JPH0350082B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービンエンジンのラビリンス形パ
ツキンの遊〓を作動状態で自動制御する装置に係
る。

タービンエンジンの固定部分と回転部分との間
の密封性は、一方では回転部分では作動条件及び
さまざまな技術的パラメータに従つて可変の数の
薄片部材と、他方では対向位置にある固定部分で
はいわゆる「摩損可能の（abradable）」、つまり
薄片部材と接触したような場合にこれをいちぢる
しく傷つけることなく摩擦式に使用することがで
きる摩耗及び密封用リングを構成し、更にタービ
ンエンジンの固定装置と結合した支持環状部材に
よつて支持された要素とから成るラビリンス形パ
ツキンに頼る場合が多い。この種のパツキンは例
えば、圧縮機又はタービンのさまざまな可動段と
隣接する固定（又はさまざまな速度で回転する）
部分との間に配置されることができる。薄片部材
はこの場合、クロスバー又はリングによつて支持
され、密封リングは固定子上に（又は好ましくは
最も低い速度で回転する可動部分上に）固定され
る。

本発明が更に直接的に目指す適用例としてのこ
れらのパツキンのもうひとつの特定使用例では、
これらのパツキンをタービンエンジンのさまざま
な枠の間に配置し、更により特定的には、一方で
は圧縮機の出力側の、他方ではタービンの入力側
の燃焼室のボツクスの外枠の先端にこれらを配置
する。この場合パツキンの密封機能そのものはよ
り複雑である。実際は、タービンエンジンのさま
ざまな枠の間の圧力の釣合がふつうは追求され
る。制御された空気循環もまた、タービンエンジ
ンの他の部分で場合によつては使用可能なある程
度の通気流を生じさせるために枠内で追求され、
従つてこのタイプのラビリンスパツキンを通過す
る気流量、いわゆる「逸出量」を最高の精度で制
御することが望ましく、この気流量の抑制のしか
たが、タービンエンジンの効率又はさまざまな部
品の寿命といつたようなさまざまな結果に影響を
もたらす。例えば枠内の圧力のようなさまざまな
機能条件の他に、この気流量の制御を左右する基
本的パラメータのひとつに、薄片部材の頂部と摩
耗及び密封用リングの間の作動時遊〓がある。

これらの提出された問題に答えるため、また特
に、タービンエンジンの作動条件が、安定状態で
あれ、過渡状態の各段階内であれ左右されずに、
ラビリンスパツキン内の摩耗及び密封用リングと
薄片部材との間の遊〓を制御値に維持するため、
さまざまな方策が講ぜられた。従つて本出願人に
よるフランス特許FR−Ａ第2437544号は、摩耗シ
ールリングの支持部材を、下流端が燃焼室のボツ
クスの内壁内に設けられた空気取入れ口に結合
し、他端を圧縮機の軸を囲むより低い圧力の雰囲
気のスペースに通じた環状通路によつてとり囲ん
だパツキンを開示している。パツキンの冷却気の
循環流量の調節は、この場合、タービンエンジン
の作動パラメータに従属する調節可能の排出弁を
援用して行われる。この制御方法は、しかしなが
ら、この方法に固有のさまざまな不具合を生じさ
せる。その理由は、この方法が一方では弁及びそ
の他の付属品に結びついた故障ないし不良作動の
危険をふやす複雑な制御伝達チエーンに従属した
ままであり、他方では特に過渡状態の段階におけ
る応答時間が充分な作動を確保するには長すぎる
ためである。

フランス特許FR−Ａ第2449789号によるもうひ
とつの公知装置は、タービンエンジンの圧縮機の
下流側に位置するラビリンスパツキンを冷却する
ことを目指し、そのためパツキンの固定子を通る
通路を設けて、これを通つてパツキンの回転子の
上流側の２枚の歯の間に送込まれる冷却気を送る
ことを考案している。

イギリス特許公開公報第1525746号によれば、
ラビリンスパツキンは、燃焼室の下流側部分の下
側及びタービンのデイストリビユータの下側に配
置された３つの区域内に上流側から下流側につぎ
つぎに配置されている。これらのパツキンから生
じる漏れを全体的に除去するため、当該装置は最
初の２個のパツキンの漏れを集め、この空気を３
番目のパツキン内に、その固定子を通過する穿孔
からその回転子の歯の間に再度導入する。

本発明は、これまでの解決法の欠点を避けるこ
とによつてこれらの公知要素に新たな特性を結び
つけ、さらに新規手段によつて有利な結果を得
る。特に問題とされるのは、急速加速によつて満
気状態に上昇する際に、薄片部材の頂上部と、ラ
リビンスパツキンの摩耗及び密封用リングの協働
面との間の最小遊〓を確保することであり、また
同様に急激減速の場合に、薄片部材が摩耗層内に
もぐり込むのを完全に防ぐことである。このもぐ
り込みは、さまざまな機械的不具合（振動現象、
発散効果現象を誘起する加熱）の他に、明らかに
効率に有害な大きすぎる遊〓を後に生じる危険が
ある。この最終減速過渡段階のあいだ、実際は、
再加速状態がいち早く継続することができるよう
に最小遊〓が保たれなければならない。

上述のような類の本発明装置は、摩耗及び密封
用リングが、ハニカム構造の第１の部分と、なめ
らかな面を含む第２の部分との２部分より成り、
周辺部に分配され、環状支持部品と摩耗及び密封
用リングを通過する一連の穿孔が前記リングの２
部分間の仕切りと同じ高さに配置されることを特
徴とする。

より有利には、パツキンの固定子内に設けられ
た室から前記リングの穿孔に給気する空気が、シ
ールリングを介して、より強い圧力の側に位置す
るその上流端から直接的に流出する空気より冷た
い冷却用空気であれば、シールリングのハニカム
構造部分は、なめらかな面をもつ第２の部分の、
タービンエンジンの正規のガス循環方向に関し
て、上流側に位置する。

これに反して、またより有利には、前記リング
の穿孔に給気する空気が、リングを介して上流側
から直接的に流出する空気より熱い時は、シール
リングのハニカム構造の第１の部分は、タービン
エンジンの正規ガス循環方向に関して、なめらか
な面をもつ第２の部分の下流側に位置する。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を
参照しておこなう以下の説明によつてさらに詳し
く理解されよう。

第１図には、本発明具体例を含むタービンエン
ジンの一部の、安定作動状態における軸方向断面
を概略的に示す。本発明ラビリンスパツキンは、
タービンエンジンの固定部分と回転部分との間に
配置されている。回転部分は、回転子１によつて
概略的に示されている。固定部分は公知の方法で
タービンエンジンの固定装置に結合した固定子２
を含む。この固定子２内には、径方向に間隔をあ
けた２個の内側４及び外側５の部品によつて、さ
らに軸方向に間隔をとつた上流側６及び下流側７
の２個の部品によつて概略的な境界付けをされた
環状室３が設けられている（上流側及び下流側と
いうのは、タービンエンジンの正規気流循環方向
に関して決められたものである）。径方向外側部
品５は、１又は数個の給気オリフイス８を含む。
環状室３の内側には、径方向内側部品４から短か
い距離に、数列の多重孔１０の明いた厚みの薄い
板９が配置されている。この板は環状室３を２個
の枠、給気孔８を含む外枠３ａと他方の内枠３ｂ
に分割する。固定子２の内側部品４は、環状支持
部品をも構成し、その径方向内側面には、本発明
ラビリンスパツキンの部品を構成する摩耗及び密
封リング１１が固定されている。本発明によれ
ば、前記摩耗及び密封リング１１は、軸方向に配
置され、インタバル１２によつて分離された２つ
の部分、上流側部分１１ａと下流部分１１ｂより
成る。内側部品４は、インタダル１２と同じ高さ
に環状室３の排気オリフイスを形成する。周辺部
に分配された一連の穿孔１２ａを含んでいる。第
１図に示した本発明具体例では、摩耗及び密封用
リングの上流側部分１１ａは、ハニカム構造より
成り、下流側部分１１ｂは公知の、普通に用いら
れているものだが、但し必ずなめらかな面を備え
ていなければならない。前記リング１１の各部１
１ａ及び１１ｂに関して、回転子１は、それぞれ
上流側１３と下流側１４の薄片部材（le´chette）
を支えており、その形状と数は、タービンエンジ
ンの作動パラメータの関数として、当業者によく
知られた方法で決定される。

以上説明した本発明装置は、タービンエンジン
のすべての作動状態において、安定状態でも過渡
状態でも、タービンエンジンのラビリンスパツキ
ンを通る気流量の制御値を保証する実際的に一定
の遊〓を確保することによつて、改良された機能
を得ることを可能ならしめ、前記装置はタービン
エンジンに、ラビリンスパツキンのところに漏れ
が生じても、効率にとつてもある種の部品の寿命
にとつても有害な影響を与える不慮の変化が観察
されることなく、適合される。事実、薄片部材１
３の頂上部と、シールリング１１の上流側部分１
１ａの協働面との間の遊〓をｊ１で表わし、薄片
部材１４の頂上部１４と、前記リングの下流部分
１１ｂの協働面との間の遊〓をｊ２で表わせば、
例えば、特に遠心効果による機械的原因の、及び
さまざまな構成部品に加わる温度的原因の、膨張
の結合効果によつて、タービンエンジンの満気状
態への急速加速上昇段階に際して、遊〓ｊ１とｊ
２は減少傾向を持ち得る。回転子１と固定子２を
分離するスペース内に上流端で入る気流量をＤ１
とし、固定子２のオリフイス８により環状室３に
入る気流量をＤ２とし、タービンエンジン内での
この気流の抽気点は、この空気がパツキンの上流
側から流入する気流Ｄ１より冷たくなるように選
択されており、当該加速段階において、ラビリン
スパツキンから流出する気流量をＤ３とすれば、
流量Ｄ１はごく僅かな変化量に従つて減少する傾
向を示し、従つて流量Ｄ３はさらに急速にさらに
著しく減少し、その結果、固定子２の冷却気流量
Ｄ２の減少が生じ、そのため再熱、従つてこの固
定子２の膨張が誘発され、さらに続いて遊〓ｊ１
及びｊ２はその当初の値を回復する。このように
して、遊〓ｊ１及びｊ２を減少させようとする効
果は相殺され無効化され、遊〓ｊ１及びｊ２は、
タービンエンジンの安定作動において目指される
最適結果について所定の目的値に維持され、さら
にこのことは、遊〓ｊ１及びｊ２を減少させよう
とするタービンエンジンの作動条件のすべてにお
いて同様となるであろう。

同様にして、例えばタービンエンジンの減速状
態に移れば、遊〓ｊ１及びｊ２は増加傾向を示し
得る。この場合、流量Ｄ１は増加傾向を示すが、
但し専らごく僅かな変化量であつて、他方では流
量Ｄ３はより急速に激しく増加し、その結果、固
定子２の冷却気の流量Ｄ２の増加が生じ、それに
よつて冷却すなわちこの固定子２の収縮が誘発さ
れ、従つて遊〓ｊ１及びｊ２はその初期値を回復
する。このようにして、遊〓ｊ１及びｊ２を増加
させようとする効果は相殺され無効化され、遊〓
ｊ１及びｊ２は再びその目的値に維持され、そし
てこのことは遊〓ｊ１及びｊ２を増加させようと
するタービンエンジンのすべての作動状態におい
て同様となるであろう。

従つて、タービンエンジンの作動状態のすべて
の変化について、固定子２の環状室３に給気する
冷気流量Ｄ２の変化が観察され、その結果、ラビ
リンスの遊〓ｊ１及びｊ２への影響は、この状態
変化から生じる遊〓の変化と逆の方向となる。い
ずれの場合にも効果は相殺され、本発明装置は、
ラビリンスの遊〓を選択された目的値に維持する
ため、作動時におけるそれらの変化をリアルタイ
ムで自動修正する手段を得させる。

第２図は、本発明を、径方向内側の燃焼室の出
口と直角に配置したラビリンスパツキンに適用し
た場合の具体例を表わす。本図は、環状燃焼室２
２の内側外被を符号２１で、燃焼室の外側通気用
枠２４を囲む環状カバーを符号２３で表わしてい
る。外被２１は、例えばボルト継手形の固定手段
２５によつて、固定子翼２７の内側部分の径方向
フランジ２６に下流側端が結合されている。カバ
ー２３は、エンジンの軸方向に向いた径方向フラ
ンジ２８を支え、この上に、ボルト継手形の固定
手段、例えば２９によつて、一方では環状支持部
品３１の先端の径方向フランジ３０が、他方では
多孔環状薄板３３の先端の径方向フランジ３２が
固定されている。環状支持部品３１は、内側径方
向面に、軸方向に配置された２つの部分、ハニカ
ム構造より成る上流側部分３４ａとなめらかな外
面をもつ下流側部分３４ｂを含む摩耗及び密封用
リング３４を支持しており、これら２つの部分は
インタバル３４ｃによつて分離されている。環状
支持部品３１は、このインタバル３４ｃの高さに
一連の穿孔３５を含んでいる。環状薄板３３は、
サポート３１に関して径方向外方に僅かに距てら
れており、このサポート上に薄板はその下流端で
３６において径方向に支承されている。サポート
３１は下流端で、径方向に外方に向かい、固定子
翼２７の内側部分と結合する径方向フランジ３７
を支えている。以上説明したエンジンの固定子固
定部分と直角に、回転子回転部分が、シールリン
グ３４と協働する、図示の例では５個の薄片部材
３９を支える円板３８を含んでいる。内枠は円板
３８によつて、空気が圧力Ｐ１を受ける上流側枠
４０と、空気がＰ１より小なる圧力Ｐ２を受ける
下流側枠４１とに分離される。環状支持部品３１
と室のカバー２３の間に設けられたスペースは、
環状支持部品３１の通気を可能ならしめ、環状薄
板３３によつて２つの枠４２ａ及び４２ｂに分離
される環状室４２を形成する。この薄板３３は、
サポート３１が衝撃を受ける度ごとに通風を与え
る多重孔４３を含む。カバー２３内に設けられた
開口４４は、燃焼室の枠２４の気流量Ｄ２が室４
２のほうへ確実に通るようにする。

本適用例では、ラビリンスパツキンの遊〓を選
択された目的値に維持するため、この遊〓の作動
状態における変化をリアルタイムで自動制御する
ことができ、さらにこの結果を得ることを可能な
らしめる機能は第１図を参照して先に説明したも
のと同一である。先に説明したように、冷却気の
流量Ｄ２の変化は、ラビリンスパツキンの遊〓の
変化と同一方向に発生し、この遊〓を安定作動に
おいて得られるその初期値に各々の場合において
導くことを可能にする。

第３図は、第１図に示したものに類似の、本発
明の第２の具体例を含むタービンエンジンの１部
を概略的に示す。第１図と同じ部品については同
じ符号を残してあり、詳細については第１図の説
明を参照されたい。ここでは第３図の具体例に固
有の特性を手短かに示すにとどめる。ラビリンス
パツキンにはいる摩耗及び密封用リング１１１
は、先の例と同様に、軸方向に配置され、インタ
バル１２によつて分離された２つの部分から成
る。しかし本具体例では、シールリング１１１の
上流側部分１１１ａがなめらかな面をもち、下流
側部分１１１ｂがハニカム構造をもつている。さ
らに、回転子１と固定子２を分離するスペース内
の上流端に入る気流量D′１とし、固定子２のオ
リフイス８によつて環状室３に入る気流量を
D′２とすれば、タービンエンジン内のこの空気
の抽気点は、この空気D′２がD′１より熱くなる
ように選択される。ラビリンスパツキンから出る
気流量をD′３とし、薄片部材１３の頂上部と、
摩耗及び密封用リングの上流部分１１１ａの協働
面との間の遊〓をj′１とし、さらに薄片部材１４
の頂上部と、前記リングの下流側部分１１１ｂの
協働面との間の遊〓をj′２とする。以上説明した
第２の具体例に従う本発明装置は、第１の具体例
と同様に、前記継手を通過する気流量の制御値を
保証し、先に挙げたと同じ利点を得ることを可能
ならしめることによつて、ラビリンスパツキンの
事実上一定の遊〓を確保することができる。事
実、例えば第１の具体例と同様に、タービンエン
ジンの満気状態への急速加速上昇段階に際して、
遊〓j′１及びj′２は減少傾向を示すことができる。
次ぎに、流量D′３は減少傾向を示すが、その変
化はごく微弱であり、流量D′１のほうはより急
速により著しく減少し、従つて固定子２の再熱気
流量D′２が増加し、固定子２の膨張が生じ、つ
づいて遊〓j′１及びj′２はその初期値を回復する。
第１の具体例と同様に、遊〓j′１及びj′２を減少
させようとする効果は相殺され無効化され、遊〓
値j′１及びj′２はタービンエンジンの安定作動状
態において目指される最適結果によつて決定され
る目的値に維持され、そしてこのことは遊〓j′１
及びj′２を減少させるタービンエンジンのすべて
の作動状態においても同一となるであろう。

同様にして、例えばタービンエンジンの減速状
態に移行すれば、遊〓j′１及びj′２は増加傾向を
示し得る。この場合、流量D′３は増加傾向を示
すが、変化量はごく僅かであり、これに対して流
量D′１のほうはより急速に著しく増加し、従つ
て固定子２の再熱気流量D′２の増加が生じ、そ
のためこの固定子２は収縮し、次いで遊〓j′１及
びj′２はその初期値を回復する。このようにし
て、第１の具体例と同様に、遊〓j′１及びj′２を
増加させようとする効果は相殺され無効化され、
遊〓j′１及びj′２は再びその目的値に維持され、
さらにこのことは遊〓j′１及びj′２を増加させよ
うとするタービンエンジンのすべての作動状態に
おいて同じであろう。従つていずれの場合におい
ても、本発明装置は、第２の具体例においても同
様に、ラビリンスの遊〓j′１及びj′２をその選択
された目的値に保つため、作動状態におけるそれ
らの変化をリアルタイムで自動修正する手段を得
させる。

第１図に示した本発明の第１の具体例を適用し
た例（つまり径方向内側の燃焼室の出口と直角に
ラビリンスパツキンを配置した場合）を第２図に
示したのと同様に、第４図は第３図に示した発明
の第２の具体例の同じ適用例を表わす。同一部品
については第２図と同じ符号を付してある。第３
図の具体例を第２図に示す類のラビリンスパツキ
ンに適用したことから得られる特徴を簡単に示す
にとどめておく。この場合、同じ環状支持部品３
１はその径方向内側面に摩耗及び密封用リング１
３４を支え、このシールリングは径方向に配置さ
れた２つの部分、なめらかな外面をもつ上流側部
分１３４ａと、ハニカム構造をもつ下流側部分１
３４ｂ、を有し、これらの２つの部分はインタバ
ル１３４ｃによつて距てられている。さらに、環
状支持部品３１の再熱気流量D′２は、燃焼室の
枠２４内で抽気される。

本適用例では、要するに、ラビリンスパツキン
の遊〓を所定の目的値に維持するため、作動状態
におけるこの遊〓の変化をリアルタイムで自動制
御することができ、さらにこの結果を得ることを
可能ならしめる機能は、第３図を参照して先に説
明した通りである。先に説明したように、再熱気
流量D′２の変化は、ラビリンスパツキンの遊〓
の変化と逆の方向に生じ、そのため各場合ごとに
安定作動状態で得られる初期値にこの遊〓を復帰
させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置を含むタービンエンジン
の一部であつて、パツキンの固定子が冷気の供給
を受けている場合を示す縦方向略断面図、第２図
は、タービンのデストリビユータの下側にラビン
スパツキンを含み、さらに本発明に従つてラビン
スパツキンの遊〓を作動状態で自動制御する装置
を備えるタービンエンジンの１部であつて、パツ
キンの固定子が冷気の供給を受けている場合を示
す縦断面図、第３図は、本発明装置を含むタービ
ンエンジンの１部であつて、パツキンの固定子が
熱気の供給を受けている場合を示す縦方向略断面
図、第４図は、タービンのデストリビユータの下
側にラビリンスパツキンを含み、さらに本発明に
従つてラビリンスパツキンの遊〓を作動状態で自
動制御する装置を備えるタービンエンジンの１部
であつて、パツキンの固定子が熱気の供給を受け
ている場合を示す縦断面図である。 １，３８…回転子、２…固定子、３，４２…環
状室、４，３１…環状支持部品、８，４４…給気
口、９，３３…薄板、１０…多重孔、１１，３
４，１１１，１３４…摩耗及び密封用リング、１
２，３４ｃ，１３４ｃ…インタバル、１３，１
４，３９…薄片部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンエンジンのラビリンス形パツキンの
   遊〓を作動状態で自動制御する装置であつて、薄
   片状部材が回転子に支持されており、前記薄片部
   材と対向して配置された摩耗及び密封用リングが
   固定子の内側径方向部分を構成する環状支持部品
   に支持されており、前記固定子が環状室を含んで
   おり該環状室の外径上に給気オリフイスを備え、
   多重孔を明けた薄板が前記環状支持部品から僅か
   な間隔で前記室の内側に配置されており、前記摩
   耗及び密封用リングが２つの部分、ハニカム構造
   の第１の部分となめらかな面を含む第２の部分よ
   り成り、周辺部に分配され、前記環状支持部品と
   前記摩耗及び密封用リングを通過する一連の穿孔
   が、前記リングの２つの部分を分離するインタバ
   ルと同じ高さに配置されていることを特徴とする
   前記装置。 ２ 摩耗及び密封用リングのハニカム構造の第１
   部分が、タービンエンジンのガスの正規循環方向
   に関して、なめらかな面をもつ第２の部分の上流
   側に位置しており、さらに前記リングの前記穿孔
   が、パツキンの固定子内に設けられた前記室から
   の冷却気によつて給気され、この空気は、より強
   い圧力の側に位置する上流側端からパツキンを通
   つて直接的に流出する空気より冷たいことを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 摩耗及び密封用リングのハニカム構造の第１
   の部分が、タービンエンジンのガスの正規循環方
   向に関して、なめらかな面をもつ第２の部分の下
   流側に位置しており、さらに前記リングの前記穿
   孔が、パツキンの固定子内に設けられた前記室か
   らの熱気によつて給気され、この空気は、より強
   い圧力の側に位置する上流側の端からパツキンを
   通つて直接的に流出する空気より熱いことを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の装置。