JP4477742B2 - 回転軸のシール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸のシール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速回転する軸の軸受への給油は、ポンプで潤滑油を強制的に圧送する方式が一般に採用されている。この場合、潤滑油の漏出を防止するために、軸受に隣接する部位にシール部材を設けることが通例である。このシール部材として、回転軸の外周面にカーボンリングが摺接するフローティング・リング・シールが知られている。
【０００３】
さて、上記フローティング・リング・シールを用いるに際しては、カーボンリングと軸の外周面との間隙寸法を最小かつ適切に管理するために、カーボンリングが摺接する軸の外周面を極めて精密に研磨すると共に、炭化クロムを溶射するなどの耐摩耗コーティングを施す必要がある。軸そのものを表面処理することが困難、若しくは好ましくない場合は、外周面に表面処理を施した円筒状部材を軸に圧入することがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、この円筒状部材は、高速回転時の遠心力の作用並びに熱膨張による拡径方向への変形が避けられないので、この変形量を見込んで軸に対する円筒状部材の嵌合公差を定めねばならない。しかしながら、圧入時の締め代を大きく設定すると、円筒状部材を圧入した時にシールの摺接面が変形するおそれがあり、この反対に、圧入時の締め代を小さく設定すると、熱間高速回転時に軸と円筒状部材との間の嵌合精度の低下によって心ずれを起こし、シールエア或いは潤滑油の漏出を引き起こすおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点、つまり、軸と円筒状部材間の適正嵌合公差の設定が困難である点を改善するべく案出されたものであり、その主な目的は、熱間高速回転時の嵌合精度を確保した上で、圧入時にシール面に変形が生じないようにすることができる回転軸のシール装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明の回転軸のシール装置においては、回転軸（実施の形態中のアウタシャフト７或いはインナシャフト８）の外周に配置されるフローティング・リング・シール部材（３１）と、回転軸とフローティング・リング・シール部材との間に介在し、回転軸の外周面に嵌着されてその外周面がフローティング・リング・シール部材との摺接面をなす円筒状部材（実施の形態中のシールライナ３２）とを備え、円筒状部材は、回転軸の外周面にその遊端が圧接される径方向可撓部（実施の形態中のベローズ状部分３４）を有することとした。また、円筒状部材が、径方向可撓部を軸方向で異なる位置に２つ有するようにするとよい。
【０００７】
このようにすれば、円筒状部材に設けた可撓部が撓むので、遠心力および熱膨張による変形を見込んだ上で、圧入時にシール面に変形が及ばないようにすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用される複軸バイパスジェットエンジンの模式図である。このエンジン１は、互いの間を整流板２で連結されて同軸上に配置されたそれぞれが円筒状をなすアウタケーシング３とインナケーシング４とを有している。また、同心的に組み合わされた中空軸からなり、それぞれが互いに独立した軸受５ｆ・５ｒ・６ｆ・６ｒをもってケーシングの中心部に支持されたアウタシャフト７とインナシャフト８とを有している。
【００１０】
アウタシャフト７には、その前側に高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９が、そして後側に逆流燃焼室１０のノズルＮに隣接配置された高圧タービンＨＴのタービンホイール１１が、それぞれ一体的に結合されている。
【００１１】
インナシャフト８には、その前端にフロントファン１２が、フロントファン１２の後方に低圧軸流コンプレッサＬＣの動翼を構成するコンプレッサホイール１３が、そして後端に燃焼ガスの噴射ダクト１４中に低圧タービンＬＴの動翼を置いた一対のタービンホイール１５ａ・１５ｂが、それぞれ一体的に結合されている。
【００１２】
フロントファン１２の中心には、ノーズコーン１６が設けられ、フロントファン１２の後方には、アウタケーシング３の内周面にその外端を結合させた静翼１７が配置されている。
【００１３】
インナケーシング４の前端部内周には、低圧軸流コンプレッサＬＣの静翼１８が配置されている。そしてその後方には、フロントファン１２が吸入し、かつ低圧軸流コンプレッサＬＣが予圧した空気を高圧遠心コンプレッサＨＣへと送り込むための吸入ダクト１９と、これに連続する高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラケーシング２０とが形成されている。また吸入ダクト１９の内周側には、前記したアウタシャフト７並びにインナシャフト８の前側を支持する軸受５ｆ・６ｆの軸受箱２１が結合されている。
【００１４】
フロントファン１２が吸入した空気は、その一部が上記のように低圧軸流コンプレッサＬＣを経て高圧遠心コンプレッサＨＣへと送り込まれる。そしてその残りの比較的低速かつ大量の空気は、アウタケーシング３とインナケーシング４との間に形成されたバイパスダクト２２から後方へ噴射され、低速域での主たる推力となる。
【００１５】
高圧遠心コンプレッサＨＣの外周部には、ディフューザ２３が結合されており、その直後に設けられた逆流燃焼室１０へ高圧空気を送り込むようになっている。
【００１６】
逆流燃焼室１０では、その後端面に設けられた燃料噴射ノズル２４から噴射された燃料とディフューザ２３から送り込まれた高圧空気とを混合して燃焼させる。そして後方を向くノズルＮから噴射ダクト１４を経て大気中へ噴射する燃焼ガスにより、高速域での主たる推力を得る。
【００１７】
なお、噴射ダクト１４の内周側には、前記したアウタシャフト７並びにインナシャフト８の後端側を支持する軸受５ｒ・６ｒの軸受箱２５が結合されている。
【００１８】
このエンジン１のアウタシャフト７には、図示されていないギア機構を介してスタータモータ２６の出力軸が連結されている。このスタータモータ２６を駆動すると、高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９がアウタシャフト７と共に駆動され、高圧空気が逆流燃焼室１０へ送り込まれる。この高圧空気と燃料とを混合して燃焼させると、その燃焼ガスの噴射圧で高圧タービンＨＴのタービンホイール１１並びに低圧タービンＬＴのタービンホイール１５ａ・１５ｂが駆動される。この高圧タービンホイール１１の回転力で高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイール９が、そして低圧タービンホイール１５ａ・１５ｂの回転力でフロントファン１２及び低圧軸流コンプレッサＬＣのコンプレッサホイール１３が、それぞれ駆動される。そして燃焼ガスの噴射圧で高圧タービンホイール１１並びに低圧タービンホイール１５ａ・１５ｂが駆動されると、燃料供給量と吸入空気量との自己フィードバック的釣り合いに応じて定まる状態でエンジン１が回転を継続することとなる。
【００１９】
図２に示したように、アウタシャフト７並びにインナシャフト８を支持する各軸受（代表符号として５を付す）に隣接する部位には、各軸受５へ供給された潤滑油の漏出を防止するためのフローティング・リング・シール３１がそれぞれ設けられている。このフローティング・リング・シール３１の内周部は、実質的にアウタシャフト７あるいはインナシャフト８の外周面に圧入で嵌着されたシールライナ３２の外周面に摺接している。
【００２０】
シールライナ３２は、図３に併せて示すように、フローティング・リング・シール３１との摺接面Ｓとして、外周面に例えば炭化クロムの溶射からなる耐摩耗コーティングが施された円筒状部分３３と、円筒状部分３３の内周面の適所に端を発し、その遊端がアウタシャフト７あるいはインナシャフト８の外周面に圧接されるベローズ状部分３４とを有している。
【００２１】
さて、シールライナ３２は、高速回転時の遠心力の作用並びに熱膨張による拡径方向への変形が避けられない。熱間高速回転時の軸７（８）とシールライナ３２間の嵌合精度の低下を防ぐためには、その変形量を見込んで軸７（８）に対するシールライナ３２の圧入時の締め代を大きく設定する必要があるが、このようにすると、シールライナ３２を圧入した時にフローティング・リング・シール３１との摺接面Ｓが変形するおそれがある。
【００２２】
そこで本発明においては、圧入時に拡径方向へ撓み変形し得るベローズ状部分３４をシールライナ３２に設けるものとした。これにより、締まり嵌め公差による誤差が最大となっても、ベローズ状部分３４の撓み変形（図３に想像線で示す）によってその誤差が吸収されるので、フローティング・リング・シール３１との摺接面Ｓに変形を生ぜずに済む。また、ベローズ状部分３４の形状や位置を適切に設定することにより、遠心変形が軸方向について均等に発生するようにできる。
【００２３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、回転軸とフローティング・リング・シールとの間に、回転軸の外周面にその遊端が圧接される径方向可撓部を有する円筒状部材を介在させるものとしたので、遠心力および熱膨張による変形を見込んだ上で圧入時の締め代を大きく設定しても、円筒状部材に設けた可撓部が圧入時に撓むので、シール面に変形が及ばないようにすることができる。従って、本発明により、熱間高速回転時に軸とスリーブ間の嵌合精度が低下するおそれを払拭すると共に、フローティング・リング・シールと軸の外周面との間隙寸法を最小かつ適切に管理し、所期のシール性能を得る上に大きな効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるジェットエンジンの模式図
【図２】本発明装置の適用部位の拡大縦断面図
【図３】本発明装置の作用の説明図
【符号の説明】
７ アウタシャフト
８ インナシャフト
３１ フローティング・リング・シール
３２ シールライナ
３４ ベローズ状部分

Claims (2)

1. 回転軸の外周に配置されるフローティング・リング・シール部材と、
   前記回転軸と前記フローティング・リング・シール部材との間に介在し、前記回転軸の外周面に嵌着されてその外周面が前記フローティング・リング・シール部材との摺接面をなす円筒状部材とを備え、
   前記円筒状部材は、前記回転軸の外周面にその遊端が圧接される径方向可撓部を有することを特徴とする回転軸のシール装置。
2. 前記円筒状部材は、前記径方向可撓部を軸方向で異なる位置に２つ有することを特徴とする、請求項１に記載の回転軸のシール装置。

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