、ガスタービンエンジンなどの装置の第１の部品３０１と第２の部品３０３の間の間隙を通って流体が流れるのを防止するブラシシールアセンブリ３００を示している。第１の部品３０１は、好ましくは回転部品であり、第２の部品３０３は、好ましくは固定部品である。

　上述のブラシシールアセンブリ２００と同様に、ブラシシールアセンブリ３００は、単一の軸方向ブラシシールであることが好ましい。しかし、ブラシシールアセンブリ３００は、各々の部品３０１，３０３に対して別々のブラシシールを使用してもよい。ブラシシールアセンブリ３００は、金属片の溶接などによって背板３０７および（一体型の防風カバーを含む）側板３０９に固定されたブリストルの束３０５を含む。

　延長部３１１が、背板３０７から突出する。環状の延長部３１１は、複数の細長いスロット３１３を備える。これらのスロット３１３は、エンジンの軸方向に延びる。好ましくは、スロット３１３は、ブラシシールの回転を防止するために周方向には延びていない。ボス３１５が、各々のスロット３１３を囲んでいる。ボス３１５およびスロット３１３には、低摩擦コーティングを施すことができ、または低摩擦材料から形成されたブシュ（図示省略）をスロット３１３内に配置することができる。

　止めねじ３１７などの適切な締結具が、スロット３１３を通って延在して、ブラシシールアセンブリ３００を第２の部品３０３に固定する。コイルばね３１９が、締結具３１７を囲む。このばね３１９は、延長部３１１が締結具３１７の頭部から離れて第２の部品３０３に近づくように延長部３１１を付勢する。

　締結具３１７は、ばね３１９を充分に圧縮し、延長部３１１を第２の部品３０３に対して押し付ける。しかし、ばね３１９は、細長いスロット３１３内で締結具３１７を移動可能とすることで、第２の部品３０３がブラシシールアセンブリ３００に対して移動可能になるようにする必要がある。ブラシシールアセンブリ３００は、ブリストルの束３０５に含まれるブリストルのばね率によって、部品３０１，３０３の間の間隙内で中央に位置決めされた状態に保持される。このような位置決め能力により、締結具３１７がスロット３１３内でさらに移動可能になる。

　この装置は、ブラシシールアセンブリ３００の性能に影響を及ぼすことなく、第１の部品３０１に対して第２の部品が移動することを可能とする。延長部３１１に設けられた細長いスロット３１３によって、締結具３１７がスロット３１３の内部で移動可能となっている。換言すると、本発明は、ブラシシールアセンブリ３００が部品３０１，３０３の間で軸方向に浮動することを可能にする。

　本発明を種々の図面に示した好適実施例に関連して説明した。しかし、本発明から逸脱することなく、本発明と同様の機能を実行するために他の類似の実施例を使用したり、開示した実施例の変更や追加を行うことができる。よって、本発明は、単一の実施例に限定されるべきではなく、請求項の記載によって広さや範囲が解釈されるものである。

本発明に係るブラシシールアセンブリの一実施例の断面を示す斜視図である。 本発明に係るブラシシールアセンブリの他の実施例の断面を示す斜視図である。 本発明に係るブラシシールアセンブリのまた他の実施例の断面図である。 本発明に係るブラシシールアセンブリのまた他の実施例の断面を示す斜視図である。

符号の説明

　１０…ブラシシールアセンブリ
　１１…間隙
　１３…第１の部品
　１５…第２の部品
　１７…リング
　１９…ブリストルの束
　２１…背板
　２３…側板
　２５…延長部
　２７…スロット
　２９…ブシュ
　３１…止めねじ
　３３…ばね
　３５…環状のリング
　

Claims (19)

1. 　第１の部品と第２の部品との間の間隙をシールするブラシシールアセンブリであって、
   　本体と、
   　前記本体から延在するブリストルと、
   　前記本体から延在するとともに細長いスロットを備える延長部と、を有し、
   　前記ブラシシールアセンブリは、前記第１の部品と前記第２の部品との間に取り付けられたときに、前記スロットによって前記間隙内で浮動可能となることを特徴とするブラシシールアセンブリ。
2. 　前記ブラシシールアセンブリは、前記間隙内で軸方向に浮動可能であることを特徴とする請求項１記載のブラシシールアセンブリ。
3. 　前記ブラシシールは、軸方向ブラシシールであることを特徴とする請求項１記載のブラシシールアセンブリ。
4. 　前記ブラシシールを付勢するばねをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のブラシシールアセンブリ。
5. 　前記ばねは、前記ブラシシールを前記第２の部品に対して付勢していることを特徴とする請求項４記載のブラシシールアセンブリ。
6. 　前記ばねは、前記第２の部品から離れるように前記ブラシシールを付勢していることを特徴とする請求項４記載のブラシシールアセンブリ。
7. 　第１の部品と第２の部品との間の間隙をシールする軸方向ブラシシールアセンブリであって、
   　本体と、
   　前記本体から延在するブリストルと、
   　前記間隙内で前記ブラシシールアセンブリを軸方向に移動可能とする手段と、を有することを特徴とする軸方向ブラシシールアセンブリ。
8. 　前記移動可能とする手段は、前記本体から延在する延長部を含み、この延長部は、軸方向に延びるスロットを備えていることを特徴とする請求項７記載の軸方向ブラシシールアセンブリ。
9. 　前記移動可能とする手段は、細長いスロットを含むことを特徴とする請求項７記載の軸方向ブラシシールアセンブリ。
10. 　前記第２の部品が、前記細長いスロットを含み、前記ブラシシールアセンブリは、前記スロット内に延在する部材を含むことを特徴とする請求項９記載の軸方向ブラシシールアセンブリ。
11. 　前記第２の部品が、前記細長いスロットを含み、前記ブラシシールアセンブリは、前記細長いスロット内に設けられることを特徴とする請求項９記載の軸方向ブラシシールアセンブリ。
12. 　第１の部品と、
    　前記第１の部品から軸方向に離間された第２の部品と、
    　前記第１の部品と前記第２の部品との間に移動可能に取り付けられた軸方向ブラシシールアセンブリと、を有し、
    　前記ブラシシールアセンブリは、軸方向に移動可能であることを特徴とする装置。
13. 　前記ブラシシールアセンブリは、前記第１の部品と前記第２の部品とに接触するブリストルを含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 　前記ブラシシールを付勢するばねをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
15. 　前記装置は、ガスタービンエンジンであることを特徴とする請求項１２記載の装置。
16. 　第１の部品と第２の部品との間の間隙をシールする方法であって、
    　前記第１の部品と前記第２の部品との間に軸方向ブラシシールアセンブリを配置し、
    　前記ブラシシールアセンブリを前記間隙内で浮動可能とすることを含むことを特徴とする方法。
17. 　浮動可能とすることは、前記ブラシシールを前記間隙内で軸方向に浮動可能とすることを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 　浮動可能とすることは、前記ブラシシールに付勢力を加えることを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
19. 　付勢力を加えることは、前記ブラシシールにばねの付勢力を加えることを含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
    　

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