JP4128990B2 - シールを介在して互いに接続された２つの部材を備えるターボシャフトエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ターボシャフトエンジン、一般にはタービンに関し、特にその対象は、相対的に大きく移動する（軸方向、径方向、接線方向）タービンの２つの静的な構成部品間の接合部の周囲の流体密な状態を向上させることを目的とする改良である。例えば、本発明は、特に、複数のベーン（例えば、タービンノズルガイドベーン）のセクタを持つリングと隣接するケーシングとの間の接合部に適用される。

前述したタイプのターボシャフトエンジンにおいて、上記２つの構成部品間の接合部における流体密な状態は、一方の部材に取り付けられ且つ他方の部材に対して作用する環状の鋼製（スチール）ダイヤフラムによって与えることができる。この種のアセンブリの一例は、英国特許出願公開第２０３５４７４号明細書に記載されている。
英国特許出願公開第２０３５４７４号明細書 米国特許第３６９０７８５号明細書 米国特許第６３１８７２８号明細書 欧州特許出願公開第０７８７８９０号明細書 米国特許第６４６４２３２号明細書 米国特許第５７９７７２３号明細書

本発明の目的は、性能の良好なシールを提案し、コストを低減するとともに、組み立て及びメンテナンスを容易にすることである。

特に、本発明は、長手方向に隣接する互いに接続された２つの部材（エレメント）を備え、これらの部材同士の間にシールを介在させて取り付けられたターボシャフトエンジンであって、上記シールは、リング状に配置された複数の可撓性（フレキシブル）セグメントから成り、各セグメントは、一方の部材に形成されたハウジング内に装着されるとともに、直線状の変形領域と他方の部材の平坦で滑らかな面に支承される直線状の流体密な支承領域とを有する平坦ブレードを備えているターボシャフトエンジンに関する。

一般に、上記滑らかな面を備える前述した部材がケーシングであり、一方、上記セグメントを支持する部材が、複数のベーンセクタを持つリングである。

各セグメントは、互いに側面同士が接合され且つ上記平坦ブレードを形成する複数の薄板を備えていることが好ましい。一例として、平坦ブレード（薄板の組立体）は、Ｕ字形状を成し且つ直線状の開口を有する挿入体内に装着されている。前述した曲げ領域は、直線状の開口の近傍で、この挿入体の外側に形成されている。このアセンブリによれば、それ自体直線状を成し且つ他方の部材の平坦で滑らかな面に支承される上記平坦ブレードの端部と平行な曲げ領域を得ることができる。

挿入体は、上記セグメントを支持する部材の対応するハウジング内に収容されていることが有益である。

単なる一例として与えられた以下の説明を読み、添付図面を参照すると、本発明を更に良く理解できるとともに、その他の利点が更に明らかになる。

図１には、タービンが部分的に示されている。特に、タービンの２つの部材は、ケーシング１１と、タービンホイールへとガスを案内する複数のベーンセクタを持つリング１２である。ベーンそれ自体は、参照符号１３で示されている。長手方向に隣接するこれらの２つの部材は、固定されているが、互いに相対的に移動することができる（軸方向、径方向、接線方向）。外部に対して流体密な状態を確保するため、２つの部材同士の間には、全体が環状を成す外周シール１４が取り付けられている。本発明は、主に、このシールの構造、および、２つの部材間でのシールの装着に関するものである。シールおよびシールを形成する部品は、図２から図４に示されている。

シール１４は、リングに配置された可撓性を持ち略直線状の複数のセグメント１６から成る。これらのセグメントは、一方の部材によって、この場合には複数のベーンセクタを持つリング１２によって、支持されており、また、ケーシングの平らに研磨された（「表面仕上げ」として知られる）平坦で滑らかな面１８に支承される。特に、各セグメント１６は、複数のベーンセクタを持つリング１２の外周に形成された対応するハウジング２０内に装着されている。そのようなセグメントは、ハウジング２０の端部の近傍に形成された直線状の変形領域２５と、平坦で滑らかな面１８上に支承される直線状の流体密な支承領域２６とを有する平坦な弾性ブレード２４を備えている。この場合、支承領域は、折り曲げ領域２５と平行な平坦ブレード２４の直線状の端部と略一体化している。また、有利には、各平坦ブレード２４は、互いに側面同士が接合された複数の薄板２７から成り、これにより、上記ブレードの可撓性が向上している。この実施例において、上記薄板の数は３枚であり、これらは鋼によって形成されている。

図１から分かるように、図示の実施例において、面１８は、径方向でり、複数のベーンセクタを持つリング１２の外側に形成された外周空間に面している。この領域に存在する圧力は、シールの反対側で広がる環状空間内に存在する圧力よりも高く、面１８上におけるブレードの支承力、したがってその能力を高める所定の力を上記シールに作用させる。

各セグメントは、Ｕ字形状を成し且つ直線状の開口３０を有する挿入体２８を備えており、開口３０内には上記ブレード２４が装着される（すなわち、実際には、３枚の互いに接合された薄板２７が装着される）。したがって、この挿入体の直線状の開口が、それ自体直線状の折り曲げ領域２５を作り出している。挿入体は、それが収容されるハウジング２０の形状をほぼ成している。特に、この挿入体の底部３１は、ハウジング２０の湾曲した底部と一致するように湾曲されている。複数のベーンセクタを持つリング１２は、シール１４を構成するために存在するセグメントの数と同じ数のハウジング２０を備えている。挿入体は、その一方側の面に、湾曲した底部３１と平行に延びる長手方向突出部３２を備えている。この長手方向突出部３２は、上記ハウジング内に嵌め合う嵌合力を確保する。挿入体内に係合する薄板は、保持ピン３５により、挿入体に対して強固に取り付けられる。ハウジング内でのセグメントの嵌合力は、挿入体２８の面のクランプ作用を引き起こし、複数のベーンセクタを持つリングの高さで流体密な状態を確保できる。突出部３２は、ハウジング内で挿入体の嵌合力を確保する。

また、各ブレードは、その両端に、薄くされた重なり領域３８、３９を備えている。これらの薄い重なり領域は、薄板２７同士の間の長手方向のオフセットによって形成されている。薄板は、所定の形状を成しており、すなわち、より正確には、挿入体の直線状の開口の近傍で僅かに曲げられている。これらの薄板は、組み立て時にプレストレスがかけられることにより、上記滑らかな面１８に支承されるようになっている。

２つの部材同士が相対的に移動する場合におけるシールの作用は、以上の説明から明らかである。直線状の変形領域を押し付けることで、曲げが容易になり、応力が制限される。同様に、セグメントの形態を成すシール構造により、組み立て及びメンテナンスが容易となる。この場合、単なる嵌合力により、セグメントを取り付けることができ、また、交換することができる。シールは、予測し得る相対移動および耐えるべき圧力に基づいて寸法決めされる。システムは、重ね合わされた複数の薄板から成るブレードの大きな可撓性により、２つの部材同士の間の変位および位置ずれに完全に適合できる。直線状の平行な変形領域および支承領域により、ブレードの曲げが良好に制御される。プレストレスがかけられた薄板の嵌合により、全ての動作状態において流体密な状態を確保できる。独立した突合せストリップは不要となる。

本発明に係る改良が施されたターボシャフトエンジンの部分断面図である。 図１に示される矢印ＩＩの方向から見た詳細図である。 セグメントのうちの１つの図である。 図３に示される矢印ＩＶの方向から見た図である。

符号の説明

１１ ケーシング
１２ リング
１３ ベーン
１４ 外周シール
１６ セグメント
１８ 面
２０ ハウジング
２４ 弾性ブレード
２５ 変形領域
２６ 支承領域
２７ 薄板
２８ 挿入体
３０ 開口
３１ 底部
３２ 長手方向突出部
３５ 保持ピン
３８、３９ 重なり領域

Claims (10)

1. 長手方向に隣接する２つの静的な部材（１１、１２）を備え、これらの部材が、その間に取り付けたシールを介在させて互いに接続されて相対的な移動を受けるターボシャフトエンジンであって、前記シール（１４）は、リング状に配置された複数の可撓性セグメント（１６）から成り、各セグメントは、一方の部材に画定されたハウジング内に装着されるとともに、直線状の変形領域（２５）と他方の部材の平坦で滑らかな面に支承される直線状の流体密な支承領域（２６）とを有する平坦ブレード（２４）を備えている、ターボシャフトエンジン。
2. 前記滑らかな面（１８）を備える部材がケーシング（１１）であり、前記セグメントを支持する部材が、複数のベーンセクタから成るリング（１２）である、請求項１に記載のターボシャフトエンジン。
3. 各セグメントは、互いに接合されて前記平坦ブレード（２４）を形成する複数の薄板（２７）を備えている、請求項１または２に記載のターボシャフトエンジン。
4. 各セグメントは、Ｕ字形状を成し且つ前記ブレードが装着される直線状の開口（３０）を有する挿入体（２８）を備え、前記曲げ領域は、直線状の開口の近傍で、この挿入体の外側に形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボシャフトエンジン。
5. 前記挿入体（２８）は、前記セグメントを支持する部材の対応するハウジング（２０）内に収容されている、請求項４に記載のターボシャフトエンジン。
6. 前記挿入体は、前記ハウジング内でその嵌合力を確保する突出部（３２）を備えている、請求項５に記載のターボシャフトエンジン。
7. 前記ブレードは、その両端部に、薄くされた重なり合う領域（３８、３９）を備えている、請求項１から６のいずれか一項に記載のターボシャフトエンジン。
8. 前記ブレードは、その両端部に、薄くされた重なり領域（３８、３９）を備え、前記薄い重なり領域は、前記互いに接合された薄板（２７）間の長手方向のオフセットによって形成されている、請求項３に記載のターボシャフトエンジン。
9. 前記各薄板（２４）は、組み立て時にプレストレスがかけられて前記滑らかな面に支承されるような形状を呈している、請求項１から８のいずれか一項に記載のターボシャフトエンジン。
10. 複数のベーンセクタを持つリングと面する側に存在する圧力の作用により前記ブレードの支承力が増大するように、滑らかな面（１８）が選択される、請求項２から９のいずれか一項に記載のターボシャフトエンジン。

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