JP3974571B2 - Seal assembly for rotating machinery - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンエンジンなどの回転機械で使用されるシールアセンブリに関する。 The present invention relates to a seal assembly for use in a rotating machine such as a gas turbine engine.
本発明は、2つの同心軸の間の環状部を封止するために検討されている最新の設計における重要な問題点を扱うものであり、このような環状部では、固定された取付箇所がないためにシール要素の回転が要求される。従来の封止法は、ピストンリングなどの中実の二次シールを使用する。シール要素が固定されていない軸の間の用途では、中実の二次シールが受ける慣性力によって二次シールとその支持要素との間に高い摩擦力が生じ、これにより、軸方向の移動が妨げられるか、または少なくとも望ましくない摩耗が生じてしまう。 The present invention addresses an important issue in modern designs that are being considered to seal an annulus between two concentric shafts, where a fixed mounting location is present. Therefore, rotation of the sealing element is required. Conventional sealing methods use a solid secondary seal such as a piston ring. In applications between shafts where the sealing element is not fixed, the inertial force experienced by a solid secondary seal creates a high frictional force between the secondary seal and its support element, which reduces axial movement. It is disturbed or at least undesired wear occurs.
従って、本発明の目的は、回転機械で使用されるシールアセンブリを提供することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a seal assembly for use with a rotating machine.
本発明の他の目的は、同じ方向または反対方向に回転する2つの同心軸の間に形成される環状部を封止することができるシールアセンブリを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a seal assembly that can seal an annulus formed between two concentric shafts that rotate in the same or opposite directions.
本発明のまた他の目的は、1つの軸と固定子とを封止するために適用可能なシールアセンブリを提供することである。 It is still another object of the present invention to provide a seal assembly that can be applied to seal one shaft and a stator.
これらの目的は、本発明のシールアセンブリによって達成される。 These objects are achieved by the seal assembly of the present invention.
本発明によると、回転機械で使用されるシールアセンブリが提供される。このシールアセンブリは、第1の要素と、取付要素によって第1の要素に取り付けられたシールキャリアと、第1の要素から離間された第2の要素と、第2の要素上に配置されたシール走行要素と、取付要素を通して高圧供給源から低圧室へとガスが漏れるのを防止する液圧シール手段と、を有する。 In accordance with the present invention, a seal assembly for use in a rotating machine is provided. The seal assembly includes a first element, a seal carrier attached to the first element by an attachment element, a second element spaced from the first element, and a seal disposed on the second element. A running element and hydraulic sealing means for preventing gas from leaking from the high pressure supply to the low pressure chamber through the mounting element.
本発明のシャフトシールの他の詳細、目的、および付随する利点は、以下の最良の形態および添付図面に示されている。 Other details, objects and attendant advantages of the shaft seal of the present invention are illustrated in the following best mode and accompanying drawings.
図には、高圧供給源12からガスタービンエンジンのベアリング室などの低圧室14へのガスの漏れを減少させる回転機械用のシールアセンブリ10が示されている。本発明のシールアセンブリ10は、同じ方向または反対方向に回転する2つの同心軸の間に形成される環状部に適用可能である。また、本発明のシールアセンブリは、1つの軸と固定子とを封止するためにも有用である。
Shown is a
シールアセンブリ10は、シール走行要素20とシールキャリア26とを含む。シールキャリア26は、第1の要素28と共に回転するとともに、柔軟性のある取付部30によって第1の要素28に柔軟に取り付けられている。第1の要素28は、2つの同心軸のうちの内側の軸でありうる。柔軟性のある取付部30は、当該技術で周知の適切な柔軟性のある取付部とすることができる。シールキャリア26は、第1の要素28に対して軸方向に移動可能となるように取り付けられている。シール走行要素20は、軸方向に面するとともに第2の要素24に取り付けられているかまたは第2の要素24に設けられた一次シール面22を有している。第2の要素24は、2つの同心軸のうちの外側の軸または固定要素でありうる。所望であれば、シール走行要素20は、第2の要素24と一体に形成することができる。一次シール面22は、シール走行要素20とシールキャリア26とが近接もしくは接触していることを要する。一次シール面22は、高回転滑りに耐性があることが好ましく、シールキャリア26と一次シール面22とを分離する流体力学的な力を発生させるリフト形状(lift geometry)を含みうる。
The
柔軟性のある取付部30を通るガスの漏れは、液圧シール32によって防止されており、この液圧シール32は、液体34の慣性を利用する。液圧シール32は、シールキャリア26、バックプレート36、およびL字型フィン38によって構成される。液体は、第1の要素28に設けられた1つまたはそれ以上の供給穴40を通して液圧シール32に供給される。供給源12内の圧力Phが室14内の圧力PLよりも大きい場合には、フィン38の上流の液体面42は、下流の液体面44よりも大きい半径で安定化する。シールキャリア26の前方壁46およびバックプレート36の内径は、液体を流出させずに上述の高さの差を許容するように設計されている。
Gas leakage through the
本発明のシールアセンブリの好適実施例は、液圧シール32で使用される液体を連続的に補充することを含む。望ましくない粒子状物質や異物の堆積を防止するために、1つまたはそれ以上のドレン穴48がシールキャリア26とフィン38との間のトラフ(溝部)49の外側面に設けられている。液体を連続的に補充することは、一次シール境界面で生じる熱を除去するためにも有用である。液体は、ドレン穴48から流出する速度よりも早い速度で供給穴40から流入することが好ましい。過剰な液体は、設計および運転条件によって、バックプレート36または前方壁46の内径を越えて流出する。
A preferred embodiment of the seal assembly of the present invention includes continuously refilling the liquid used in the
PLがPhよりも大きくなる圧力の瞬間的な逆転時にトラフ49から望ましくない液体の排出を減少させるために、種々の細部をシールアセンブリに組み込むことができる。また、望ましくない液体の捕捉を防止する特徴部も含まれうる。液圧シール32から一次シールの上流側に液体が流出するおそれがある漏れ領域を最小化するように、前方壁46の内径は案内径52と精密な公差に維持される。一次シール面22と前方壁46との間に形成されるトラフ51に収集された液体は、ドレン穴50を通って排出可能となっている。ドレン穴50は、通常の運転時にガスの漏れが最小となるように設計することができる。所定の運転条件において、バルブを使用してドレン穴50の一部または全てを覆うこともできる。
Various details can be incorporated into the seal assembly to reduce undesirable liquid drainage from the
いくつかの用途では、一次シール境界面22は、高い摩擦速度に耐性を有する必要がある。このような用途のためのシールアセンブリは、面22の形状によって発生する流体力学的なリフト力を利用する。また、より低い摩擦速度の用途には、種々の一次シール装置が知られている。このような装置には、一次シール境界面と直接接触し、油で潤滑されることもある炭素を用いる設計が含まれる。所望であれば、このような装置をシール境界面22に使用することもできる。
In some applications, the
所望であれば、本発明のシールアセンブリ10は、シールキャリア26が第2の要素24に柔軟に取り付けられ、シール走行要素20が第1の要素28に取り付けられるように構成することができる。このような構成では、液圧二次シール32は第1の要素24と共に回転する。
If desired, the
本発明のシールアセンブリは、高い慣性負荷によって二次液圧シールで摩擦や摩耗が生じないという点で有利である。さらに、二次液圧シールは、第1の要素28と第2の要素24との間の相対的な軸方向移動およびずれを許容することができる。
The seal assembly of the present invention is advantageous in that no friction or wear occurs in the secondary hydraulic seal due to high inertia loads. Further, the secondary hydraulic seal can allow relative axial movement and displacement between the
本発明によって上述した目的、手段、および利点を完全に満たすシャフトシールが提供されることが明らかである。本発明を具体的な実施例に関連して説明したが、当業者には上述の説明から他の代替物、改良および変更が明らかとなるであろう。従って、請求項の範囲内であるこのような代替物、改良および変更も本発明に含まれる。 Clearly, the present invention provides a shaft seal that fully satisfies the objects, means, and advantages set forth above. Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, other alternatives, modifications and changes will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description. Accordingly, such alternatives, modifications and variations that fall within the scope of the claims are also encompassed by the invention.
10…シールアセンブリ
12…高圧供給源
14…低圧室
20…シール走行要素
22…一次シール面
24…第2の要素
26…シールキャリア
28…第1の要素
30…柔軟性のある取付部
32…液圧シール
36…バックプレート
38…L字型フィン
40…供給穴
42…上流の液体面
44…下流の液体面
46…前方壁
48,50…ドレン穴
49,51…トラフ
52…案内径
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記回転軸から離間されているとともに、シール走行要素を備える第2の要素と、
前記シール走行要素と前記シールキャリアとの間に形成された機械的な一次シール面と、
前記回転軸と前記シールキャリアとの間に形成されているとともに、前記取付要素を通って高圧室から低圧室へとガスが漏れるのを防止する液圧シール手段と、をさらに有することを特徴とする回転機械用のシールアセンブリ。 A rotating shaft having a seal carrier mounted by a flexible mounting element, the seal carrier being axially movable with respect to the rotating shaft by the mounting element; It is provided so as not to rotate relative to
A second element spaced apart from the rotating shaft and comprising a seal travel element;
A mechanical primary sealing surface formed between the seal travel element and the seal carrier;
Together is formed between the seal carrier and the rotary shaft, and further comprising a, a hydraulic sealing means for preventing the gas from leaking into the low pressure chamber from the high pressure chamber through said mounting element Seal assembly for rotating machinery.
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