JP2005076637A

JP2005076637A - 回転タービンシャフト間をシールするのを可能にする方法及び装置

Info

Publication number: JP2005076637A
Application number: JP2004253720A
Authority: JP
Inventors: Jerry Lynn Cabe; ジェリー・リン・ケイブ; Osman Saim Dinc; オスマン・サイム・ディンク
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2005-03-24
Also published as: US6887038B2; EP1512840B1; CN100404819C; EP1512840A2; EP1512840A3; CN1590735A; US20050047911A1

Abstract

【課題】本発明は、第１の回転シャフト（４２）及び第２の回転シャフト（４４）を含むガスタービンエンジン（１０）用のシール組立体（６０）を提供する。
【解決手段】本シール組立体は、ブラシシール（７０）と該ブラシシールから外向きに延びる複数のシール突起（７２）とを含む。ブラシシールは、複数のシール突起が第２の回転シャフトに接触して第１及び第２の回転シャフト間をシールするのを可能にするように、第１の回転シャフトにシール状態で結合される。ブラシシール（７０）が第１の回転シャフト（４２）と共に回転する。
【選択図】図２

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンロータ組立体に用いるシール組立体に関する。

少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、直列の流れ配置で、エンジンに流入する空気流を加圧するファン組立体及び高圧圧縮機と、燃料−空気混合気を燃焼させる燃焼器とを有するコアエンジンを含み、燃焼空気流は次ぎに、各々が複数のロータブレードを備えた低圧及び高圧タービンに向けて導かれ、これらロータブレードが燃焼器から流出する空気流から回転エネルギーを取り出す。高圧圧縮機は、シャフトによって高圧タービンに連結されている。

ロータシャフト間をシールするのを可能にするために、少なくとも一部の公知のタービンは、流体を所定の位置の内部に閉じ込めるのを可能にする複数のシール組立体を含む。例えば、少なくとも一部の公知のエンジンは、内側及び外側ロータシャフトを支持する軸受を潤滑するためにオイルミストで満たされた軸受区画を含む。内側及び外側シャフトは、該シャフトを冷却するのに用いられる作動流体で満たすことができる間隙によって分離される。シール組立体を用いてオイルミストがシャフト間に形成された間隙内に漏洩するのを防止する。

少なくとも一部の公知のシール組立体は、第１のロータシャフトに結合された第１の部分と第２のロータシャフトに結合された第２の部分とを含む。しかしながら、両方のシール組立体部分は独立して回転しているので、熱的力、機械的力及び遠心力がロータシャフトのどちらか一方或いは両方に生じた時、このようなシール組立体は漏洩を生じ易い。別の公知のシール組立体は、エンジンフレームのようなロータシャフト間の静止構造体に取付けられた第１のシール部分と、ロータシャフトの１つに取付けられた第２の部分とを含む。シャフト間の空間は限られているため、このようなシール組立体は、一般的にシャフトの端部付近のみで用いられ、そのために、ロータシャフトに生じる熱的力、遠心力及び／又はジャイロ力によって引き起こされるたわみ及び／又はロータ偏倚運動にも曝される可能性がある。
特開２０００−１７９３５７号公報

１つの態様では、ガスタービンエンジンを組立てる方法を提供する。この方法は、ブラシシールと複数のシールブリストルとを含むシール組立体を第１の回転シャフトに結合する段階と、シール組立体を、シールブリストルがガスタービンエンジン作動時に第２の回転シャフトに接触して第１及び第２の回転シャフト間をシールするのを可能にするように、配置する段階とを含む。

別の態様では、第１の回転シャフト及び第２の回転シャフトを含むガスタービンエンジン用のシール組立体を提供する。このシール組立体は、ブラシシールと該ブラシシールから外向きに延びる複数のシール突起とを含む。ブラシシールは、複数のシール突起が第２の回転シャフトに接触して第１及び第２の回転シャフト間をシールするのを可能にするように、第１の回転シャフトにシール状態で結合される。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。このエンジンは、第１の回転シャフトと、第２の回転シャフト（４４）と、第１及び第２の回転シャフト間で延びて該第１及び第２の回転シャフト間に形成された間隙を通り抜ける漏洩を防止するのを可能にするシール組立体とを含む。シール組立体は、ブラシシールと該ブラシシールから外向きに延びる複数のシール突起とを含む。ブラシシールは、複数のシール突起が第２の回転シャフトに接触して第１及び第２の回転シャフト間をシールするのを可能にするように、第１の回転シャフトにシール状態で結合される。

図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はさらに、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２とタービン２０とは、第１のシャフト２４によって連結され、また圧縮機１４とタービン１８とは、第２のシャフト２６によって連結される。１つの実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナティ所在のゼネラル・エレクトリック社から入手可能なＧＥ９０型である。

作動中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流は、タービン１８及び２０を駆動した後にガスタービンエンジン１０から流出する。

図２は、ガスタービンエンジン１０に用いることができるロータ組立体４０の一部の部分拡大断面図である。当技術分野では公知なように、エンジン１０はさらに、エンジン１０を通って縦方向に延びるステータ組立体（図示せず）を含む。ロータ組立体４０は、ステータ組立体と協働しており、半径方向内側ロータシャフト４２及び半径方向外側ロータシャフト４４を含む。この例示的な実施形態では、ロータシャフト４２及び４４は、同軸であり、またエンジン作動時に第２のロータシャフト４４が回転する第２の方向と反対の第１の方向に第１のロータシャフト４２が回転するような二重反転式になっている。別の実施形態では、第１のロータシャフト４２と第２のロータシャフト４４とは、同時回転しており、各シャフト４２及び４４は同一方向に回転する。

シャフト４２及び４４は、それらの間に間隙５０が形成されるように半径方向に間隔を置いて配置される。間隙５０は、圧縮機１４のような圧縮機から供給される作動媒体ガスで満たされて、シャフト４２及び４４を冷却するのを可能にする。この例示的な実施形態では、間隙５０は、シャフト４２及び４４を冷却するのに用いる寄生的（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）二次空気で満たされる。

シャフト間シール組立体６０は、間隙５０にわたって延びて、作動媒体ガスが間隙５０から漏出するのを防止することを可能にする。さらに、シール６０は、間隙５０にわたって延びて、オイルミストのような他の流体が下流方向に流れて間隙５０内に流れ込むのを防止することを可能にする。例えば、この例示的な実施形態では、シール組立体６０の上流の区画６２をオイルミストで満たして、区画６２内部に収納された軸受のような構成部品（図示せず）を潤滑するのを可能にすることができる。シール組立体６０は、寄生的二次空気が区画６２内に漏洩するのを防止することを可能にし、またオイルミストが間隙５０内に漏洩するのも防止する。

シール組立体６０は、ブラシシール７０と該シール７０から半径方向外向きに突出した複数の可撓性シール部材７２とを含む。この例示的な実施形態では、シール部材７２は、ブラシシール７０と一体に形成されかつブラシシール７０からほぼ垂直に延びる複数のブラシブリストル７０である。

ブラシシール７０は、環状であり、実質的にシール接触した状態で内側ロータシャフト４２の周りで円周方向に延びる。この例示的な実施形態では、ファスナ組立体８０が、ロータシャフト４２から外向きに延びる受け部８２に押し当ててブラシシール７０を保持して、シール７０がロータシャフト４２と共にかつ該ロータシャフト４２と同一回転速度で回転するようになる。別の実施形態では、ブラシシール７０は、シャフト４２ではなくシャフト４４に結合される。より具体的には、ブラシシール７０が半径方向内側シャフト４２に対して所定の位置に結合された時、シール部材７２は、外側シャフト４４に向かってほぼ半径方向外向きに延びる。この例示的な実施形態では、シール組立体６０がシャフト４２及び４４に対して所定の位置に結合された時、ブラシシール７０は、内側シャフト４２の上流及び下流端部（図示せず）の中間で該シャフト４２に外接し、またシール部材７２は、外側シャフト４４の上流及び下流端部（図示せず）の中間で実質的にシール接触した状態で該シャフト４４に接触する。従って、シール組立体６０は、シャフト間シール組立体として知られている。

作動時、ブラシシール７０は、内側シャフト４２と共にかつ該内側シャフト４２と同一回転速度で回転する。さらに、シール部材７２はブラシシール７０から半径方向の外向きに延びているので、シャフト４２の回転時にブラシシール７０が回転すると、シール部材７２は、外側シャフト４４の内側シャフト４２に対する回転方向に関係なく外側シャフト４４に近接した状態に保たれる。さらに、シール部材７２は、エンジン作動時に、シール組立体６０或いはシャフト４２及び／又はシャフト４４に生じる力に関係なく外側シャフト４４に近接した状態に保たれる。従って、シール組立体６０は、熱的力、遠心力及び／又はジャイロ力によるたわみ及びロータ偏倚運動に対してコンプライアンス性をもつことが可能になる。さらに、ブラシシール７０がロータシャフト４２に結合されるので、ブラシシール７０及びシール部材７２は、ロータ作動時にロータ速度及びシール組立体６０に生じる遠心力に殆ど影響されない。従って、シール部材７２とシャフト４４との間でシール接触を維持することが可能になり、シール組立体６０を越える漏洩を、他の公知のシャフト間シール組立体に比べて減少させることが可能になる。さらに、シール組立体６０は静止支持構造体に結合されないので、シール組立体６０に対する取り付け位置は、他の公知のシャフト間シール組立体と比較してそれほど制限されない。従って、シール組立体６０は、ロータ組立体４０の有効寿命を延ばすのを可能にする。

上記のシャフト間シール組立体は、コスト効果がありかつ高い信頼性がある。本シャフト間シール組立体は、ブラシシールと該ブラシシールから外向きに延びる複数のシール部材とを含む。ブラシシールは、シール部材が第２のシャフトに向かって延びるように、シール接触した状態で第１のロータシャフトに結合される。シール組立体は第１のシャフトと共に回転するので、シール部材は、シャフトのいずれかの回転速度又は回転方向に関係なく第２のシャフトに近接した状態に保たれる。従って、シール組立体は、ロータ速度及び遠心力に影響されない。さらに、シール構成は、静止支持構造体を必要とせずに、シャフト間位置において両シャフト間に形成された間隙内へのまた該間隙からの漏洩を減少させることを可能にする。その結果、シャフト間シール組立体は、コスト効果がありかつ信頼性がある方法でタービンロータ組立体の有効寿命を延ばすことを可能にする。

以上、ロータ組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。本ロータ組立体は、本明細書に説明した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各組立体の構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に使用することができる。例えば、各シャフト間シール組立体構成要素は、他のシャフト間シール組立体構成要素及び他のロータ組立体と組み合わせて使用することができる。

本発明を種々の特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは当業者には明らかであろう。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。

ガスタービンエンジンの概略図。図１に示すガスタービンエンジンに用いることができるロータ組立体の一部分の部分拡大断面図。

符号の説明

４０ロータ組立体
４２第１のロータシャフト
４４第２のロータシャフト
５０間隙
６０シャフト間シール組立体
６２上流区画
７０ブラシシール
７２シール部材
８０ファスナ組立体
８２受け部

Claims

第１の回転シャフト（４２）及び第２の回転シャフト（４４）を含むガスタービンエンジン（１０）用のシール組立体（６０）であって、
ブラシシール（７０）と、
前記ブラシシールから外向きに延びる複数のシール突起（７２）と、を含み、
前記ブラシシールは、前記複数のシール突起が前記第２の回転シャフトに接触して第１及び第２の回転シャフト間をシールするのを可能にするように、前記第１の回転シャフトにシール状態で結合される、
シール組立体（６０）。
前記ブラシシール（７０）が前記第１の回転シャフト（４２）と共に回転する、請求項１記載のシール組立体（６０）。
前記第１の回転シャフト（４２）が一対の対向する端部を含み、前記ブラシシール（７０）が、前記第１のシャフト両端部の中間で該第１の回転シャフトに結合される、請求項１記載のシール組立体（６０）。
前記第２の回転シャフト（４４）が一対の対向する端部を含み、前記複数のシール突起（７２）が、前記第２のシャフト両端部の中間で該第２のシャフトに接触する、請求項１記載のシール組立体（６０）。
前記複数の突起（７２）が、前記ブラシシール（７０）と一体に形成された複数のブリストルを含む、請求項１記載のシール組立体（６０）。
前記複数のシール突起（７２）が、熱的力、遠心力及びジャイロ力により前記シール組立体を通り抜ける漏洩を減少させるのを可能にする、請求項１記載のシール組立体（６０）。
第１の回転シャフト（４２）と、
第２の回転シャフト（４４）と、
前記第１及び第２の回転シャフト間で延びて該第１及び第２の回転シャフト間に形成された間隙（５０）を通り抜ける漏洩を防止するのを可能にするシール組立体（６０）と、を含み、
前記シール組立体が、ブラシシール（７０）と前記ブラシシールから外向きに延びる複数のシール突起（７２）とを含み、前記ブラシシールが、前記複数のシール突起が前記第２の回転シャフトに接触して第１及び第２の回転シャフト間をシールするのを可能にするように、前記第１の回転シャフトにシール状態で結合される、
ガスタービンエンジン（１０）。
前記シール組立体のブラシシール（７０）が、前記第１の回転シャフト（４２）と共に回転する、請求項７記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記第１の回転シャフト（４２）が第１の方向に回転し、前記第２の回転シャフト（４４）が、前記第１の回転方向と反対の第２の方向に回転する、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記第１及び第２の回転シャフト（４２、４４）が、同一回転方向に回転する、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）。