JP5289730B2 - シールアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、相対移動可能な隣接部材間のシールに関するものであり、さらに具体的には、ガスタービンエンジンの排気ノズルに使用可能な弾性シールに関する。

航空機に用いる、航空機ガスタービンエンジンの可変面積推力式排気ノズルは、典型的には、相対的な固定側壁及び可動フラップを有する２次元（２Ｄ）ノズルを採用する。この側壁及びフラップは、少なくとも部分的に、ノズル内の高温排気流路の境界を画成し、両者の間にシールを用いることで、高温の加圧排気ガスを排気流路内に封じ込めて、排気ガスがノズル外部に漏れないように防止する。ノズルの動作中、フラップが移動し、典型的には、ある軸を中心として回転し、フラップは側壁に対してスライドする。可動フラップと固定側壁の隙間によって、排気流路における比較的高圧のガス漏れ経路が生じる。従って、そのような排気システムの設計における主要な関心事は、２つの相対的にスライド可能な部材間の隙間やギャップを介した漏洩を抑制することにある。それ故、複数の部材、つまり、フラップと側壁の間の漏れを低減させるか、あるいは殆ど漏れがなくなるようにシールが設けられる。

これまで使用されてきた代表的な種類の排気シールは、弾性リーフシールとヒンジリーフシールである。弾性リーフシールは、略Ｕ字状、略Ｓ字状、あるいは別の形状をもった部材で構成され、該部材はシールすべき複数の部材の１つに対して一方の側面に締結されるとともに、他方の部材に対して他方の側面に弾接する。このシールはバネ荷重をかけられることで、２つの部材同士が遠ざかるように移動する際に、シールにより両者間の接触が維持される。該シールは、排気ガス流の相対的な高圧に耐えられるように充分な強度をもち、そしてギャップの変動に伴い、充分な柔軟性をもって伸縮するように設計される。ヒンジリーフシールは一般に、共通のヒンジポイントを中心に回動する２つの平板を含む。平板の一方はシールすべき部材の一方に取り付けられ、平板の他方は他の部材に弾接する。
米国特許第４，５７５，０９９号明細書 米国特許第５，０７８，４１２号明細書 米国特許第５，１４３，２９２号明細書 米国特許第５，２８８，０２０号明細書 米国特許第５，４１７，４４１号明細書

最近のノズル設計では、大きな相対運動を受ける相対移動可能な部材間でのシールが求められ、かかる部材の少なくとも１つは、起伏のあるシール面をもつ場合がある。よって、大きな相対運動を受けるとともに、その１つが起伏のあるシール面をもつ相対移動可能な部材間の封止に有効なシールを設けることが望ましい。

弾性シールアセンブリは、中央部を有する可撓性のある弾性シールを含んでおり、該中央部は、反対側に湾曲したカンチレバー状の第１及び第２の端部の間に位置する。第１及び第２の端部の第１及び第２の自由端の各々は、リテーナ内に保持される。弾性シールアセンブリの代表的な実施形態は、第１及び第２の自由端の各々に取り付けられた第１及び第２のスライドラグを含む。第１及び第２のスライドラグは、リテーナの第１及び第２の溝部にそれぞれスライド可能に位置される。リテーナは取付面に付設されることで、第１及び第２の自由端をリテーナ内に保持する。第１及び第２の自由端は取付面と、第１及び第２の溝部に位置する第１及び第２のスライドラグの間に保持される。第１及び第２のスライドラグは円柱状であってもよい。中央部は中央プレートをなす磨耗片を有してもよい。

弾性シールアセンブリは、シール可能アセンブリの第１及び第２の相対移動可能な部材間に位置してもよい。リテーナは第１及び第２の相対移動可能な部材の１つに取り付けられ、中央部は第１及び第２の相対移動可能な別の部材に封止係合する。弾性シールアセンブリはまた、航空機ガスタービンエンジンの排気ノズルアセンブリにおける、相対的に固定された側壁と相対移動可能なフラップの間に位置してもよい。リテーナはフラップに取り付けられ、中央部は側壁に封止係合する。

本発明の上記の態様及び他の特徴を、添付図面と併せて以下の記載を参照することによって説明する。

図１には、第１及び第２の相対移動可能な部材１２と１４の間に位置する、弾性シールアセンブリ２０を含むシール可能アセンブリ１０を示す。かかるシール可能アセンブリは、以下に記載するように、航空機ガスタービンエンジンの排気ノズルに使用できる。

第１及び第２の部材１２，１４は、互いに直交する第１及び第２の方向１５，１６に移動するようになっている。この第１及び第２の部材１２，１４は、その両方を可動とするか、又はその１つを固定としてもよい。一例として、弾性シールアセンブリ２０は航空機エンジンの排気ノズルにおいて、２つの可動フラップの間、あるいは可動側壁と可動フラップの間に用いることができる。弾性シールアセンブリ２０は、柔軟な弾性シール２２を含み、該シールは互いに反対側に湾曲したカンチレバー状の第１の端部２６と第２の端部２８の間に位置する、中央部２４を有する。弾性シール２２は、可撓性又は弾力性の材料、例えば、航空機エンジンの排気ノズルにみられる高温に耐え得る金属の帯で形成されるものとして示す。第１及び第２の端部２６，２８の各々の第１及び第２の自由端３０，３２は、これらの自由端に取り付けられた第１及び第２のスライドラグ４０，４２によってリテーナ３６内で保持されている。第１及び第２のスライドラグ４０，４２は、リテーナ３６内の第１及び第２の溝部５０，５２の各々にスライド可能に位置して保持される。第１及び第２の自由端３０，３２を備える第１及び第２のスライドラグ４０，４２はともに、リテーナ３６と、該リテーナ３６が取り付けられる取付面６０の間に保持される。

リテーナ３６は、取付面６０に沿って第１及び第２の相対移動可能な部材１２，１４の一方に取り付けられ、そして、中央部２４は、第１及び第２の相対移動可能な部材１２，１４の他方のシール面１９と封止係合する。本明細書に示した代表的な実施形態のリテーナ３６は、第１の部材１２に取り付けられる。また本明細書に示した代表的な実施形態の中央部２４は、第２の部材１４のシール面１９と封止係合する。中央部２４は、中央プレート６８として図示の磨耗片６６をもつことができる。取付面６０は第１の部材１２に付設された取付ブラケット６１の表面として図示される。

図１では、第１及び第２のスライドラグ４０，４２を、第１及び第２の円柱ラグ４４，４６として示しており、これらは、図１における第１及び第２の端部２６，２８の各々の第１及び第２の自由端３０，３２に溶接されるか、あるいはこれらの自由端に取り付けられる。柔軟な弾性同心シール２３の形態とされる第１及び第２のシールの別例が、図２、図３の各々に示されている。代替の柔軟な弾性同心シール２３は、内側及び外側の弾性片７０，７２を有し、これらは可撓性材料、例えば、排気ノズルでみられる高温に耐えられる金属で形成される。

内側及び外側の弾性片７０，７２は、図１に示す柔軟な弾性シール２２と同様の形状である。内側及び外側の弾性片７０，７２の各々は、中央部（図２及び図３には示していない）を有しており、該中央部は互いに反対側を向いて湾曲したカンチレバー状の第１の端部と第２の端部の間に位置する（図２及び図３には示していない）。端部の各々における内側及び外側の自由端１３０，１３２は、これらの自由端１３０，１３２に付設された内側及び外側のスライドラグ１４０，１４２によってリテーナ３６内に保持される。内側及び外側の弾性片７０，７２の各々は、第１及び第２の組の内側及び外側のスライドラグ１４０，１４２を有しており、これらは第１及び第２の組の内側及び外側の自由端１３０，１３２に設けられて、図１に示すリテーナ３６の第１及び第２の溝部５０，５２の各々に位置する。図２に示す第１及び第２のスライドラグ１４０，１４２は、内側及び外側の自由端１３０，１３２において、約９０°の屈曲部７６である。図３に示す第１及び第２のスライドラグ１４０，１４２は、内側及び外側の自由端１３０，１３２において、約３００°の湾曲部７８である。

図４の至図６には、航空機ガスタービンエンジンの排気ノズルアセンブリ８の一部を示しており、該アセンブリは相対的に固定された側壁１１と相対移動可能なフラップ１３を含む。固定側壁１１はまた、固定側壁の固定されたライナとして図示しており、可動フラップ１３はまた、可動ライナとして図示しているが、これらについては、航空機ガスタービンの排気ノズルにみられる通りである。固定側壁１１は湾曲し、あるいは起伏をもつ場合があり、単純な若しくは複雑な輪郭部２１又は形状を有する。固定側壁１１及び可動フラップ１３は、少なくとも部分的に、ノズルの排気ノズルアセンブリ８内の高温排気流路２５の境界を画成し、両者間に弾性シールアセンブリ２０を用いることで、高温の加圧排気ガスを排気流路内に封じ込めて、排気ガスがノズルアセンブリの外部に漏れないように防止する。ノズルアセンブリの動作中、フラップが移動し、典型的には、ある軸を中心として回転し、フラップは側壁又は他の可動フラップに対してスライドする。可動フラップと固定側壁の隙間によって、排気流路内の比較的高圧のガスの漏れ経路が生じるが、この経路は弾性シールアセンブリ２０によって封止される。

図１に示したものと同様の弾性シールアセンブリ２０が、側壁１１とフラップ１３の間に位置される。弾性シールアセンブリ２０の柔軟な弾性シール２２は、図１の断面図に示すように中央部２４を含んでおり、これは、互いに反対側に湾曲したカンチレバー状の第１の端部２６と第２の端部２８の間に位置する。第１及び第２の端部２６，２８の各々の第１及び第２の自由端３０，３２は、リテーナ３６内に保持される。このリテーナ３６は、フラップ１３に取り付けられ、中央部２４は側壁１１のシール面１９と封止係合する。柔軟な弾性シール２２は湾曲するか、あるいは、単純な若しくは複雑な輪郭部又は形状をもつことで、固定側壁１１の輪郭部２１や形状に対して良好に適合して封止することができる。

第１及び第２のスライドラグ４０，４２は、第１及び第２の自由端３０，３２の各々に対して取り付けられる。この第１及び第２のスライドラグ４０，４２は、リテーナ３６内の第１及び第２の溝部５０，５２の各々にスライド可能に位置される。リテーナ３６はフラップ１３に対して、該フラップ１３の取付面６０上に取り付けられる。第１及び第２の自由端３０，３２はリテーナ３６内で、第１及び第２のスライドラグ４０，４２によって保持され、これらのラグは、リテーナ３６と取付面６０の間の第１及び第２の溝部５０，５２の各々に位置する。リテーナ３６は縦方向に延びるＬ字形ブラケット９０に取り付けられ、このブラケットは、フラップ１３に付設された縦方向に延びるＣ字形ブラケット９２に取り付けられる。

図４の至図６では、第１及び第２のスライドラグ４０，４２を、第１及び第２の円柱ラグ４４，４６として示しており、これらは、図１における第１及び第２の端部２６，２８の各々の第１及び第２の自由端３０，３２に対して溶接するか、あるいはこれらの自由端に取り付ける。第１及び第２の代替の柔軟な弾性同心シール２３は、図２及び図３の各々に示す、内側及び外側の自由端１３０，１３２を有しており、該シールは、図４乃至図６に示す実施形態にも使用できる。第１及び第２のスライドラグ１４０，１４２は、内側及び外側の自由端１３０，１３２において、９０°の屈曲部７６又は３００°の湾曲部７８でもよい。

本発明の好適で代表的と思われる実施形態について説明してきたが、上記の教示から本発明に他の変更をなすことは当業者には明らかであり、従って、本発明の技術的思想及び技術的範囲内に含まれるそのような変更は、特許請求の範囲において保護されるべきである。従って、特許によって保護されるべきものは、特許請求の範囲に規定して区別した発明である。

柔軟な弾性シールと、反対側に湾曲したカンチレバー状の端部の間に位置する中央部とを有する弾性シールアセンブリの第１実施形態を例示する概略断面図。 第１及び第２の自由端にて９０°の屈曲部をもった内側片及び外側片を有する、図１に示す柔軟な弾性シールの第１実施形態の別例を示す概略断面図。 第１及び第２の自由端にて３００°の湾曲部をもった内側片及び外側片を有する、図１に示す柔軟な弾性シールの第１実施形態の別例を示す概略断面図。 図１に示す弾性シールアセンブリを有する航空機ガスタービンエンジンの排気ノズルの一部を例示する、部分的な断面立面図。 図４に示す弾性シールアセンブリをノズルの排気ダクト側壁のシール面へと外向きにみた斜視図。 図４に示す弾性シールアセンブリをノズルの排気ダクト側壁のシール面から内向きにみた斜視図。

符号の説明

８ ノズルアセンブリ
１０ シール可能アセンブリ
１１ 固定側壁
１２ 第１の部材
１３ 可動フラップ
１４ 第２の部材
１５ 第１の方向
１６ 第２の方向
１９ シール面
２０ 弾性シールアセンブリ
２１ 輪郭部
２２ 柔軟な弾性シール
２３ 同心シール
２４ 中央部
２５ 流路
２６ 第１の端部
２８ 第２の端部
３０ 第１の自由端
３２ 第２の自由端
３６ リテーナ
４０ 第１のスライドラグ
４２ 第２のスライドラグ
４４ 第１の円柱ラグ
４６ 第２の円柱ラグ
５０ 第１の溝部
５２ 第２の溝部
６０ 取付面
６１ 取付ブラケット
６６ 磨耗片
６８ 中央プレート
７０ 内側の弾性片
７２ 外側の弾性片
７６ ９０°の屈曲部
７８ ３００°の湾曲部
９０ 縦方向に延びるＬ字形ブラケット
９２ 縦方向に延びるＣ字形ブラケット
１３０ 内側の自由端
１３２ 外側の自由端
１４０ 内側のスライドラグ
１４２ 外側のスライドラグ

Claims (9)

1. 反対側に湾曲したカンチレバー状の第１及び第２の端部（２６，２８）の間に位置する中央部（２４）と、リテーナ（３６）内に保持されている、第１及び第２の端部（２６，２８）の各々の第１及び第２の自由端（３０，３２）とを有する柔軟な弾性シール（２２）と、
   前記第１及び第２の自由端（３０，３２）の各々に取り付けられた第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）と
   を含む、弾性シールアセンブリ（２０）。
2. 前記第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）が、前記リテーナ（３６）の第１及び第２の溝部（５０，５２）の各々にスライド可能に位置し、
   前記リテーナ（３６）が、取付面（６０）に取り付けられ、
   前記第１及び第２の自由端（３０，３２）が、前記リテーナ（３６）と前記取付面（６０）の間で第１及び第２の溝部（５０，５２）の各々に位置する第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）によって、前記リテーナ（３６）内に保持される、請求項１記載の弾性シールアセンブリ（２０）。
3. 磨耗片（６６）を有する中央部（２４）をさらに含む、請求項２記載の弾性シールアセンブリ（２０）。
4. 第１及び第２の円柱ラグ（４４，４６）とされた第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）をさらに含む、請求項２記載の弾性シールアセンブリ（２０）。
5. 前記リテーナ（３６）の第１及び第２の溝部（５０，５２）の各々にスライド可能に位置する、第１及び第２の内側及び外側のスライドラグ（１４０，１４２）を含み、
   前記リテーナ（３６）が、取付面（６０）に取り付けられ、
   前記第１及び第２の内側及び外側の自由端（１３０，１３２）が、前記リテーナ（３６）と前記取付面（６０）の間で第１及び第２の溝部（５０，５２）の各々に位置する第１及び第２の内側及び外側のスライドラグ（１４０，１４２）によって、前記リテーナ（３６）内に保持された、請求項１記載の弾性シールアセンブリ（２０）。
6. 約９０°の屈曲部（７６）又は約３００°の湾曲部（７８）又は円柱ラグとされた、第１及び第２の内側及び外側のスライドラグ（１４０，１４２）をさらに含む、請求項５記載の弾性シールアセンブリ（２０）。
7. 第１及び第２の相対移動可能な部材（１２，１４）の間に位置する弾性シールアセンブリ（２０）を含み、
   前記弾性シールアセンブリ（２０）は柔軟な弾性シール（２２）を有し、該弾性シールは、反対側に湾曲したカンチレバー状の第１及び第２の端部（２６，２８）の間に位置する中央部（２４）と、リテーナ（３６）内に保持された第１及び第２の端部（２６，２８）の各々の第１及び第２の自由端（３０，３２）とを有しており、
   前記弾性シールアセンブリ（２０）は、前記第１及び第２の自由端（３０，３２）の各々に取り付けられた第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）を更に有し、
   前記リテーナ（３６）が第１及び第２の相対移動可能な部材（１２，１４）の一方に取り付けられるとともに、前記中央部（２４）が第１及び第２の相対移動可能な部材（１２，１４）の他方のシール面（１９）と封止係合する、シール可能アセンブリ（１０）。
8. 相対的に固定された側壁（１１）と相対移動可能なフラップ（１３）の間に位置する弾性シールアセンブリ（２０）を含み、
   前記弾性シールアセンブリ（２０）は、柔軟な弾性シール（２２）を有するとともに該弾性シールは、反対側に湾曲したカンチレバー状の第１及び第２の端部（２６，２８）の間に位置する中央部（２４）と、リテーナ（３６）内に保持された第１及び第２の端部（２６，２８）の各々の第１及び第２の自由端（３０，３２）とを有しており、
   前記弾性シールアセンブリ（２０）は、前記第１及び第２の自由端（３０，３２）の各々に取り付けられた第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）を更に有し、
   前記リテーナ（３６）が前記フラップ（１３）に取り付けられるとともに、前記中央部（２４）が前記側壁（１１）のシール面（１９）と封止係合する、航空機ガスタービンエンジンの排気ノズルアセンブリ（８）。
9. 第１及び第２の移動可能なフラップ（１２，１４）の間に位置する弾性シールアセンブリ（２０）を含み、
   前記弾性シールアセンブリ（２０）は柔軟な弾性シール（２２）を有し、該弾性シールは、反対側に湾曲したカンチレバー状の第１及び第２の端部（２６，２８）の間に位置する中央部（２４）と、リテーナ（３６）内に保持された第１及び第２の端部（２６，２８）の各々の第１及び第２の自由端（３０，３２）とを有しており、
   前記弾性シールアセンブリ（２０）は、前記第１及び第２の自由端（３０，３２）の各々に取り付けられた第１及び第２のスライドラグ（４０，４２）を更に有し、
   前記リテーナ（３６）が第１のフラップ（１２）に取り付けられるとともに、前記中央部（２４）が第２のフラップ（１４）のシール面（１９）と封止係合する、航空機ガスタービンエンジンの排気ノズルアセンブリ（８）。
   

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