JP2009019608A - ハイドロリックシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】オイル溜まりの冷却効率を高めるハイドロリックシール構造を提供することを目的にする。
【解決手段】低速回転軸２の外周から外方に向かって形成されるフランジ２２と、フランジ２２を囲むよう高速回転軸４に形成されて下流空間室２７を構成するフランジ受部２３と、フランジ受部２３から延在して上流空間室３２を構成する入側受部２９と、上流空間室３２と下流空間室２７を連通する貫通孔３４とを備え、
高速回転軸４の回転の際には、高速回転軸４の回転に伴う遠心力により、上流空間室３２に上流側オイル溜まり３６を形成すると共に、下流空間室２７に下流側オイル溜まり３７を形成し、更に、オイルは、上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流下し、下流側オイル溜まり３７から流出するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの高速回転軸と低速回転軸の間をシール状態にするハイドロリックシール構造に関する。

一般に、ジェットエンジン等のガスタービンエンジンは、空気を取り入れるように上流側に配置される高圧コンプレッサ及び低圧コンプレッサと、燃焼ガスにより回転駆動する高圧タービン及び低圧タービンと、高圧タービンの回転力を高圧コンプレッサに伝達する高速回転軸と、高速回転軸の内側で同軸上に配置され且つ低圧タービンの回転力を低圧コンプレッサに伝達する低速回転軸とを備えている。

又、高速回転軸と低速回転軸の間には、高圧雰囲気を維持するハイドロリックシール構造が形成されている場合がある。

図５に示す如く、ハイドロリックシール構造１は、低速回転軸２の外周面２ａから外方に向かって形成されるフランジ３と、フランジ３を外周側で囲むように高速回転軸４の外周に形成されるフランジ受部５とを備えており、フランジ受部５は、高速回転軸４の外周端から径方向で外方へ向かって形成される壁面状の支持部６と、支持部６から高速回転軸４の延在方向と略平行に形成される外周部７と、外周部７の先端から低速回転軸２のフランジ３を挟み込むよう低速回転軸２の外周面２ａに向かって配置される壁面状の側面部８とを備え、フランジ３の両面側に所定幅の空間室９を構成すると共に、側面部８の下端と低速回転軸２の外周面２ａとの間に、空間室９と低速回転軸２側の外部とを連通する開口１０を形成している。

又、ハイドロリックシール構造１は、低速回転軸２側でフランジ受部５に隣接するようにオイルノズル１１を備え、オイルノズル１１は、下方の噴射口（図示せず）より、開口１０へ向けてオイルを噴射するようになっている。ここで、図中、１２は低速回転軸２に接するベアリング、１３はベアリング１２を支持するベアリング支持部、１４はオイル漏れを防止するシール部材を示している。

ガスタービンエンジンを駆動する際には、高速回転軸４の回転に伴う遠心力により、空間室９にオイル溜まり１５を形成し、フランジ３とフランジ受部５の間をシール状態にし、低速回転軸２と高速回転軸４の間を高圧雰囲気で保持するようにしている。

次に、オイルノズル１１からオイルを噴射し、オイルを、開口１０を介してオイル溜まり１５へ流入させ、更にオイル溜まり１５内で循環をさせてから同じ開口１０より排出し、フランジ３とフランジ受部５の相対速度の差により生じるオイル溜まり１５の発熱による温度上昇、特に図６に示す如くフランジ３の発熱ｈ１やフランジ受部５の発熱ｈ２による温度上昇を抑制するようにしている。

ここで、上記したハイドロリックシール構造としては、特許文献１及び特許文献２に示されるものがある。
特開２００３−２８６８０６号公報 特開２００３−２１４１１１号公報

しかしながら、このようなハイドロリックシール構造１は、図６に示す如く、オイル溜まり１５への流入と排出が同じ開口１０であるため、オイル溜まり１５のオイルの排出が阻害され、オイル溜まり１５の冷却効率が十分でないという問題があった。又、オイルノズル１１から噴射されたオイルは、オイル溜まり１５の奥まで循環することなく排出されるため、オイル溜まり１５の奥に位置する部分を十分に冷却できず、冷却のために多くのオイルが必要となる問題があった。

本発明は、オイル溜まりの冷却効率を高めるハイドロリックシール構造を提供しようとするものである。

本発明は、低速回転軸の外周から外方に向かって形成されるフランジと、該フランジを外周側で囲むよう高速回転軸に形成され且つフランジとの間に下流空間室を構成するフランジ受部と、前記フランジ受部から延在して上流空間室を構成する入側受部と、前記上流空間室と下流空間室を連通する貫通孔と、前記入側受部の上流空間室へ向かってオイルを噴射するオイル供給手段とを備え、
前記高速回転軸の回転時には、遠心力により、上流空間室に上流側オイル溜まりを形成すると共に、下流空間室に下流側オイル溜まりを形成し、更に前記オイル供給手段によって噴射されたオイルは、上流側オイル溜まりから貫通孔を介して下流側オイル溜まりへ流下し、下流側オイル溜まりから流出するように構成されたことを特徴とするハイドロリックシール構造に係るものである。

本発明において、前記フランジ受部は、高速回転軸の外周から外方に向かって形成される支持部と、支持部から高速回転軸の延在方向に沿って配置される下流側外周部と、下流側外周部から低速回転軸のフランジを挟み込むよう低速回転部の外周に向かって配置される側面部とを備え、
前記入側受部は、フランジ受部の支持部から高速回転軸の延在方向に沿って配置される上流側外周部と、上流側外周部から高速回転軸の外周に向かって配置される側面部とを備えることが好ましい。

本発明において、前記オイル供給手段は、上流空間室の上流側開口に向かってオイルを噴射するように配置されることが好ましい。

本発明において、前記貫通孔は、回転軸線の径方向でフランジの外周先端よりも外方に配置されることが好ましい。

本発明は、前記上流空間室に、オイルに遠心力を発生させるフィンを備えることが好ましい。

本発明において、フィンは、オイルを貫通孔へ誘導するように径方向に対して傾斜を設けて構成されることが好ましい。

本発明のハイドロリックシール構造によれば、オイルを上流側オイル溜まりから貫通孔を介して下流側オイル溜まりへ流下させ、更に下流側オイル溜まりから流出させるので、オイル溜まりへのオイルの流入と排出が同じ開口である場合と異なり、オイルの流入と排出を別々にして下流側オイル溜まりの冷却効率を高め、オイル溜まりの温度上昇を抑制することができる。又、オイルを上流側オイル溜まりから貫通孔を介して下流側オイル溜まりへ流下させるので、オイル溜まりの奥に位置する部分にオイルが流下してオイル溜まりを冷却し、オイル溜まりの奥に位置する部分の温度上昇を適切に抑制することができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明を実施する形態の第一例を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明のハイドロリックシール構造を実施する形態の第一例であり、図５、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

ハイドロリックシール構造２１は、低速回転軸２の外周面から外方に向かって形成されるフランジ２２と、フランジ２２を外周側で囲むよう高速回転軸４の外周に形成されるフランジ受部２３とを備えており、フランジ受部２３は、高速回転軸４の外周端から径方向で外方へ向かって形成される壁面状の支持部２４と、支持部２４から高速回転軸４の延在方向と略平行に形成される下流側外周部２５と、下流側外周部２５の端部から低速回転軸２のフランジ２２を挟み込むよう低速回転軸２の径方向で外周面２ａに向かって配置される壁面状の側面部２６とを備え、フランジ２２の両面との間に、所定幅の下流空間室２７を構成すると共に、側面部２６の下端と低速回転軸２の外周面２ａとの間に、下流空間室２７と低速回転軸２側の外部とを連通する下流側開口２８を形成している。

又、ハイドロリックシール構造２１は、高速回転軸４側でフランジ受部２３に隣接するよう、フランジ受部２３から延在する入側受部２９を備えており、入側受部２９は、フランジ受部２３の下流側外周部２５と連なるよう、支持部２４から下流側外周部２５と反対側へ高速回転軸４の延在方向に沿って配置される上流側外周部３０と、上流側外周部３０の端部から高速回転軸４の径方向で外周面４ａに向かって配置される壁面状の側面部３１とを備え、入側受部２９に、高速回転軸４の外周面４ａに対向する所定容積の上流空間室３２を構成すると共に、側面部３１の下端と高速回転軸４の外周面４ａとの間に、上流空間室３２と高速回転軸４側の外部とを連通する上流側開口３３を形成している。

ここで、支持部２４は、上流空間室３２と下流空間室２７を連通するよう、高速回転軸４の径方向で外方寄りに位置し且つ周方向に沿って所定の間隔で形成される複数の貫通孔３４を備えており、貫通孔３４は、低速回転軸２及び高速回転軸４による回転軸線Ｓの径方向でフランジ２２の外周先端よりも外方に配置するように、回転軸線Ｓから形成位置までの距離Ｒ１を、回転軸線からフランジ２２の外周先端までの距離Ｒ０よりも長くし（Ｒ１＞Ｒ０）、フランジ２２と支持部２４との隙間から何らかの理由で空気が下流空間室２７に流れ込む場合であっても、空気がフランジ２２の先端側から下流空間室２７側へ流下し、貫通孔３４には空気が流れ込まないようになっている。

更に、ハイドロリックシール構造２１は、高速回転軸４側（低速回転軸２と反対側）で入側受部２９に隣接するようにオイル供給手段のオイルノズル３５を備え、オイルノズル３５は、下方の噴射口（図示せず）より、上流側開口３３へ向かってオイルを噴射するようになっている。

以下本発明のハイドロリックシール構造２１を実施する形態の第一例の作用を説明する。

低速回転軸２及び高速回転軸４を駆動して回転させる際には、高速回転軸４の回転に伴う遠心力により、上流空間室３２に上流側オイル溜まり３６を形成して貫通孔３４をオイルで満たすと共に、下流空間室２７に下流側オイル溜まり３７を形成してフランジ２２の先端とフランジ受部２３との間を塞ぎ、低速回転軸２のフランジ２２と高速回転軸４のフランジ受部２３の間をシール状態にして高圧雰囲気を保持する。

更に、オイルノズル３５の噴射口（図示せず）からオイルを噴射し、オイルを、上流側開口３３から上流側オイル溜まり３６へ給油し、次いで上流側オイル溜まり３６のオイルを貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流入させ、更に下流側オイル溜まり３７の奥部から排出側（低圧雰囲気の発熱部）へ流下させて下流側オイル溜まり３７の全体を冷却し、下流側開口２８から排出させる。

ここで、上流側オイル溜まり３６は、高速回転軸４の高速回転の影響のみを受けて高圧状態になり、下流側オイル溜まり３７は、高速回転軸４の高速回転と低速回転軸２の低速回転との影響を受けて低圧状態になり、上流側オイル溜まり３６と下流側オイル溜まり３７の間には差圧を生じてオイルが上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ向かうようになっている。又、上流側オイル溜まり３６は、高速回転軸４の回転の影響のみを受け、下流側オイル溜まり３７の如き発熱は生じないようになっている。

このように、実施の形態の第一例によれば、フランジ受部２３から延在して上流空間室３２を構成する入側受部２９と、入側受部２９の上流空間室３２へ向かってオイルを噴射するオイル供給手段のオイルノズル３５と、上流空間室３２からフランジ受部２３の下流空間室２７を連通する貫通孔３４とを備え、オイルを上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流下させ、更に下流側オイル溜まり３７から流出させるので、オイル溜まり１５（図６参照）へのオイルの流入と排出が同じ開口である従来の場合と異なり、オイルの流入と排出を上流側開口３３と下流側開口２８で別々にして下流側オイル溜まり３７の冷却効率を高め、下流側オイル溜まり３７の温度上昇を抑制することができる。特に、オイルを貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７の下流側開口２８へ流下させて下流側オイル溜まり３７の全体を冷却するので、冷却効率を高めて下流側オイル溜まり３７の温度上昇、フランジ２２の温度上昇、フランジ受部２３の温度上昇を抑制することができる。ここで、従来の構造において、入側受部２９を設けることなく、支持部６（図６参照）に単に貫通孔３４を形成し、且つオイルノズル３５を設けたのみでは、オイル溜まり１５にオイルが流入せず、結果的に従来例と同じ問題を生じる。

又、オイルを上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流下させるので、下流側オイル溜まり３７の奥に位置する部分（フランジ２２の先端及び側面部２６の奥側内方面）にオイルを流下させ、下流側オイル溜まり３７の奥に位置する部分の温度上昇を抑制することができる。

更に、上流側オイル溜まり３６のオイルが差圧により貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７に確実に供給されるので、低速回転軸２のフランジ２２と高速回転軸４のフランジ受部２３の間のシール状態を適切に保持すると共に、冷却効率が上がりオイルノズル３５のオイル供給量を低減することができる。更に又、オイルを、貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ供給するので、オイルは下流側オイル溜まり３７の隅々（全体）まで流下し、下流側オイル溜まり３７の温度分布を均一にするように冷却し、結果的に、高速運転時においても下流側オイル溜まり３７の温度が安定し、シール状態を適切に保持することができる。

実施の形態の第一例において、フランジ受部２３は、高速回転軸４の外周面４ａから外方に向かって形成される支持部２４と、支持部２４から高速回転軸４の延在方向に沿って配置される下流側外周部２５と、下流側外周部２５から低速回転軸２のフランジ２２を挟み込むよう低速回転軸２の外周に向かって配置される側面部２６とを備え、入側受部２９は、フランジ受部２３の支持部２４から高速回転軸４の延在方向に沿って配置される上流側外周部３０と、上流側外周部３０から高速回転軸４の外周に向かって配置される側面部３１とを備えると、上流側オイル溜まり３６及び下流側オイル溜まり３７を適切に形成し、オイルを、上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７の下流側開口２８へ流下させるので、下流側オイル溜まり３７を好適に冷却し、下流側オイル溜まり３７の温度上昇、フランジ２２の温度上昇、フランジ受部２３の温度上昇を一層抑制することができる。

実施の形態の第一例において、オイル供給手段のオイルノズル３５は、上流空間室３２の上流側開口３３に向かってオイルを噴射するように配置されると、上流側オイル溜まり３６にオイルを適切に供給して貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７の下流側開口２８へ流下させるので、下流側オイル溜まり３７を好適に冷却し、下流側オイル溜まり３７の温度上昇、フランジ２２の温度上昇、フランジ受部２３の温度上昇を一層抑制することができる。

実施の形態の第一例において、貫通孔３４は、回転軸線Ｓの径方向でフランジ２２の外周先端よりも外方に配置されると、フランジ２２と支持部２４との隙間から何らかの理由で空気が下流側溜まりに流れ込む場合であっても、空気がフランジ２２の先端から下流側へ流下し、貫通孔３４には空気が流れ込まないので、シール状態が破断するようなシールブレイクを確実に防止し、シール状態を適切に保持すると共に、下流側オイル溜まり３７を好適に冷却することができる。

以下、本発明を実施する形態の第二例を添付図面を参照して説明する。
図２〜４は本発明のハイドロリックシール構造４１を実施する形態の第二例であって、第一例の上流空間室３２の構造を変形したものであり、第一例と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

第二例のハイドロリックシール構造４１は、第一例と略同様に、低速回転軸２の外周面から外方に向かって形成されるフランジ２２と、フランジ２２を外周側で囲むよう高速回転軸４に形成されるフランジ受部２３と、フランジ受部２３から延在する入側受部２９と、上流空間室３２と下流空間室２７を連通する複数の貫通孔３４と、高速回転軸４側（低速回転軸２と反対側）で入側受部２９に隣接するオイル供給手段のオイルノズル３５とを備えている。

高速回転軸４側でフランジ受部２３に隣接する入側受部２９は、第一例と略同様に、フランジ受部２３の下流側外周部２５と連なるよう支持部２４から下流側外周部２５と反対側へ高速回転軸４の延在方向に沿って配置される上流側外周部３０と、上流側外周部３０の端部から高速回転軸４の外周面４ａに向かって配置される壁面状の側面部３１とを備え、支持部２４、上流側外周部３０、側面部３１に囲まれる部分に、高速回転軸４の外周面４ａに対向する所定容積の上流空間室３２を構成すると共に、側面部３１の下端と高速回転軸４の外周面４ａとの間に、上流空間室３２と高速回転軸４側の外部とを連通する上流側開口３３を形成している。

又、複数の貫通孔３４は、高速回転軸４の径方向で外方寄りに位置するように支持部２４に形成され且つ周方向に沿って所定の間隔で配置されており、上流空間室３２には、図３に示す如く、複数の貫通孔３４に対応するよう、回転方向で貫通孔３４の後方に位置し且つ高速回転軸４の径方向に沿って外周端から内方に向かって所定長さで形成されるフィン４２が備えられている。ここで、フィン４２の他の例としては、図４に示す如く、外周端から内方に向い且つ径方向に対して内方側を高速回転軸４の回転方向に傾斜させるフィン４３がある。なお、図４では径方向から角度αで傾斜していることを示している。

以下本発明のハイドロリックシール構造４１を実施する形態の第二例の作用を説明する。

低速回転軸２及び高速回転軸４を駆動して回転させる際には、高速回転軸４の回転に伴う遠心力により、上流空間室３２に上流側オイル溜まり３６を形成して貫通孔３４をオイルで満たすと共に、下流空間室２７に下流側オイル溜まり３７を形成してフランジ２２の先端とフランジ受部２３との間を塞ぎ、低速回転軸２のフランジ２２と高速回転軸４のフランジ受部２３の間をシール状態にして高圧雰囲気を保持する。この時、上流空間室３２ではフィン４２によりオイルに遠心力を更に発生させ、上流側オイル溜まり３６を適切に形成している。

更に、オイルノズル３５の噴射口（図示せず）からオイルを噴射し、オイルを、上流側開口３３から上流側オイル溜まりへ給油し、次いで上流側オイル溜まり３６のオイルを貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流入させ、更に下流側オイル溜まり３７の奥部から排出側（低圧雰囲気の発熱部）へ流下させて下流側オイル溜まり３７の全体を冷却し、下流側開口２８から排出させる。ここで、上流空間室３２には、フィン４２により、貫通孔３４をオイルで確実に満たすように上流側オイル溜まり３６を形成し、オイルを上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４へ好適に流すようにしている。又、図４の如く、フィン４３を傾斜させた場合には、フィン４３によりオイルを貫通孔３４へ誘導し、オイルを上流側オイル溜まり３６から貫通孔３４へ好適に流すようにしている。

このように、実施の形態の第二例によれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。

又、上流空間室３２に、オイルに遠心力を発生させるフィン４２を備えると、上流空間室３２の上流側オイル溜まり３６を適切に構成するので、オイルを貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流下させ、下流側オイル溜まり３７全体を適切に冷却し、オイル溜まりの温度上昇、フランジ２２の温度上昇、フランジ受部２３の温度上昇を抑制することができる。特に、上流側オイル溜まり３６の形状等によって、オイルの流速が上流空間室３２の移動速度よりも遅くなり、想定した圧力が得られない場合であっても、フィン４２によりオイルに遠心力を発生させて圧力を高めるので、オイルを貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７の下流側開口２８まで適切に流下させることができる。

更に、フィン４３は、オイルを貫通孔３４へ誘導するように径方向に対して傾斜を設けて構成されると、上流空間室３２の上流側オイル溜まり３６を貫通孔３４へ適切に誘導するので、オイルを貫通孔３４を介して下流側オイル溜まり３７へ流下させ、下流側オイル溜まり３７全体を適切に冷却し、オイル溜まりの温度上昇、フランジ２２の温度上昇、フランジ受部２３の温度上昇を抑制することができる。

なお、本発明のハイドロリックシール構造は、上記の構成に限定されるものでなく、上流側オイル溜まりから貫通孔を介して下流側オイル溜まりへオイルを流下させるならば他の構成でもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のハイドロリックシール構造の第一例を示す概念図である。 本発明のハイドロリックシール構造の第二例を示す概念図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。 図３においてフィンを他の例に変形したものを示す概念図である。 従来のハイドロリックシール構造を示す概念図である。 ハイドロリックシール構造に発熱を生じる状態を示す概念図である。

符号の説明

２ 低速回転軸
４ 高速回転軸
２２ フランジ
２３ フランジ受部
２４ 支持部
２５ 下流側外周部
２６ 側面部
２７ 下流空間室
２９ 入側受部
３０ 上流側外周部
３１ 側面部
３２ 上流空間室
３４ 貫通孔
３５ オイルノズル(オイル供給手段)
３６ 上流側オイル溜まり
３７ 下流側オイル溜まり
４２ フィン
４３ フィン
Ｓ 回転軸線

Claims (6)

1. 低速回転軸の外周から外方に向かって形成されるフランジと、該フランジを外周側で囲むよう高速回転軸に形成され且つフランジとの間に下流空間室を構成するフランジ受部と、前記フランジ受部から延在して上流空間室を構成する入側受部と、前記上流空間室と下流空間室を連通する貫通孔と、前記入側受部の上流空間室へ向かってオイルを噴射するオイル供給手段とを備え、
   前記高速回転軸の回転時には、遠心力により、上流空間室に上流側オイル溜まりを形成すると共に、下流空間室に下流側オイル溜まりを形成し、更に前記オイル供給手段によって噴射されたオイルは、上流側オイル溜まりから貫通孔を介して下流側オイル溜まりへ流下し、下流側オイル溜まりから流出するように構成されたことを特徴とするハイドロリックシール構造。
2. 前記フランジ受部は、高速回転軸の外周から外方に向かって形成される支持部と、支持部から高速回転軸の延在方向に沿って配置される下流側外周部と、下流側外周部から低速回転部のフランジを挟み込むよう低速回転部の外周に向かって配置される側面部とを備え、
   前記入側受部は、フランジ受部の支持部から高速回転軸の延在方向に沿って配置される上流側外周部と、上流側外周部から高速回転軸の外周に向かって配置される側面部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイドロリックシール構造。
3. 前記オイル供給手段は、上流空間室の上流側開口に向かってオイルを噴射するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載のハイドロリックシール構造。
4. 前記貫通孔は、回転軸線の径方向でフランジの外周先端よりも外方に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のハイドロリックシール構造。
5. 前記上流空間室に、オイルに遠心力を発生させるフィンを備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイドロリックシール構造。
6. 前記フィンは、オイルを貫通孔へ誘導するように径方向に対して傾斜を設けて構成されたことを特徴とする請求項５に記載のハイドロリックシール構造。
   

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