JPH0351578A - ターボ機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、ターボ機関の２つの部拐の間の空間をシー
ルするリーフシールに関する。さらに詳しくは、リーフ
シール両側のＩ［：力差にかかわりなく、いつもリーフ
シールを２部材に対して閉止または密封位置にバイアス
するばねを組合わせたりフシールに関する。

発明の背景 隣接する横造要索を有するターボ機関その他の装置にお
いて、構造要素の片側に高圧区域が存在４ し、反対側にｎ（圧区域がＹＪ：在する場合に両隣接構
造要素間に実質的に流体密なシールを形成するのに、通
常リーフシール（板封止）が用いられる。

リーフシールは代表的には、比較的薄い従順な部材で、
穴が設けられて隣接する構造要素の一方に固定されたビ
ンに沿って摺動するように構成されている。シールすべ
き構造要素の形状が、ターボ機関の多くの構戊要素がそ
うであるように環状である場合には、セグメント化され
たり−フシールを川いる。すなわち、段数の比較的短い
因弧状リーフシールを互いに当接させて構造要素間に本
質的に連続な環状シールを形或する。

シールすべき横逍要素の特定形状にかかわりなく、リー
フシールは、リーフシールが各構造要素と係合し両要素
間の空間をシールする閉止密封位置と、リーフシールの
少なくとも一部が構造要素から離脱して両構成要素間で
の気体の通過を許す開放位置とに移動できる。ほとんど
の用途において、リーフシールをビンに沿って閉止位置
に移動するには、シールの両側に圧力差を与える。すな
わち、シールのｊ）側に比較的１らい年力を、シールの
反対側に比較的低い圧力を加え、これによりシールを隣
接する構造要素の表面に当接する閉止密封位置に押圧し
て、両者間の気体の通過を防止する。

リーフシールはターボ機関でよく用いられているが、リ
ーフシールが流体密なシールを形成できるかどうかは、
シールの片側と反対側の間に十分な圧力差が存在するこ
とに完全に依存している。

ターボ機関のある運転段階では、リーフシールの両側で
の流体圧力の差が比較的小さい。このような条件下では
、リーフシールがターボ機関の隣接する構造要素との保
合関係から離脱し、両者間での漏れを許す可能性がある
。

リーフシールの両側での圧力差が比較的小さいと、リー
フシールが接触しているターボ機関の横造要索に対して
リーフシールが移動または振動するようになる。ターボ
機関の運転その他の原因によりリーフシールが振動する
と、リーフシールおよびそのリーフシールが着座する構
造要素の表面の両方が摩耗し、望ましくない。このよう
な摩耗の結果、リーフシールとターボ機関の構造要素と
の間で気体が漏れるだけでなく、摩耗はそれらの部材の
早期破損の原因となる。

発明の要旨 したがって、この発明の目的は、ターボ機関のような装
置の当接または隣接する構造要素間をシールして、両構
造要素間の気体の漏れを防止するリーフシールをＩκ供
することにある。このリーフシールは、このような構造
要素間の空間に信頼できる流体密なシールを生成し、リ
ーフシールに加えられる圧力差にかかわりなく気体の漏
れを阻止し、シールすべき構造要素に対するリーフシー
ルの振動その他の運動を抑える。

これらの目的を達成するために、２つの当接または隣接
する構造要素、たとえばターボ機関の椙造要素間の空間
をシールする装置は、リーフシールと、このリーフシー
ルをシールすべき構造要素に対して閉止密封位置に終始
押圧するばねとを備える。

この発明は、ばねその他のバイアス手段によりリーフシ
ールに対して力を終始加えることによって、リーフシー
ルを隣接または当接する構遣要素に対して閉止密封拉置
に保持するという思想に基づく。リーフシールの両側で
の圧力差にかかわりなく、ばねその他のバイアス手段は
リーフシールを、シールすべき隣接または当接構造要素
に対して閉止密封位置に維持する。その上、リーフシー
ルを終始隣接する｛１４遣要素に対して押し付けること
によって、リーフシールと構遣要素との間の振動その他
の相対移動を軽減し、それにより部品間の摩耗を少なく
する。

現在のところ好適な実施態様では、構造要素の一方に、
それぞれリーフシールを支持するように構成された１本
以上のピンを装着する。リーフシールに穴または開口を
設けてこのような装置ピンにリーフシールをはめる。リ
ーフシールはこのような装着ビンに沿って軸線方向に移
動可能で、具体的には、リーフシールの１部分が第１構
造要素と係合し、リーフシールの別の部分が第２構迭要
８ 素と係合して両者間の空間を閉止する閉止密封位置と、
リーフシールの上記部分の少なくとも一方が構逍要素か
ら離脱して両者間の空間での気体の通過を許す開放位置
との間で移動可能である。好ましくはばねの形態のバイ
アス手段が、構造要素の一方に装着され、リーフシール
に、リーフシールの２つの横造要索に接触する部分の中
間点で係合する。ばねはリーフシールを各構造要素に対
して押し付け、リーフシールをいっでも閉止密封位置に
維持する作用をなす。リーフシールの両側の圧力差がタ
ーボ機関の運転中に減少しても、ばねはなおリーフシー
ルを構造要素に対して密封位置に抑さえて両横造要素間
の気体の翻れを防止する。

その上、リーフシールに加えられるばね力により、リー
フシールと構造要素間の振動その他の相対移動が減少す
る。

リーフシールをシールすべき構造要素と保合関係に押正
するのに、抽々のばねを使川することができる。１実施
例では、互いに離れる方向にバイアスされた向かい合う
脚部を有するＵ字形ばねを用いる。Ｕ字形ばねの１脚部
がリーフシールを支えるピンに装着され、他方の脚部が
リーフシールにその両端の中間点で係合して、リーフシ
ールを構遣要素に当接した閉止密封位置にバイアスまた
は押圧する。

別の実施例では、リーフシール用のバイアス手段は、中
心開口部が各リーフシールを装着するピンを包囲したら
旋状コイルばねである。コイルばねの一端が１構造要素
に係合し、他端がリーフシールにその両端の中間点で係
合する。コイルばねは最初、それをリーフシールと構遣
要素との間に配置する際に圧縮され、ついで伸張してリ
ーフシールを構逍要素に対して閉止密封位置に押江する
。

さらに他の実施例では、バイアス手段は互いに反対側の
端部間に円弧状部分を有する正弦（シヌソイド）状ばね
である。正弦状ばねの両端が構造要素の一方に固着され
、両端間の円弧状部分がリーフシールと係合し、リーフ
シールをシールすべき構造要素に関して閉止密封位置に
押圧する。

尖胤例の記拙 この発問の現Ｙ〔のところ好適な実施態様の構造、作動
および効果を明瞭にするために、以下にこの発明を添付
の図面に示す実施例について説明する。

第１図に、この発明のセグメント状リーフシール１２お
よびばね１４を使用できる環境の１例を提示する目的で
、ターボ機関１０の一部を断面にて示す。ターボ機関１
０の細部はこの発明を何ら構成しないので、ここでは詳
しく説明しない。

タボ機関１０の詳しい説明については、米国特許第４，
１２６．４０５号を参照されたい。

ここでの目的に沿って説明すると、ターボ機関１０は燃
焼器１５と高圧タービン１６とを含む。

高圧タービン１６は任意の数の段を含み、各段は、当業
界で周知のように１列のタービンノズル１７と１列のタ
ービンブレード１８とが交互に配列された構成である。

高圧タービンの支持構造は、半径方向外側では、燃焼器
ケーシング１９、外側タービンリング２１およびタービ
ンケーシング２２を含み、これらが円周方向に間隔をあ
けた位置で複数個のボルト２１１ ３で相互に固定されている。タービンの半径方向内側で
は、内側燃焼器ケーシング２４が内側タビンリング２Ｇ
に複数個のボルト２７で固定されている。タービンリン
グ２６の後側では、フランジ３２が半径方向外方へ延在
して、内側バンド３４から半径方向内方へ突出してフラ
ンジ３２に摩擦係合する後部内側レール３３に対する軸
線方向荷重ストツパとして作用する。内側タービンリン
グ２６にはブラケッ１・３６も連結され、このブラケッ
ト３６は静止外側シール３７を支持する。静止外側シー
ル３７に関連した回転内側シール部材３８が、タービン
ディスク４０から前方に延在するブラケット３９で支持
されている。

夕−ビンノズル１７の半径方向外側では、外側夕−ビン
リング２１が軸線方向延在ストッパ４１およびＵ形フラ
ンジ４２を介してノズルを支持する。Ｕ形フランジ４２
は、外側バンド４４から半径方向外方へ延在する後部外
側レール４３の後面に係合することにより、軸線方向の
支持を行なう。

軸線方向延在ストッパ４６はベーン１７から半径１２ 方向外方へ延在する外側ラグ４８に摩擦係合して、円周
方向の支持を行なう。

」二述したシステム構成要素の冷却により、燃焼益１５
およびタービン１６に裔汀の区域とｆｆＵＪ丁の区域が
でき、これらの区域は亙いにシールする必要がある。通
常、比較的高圧の冷却空気を、第１図に矢印で示すよう
に、燃焼器外側ケーシング１９と燃焼器外側ライナ４９
の間で環状燃焼器１５のまわりに循環させる。同様に、
冷却空気を内側燃焼器ケーシング２４と内側燃焼器ライ
ナ５１の間に循環させる。冷却空気の一部は燃焼器ライ
ナ４９．５１の穴５２を通過してその内壁を冷却し、比
較的低圧の区域を生成し、一方、空気の大部分は下流に
流れてタービンノズルおよびシュラウドを冷却する。冷
却空気が所望通りにシステム構成要素に流れるように、
燃焼益とベーン段との界市での空気の漏れを防止する必
要がある。

第１図および第２図において、この発明の密封装置の１
実施例が、ベーン前方外側レール６１と燃焼器後部フラ
ンジ６２との間、すなわち燃焼器ベーン段界面に位置す
るターボ機関１０の構遣要素間の空間６０に配置されて
いる。この空間６０にリーフシール６４が配置され、リ
ーフシール６４の山端６６がベーン前方外側レール６１
に形成された切欠６７内に支持され、また外端６８が燃
焼器後部フランジ６２と係合し得る位置にある。

このリーフシール６４はベーン前方外側レール６１にナ
ット７２で連結されたピン７０に摺動自在に装着されて
いる。リーフシール６４は、第１図および第２図に示す
ように、その内端６６および外端６８がそれぞれ外側レ
ール６１および後部フランジ６２に係合する開止密封位
置と、リーフシール６４の内端６６および外端６８の少
なくとも一方が構造要素から離脱する開放位置との間で
移動可能である。

第１図および第２図の尖施例では、Ｕ形ばね７４の第１
アーム７６が外側レール６１の後側でナット７２により
ピン７０に固着され、また第２アーム７８が外側レール
６１の前側でピン７０に支持されリーフシール６４と保
合状態にある。これらのばねアーム７６および７８は互
いに離れる方向にバイアスされているので、第２図に示
す位置で、ばね７４の第２アーム７８がリーフシール６
４を外側レール６１および後部フランジ６２と保合関係
に押さえて両者間の空間６０を密封する。

第２アーム７８がリーフシール６４にその内端６６と外
端６８との中間点で接触し、内端６６および外端６８を
外側レール６１および後部フランジ６２に対して強制的
に密封するのが好ましい。

第３図の尖施例では、第１図および第２図のばね７４を
なくし、その代わりに、リーフシール６４を外側レール
６１および後部フランジ６２に当接する位置に維持する
ためのら旋状コイルばね８０を設けている。コイルばね
８０は中心部が開口して、ピン７０に沿って摺動できる
ようになっており、コイルばね８０の第１端８４は外側
レール６１の前面に係合し、第２端８６はリーフシール
６４にその内端６６と外端６８の中間点で係合している
。コイルばね８０は最ｔ刀それを外側レール６１とリー
フシール６４との間に配置する際に圧１５ 縮され、ついで伸張して第２端８６がリーフシール６４
を前方に、外側レール６１および後部フランジ６２と密
封係合関係に押しこむ。

この発明のさらに他の火施例を第４図および第５図に示
す。この例では、Ｕ形ばね７４やコイルばね８０の代わ
りにほぼ正弦状のばね８８を用いる。正弦状のばね８８
は、その両端９０および９２間の中心部分９４が円弧の
ほぼ正弦形状に形成されている。ばね８８は両端９０お
よび９２がピン７０およびナット７２で固着されている
ので、円弧状中心部分９４がリーフシール６４にその内
端６６と外端６８との中間点で係合ずる。ばね８８の中
心部分９４は外側レール６１とリーフシール６４との間
に位置し、リーフシール６４の両端６６．６８を外側レ
ール６１および後部フランジ６２に対して密封位置に押
圧するので、ばね８８の中心部分９４は圧縮される。

この発明を好適な実施例について説明したが、当業者で
あれば、この発門の要旨を逸脱することなく、種々の変
更が可能であり、また構成要素を１６ その均等物に置き換え可能であることが理解できるであ
ろう。さらに、特定の状況や材料をこの発明の教示に合
わせるように多くの変更が可能である。

たとえば、図示したリーフシールとばねとを組合わせた
構成は、タービンノズルおよびタービン機関の環境で、
２つの描逍要素、たとえば燃かｎ器後部フランジおよび
ベーン前方外側レール間にシールを与えるものとして説
明した。しかし、ここに開示したりーフシールおよびば
ねは、現在り一フシールを使用しているほとんどあらゆ
る用途に使用できる。さらに、リーフシールをシール位
置に維持するのに、この発明の要旨を逸脱しない範■内
で秤々の異なるばねその他のバイアス手段を使川するこ
とも考えられる。

したがって、この発明は、発明を実施するのに最良と考
えられるここに開示した特定の丈施例に限定されず、特
許請求の範囲に入るあらゆる実施態様を包含する。

４．図面のｆ＋ｔ＋　１１１な説明 第１図はターボ機関の一部の概略の断面図で、この発明
のリーフシールおよびばねを利用することのできる位置
を示し、 第２図は第１図の一部の拡大断面図で、リーフシールお
よびばねの１実施例を示し、 第３図はリーフシールと組合わせるばねの別の例を示す
箇２図と同様の抛大断而図、 第４図はこの発明のばねとリーフシールの組合わせのさ
らに他の実施例を示す平面図、そして第５図は第４図の
５−５線方向に見た断面図である。

６０；空間、 ６１：外側レール、６２；後部フランジ、６４：リーフ
シール、 ６６：内端、　　　　６８：外端、 ７０：ピン、　　　　７２：ナット、 ７４：ばね、 ８０：コイルばね、 ８８：正弦状ばね。

１９ ＦＪＧ．５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１部材と第２部材との間の空間をシールする装置
   において、 リーフシールが第１部材と第２部材の間の空間に配置さ
   れ、このリーフシールは上記第１部材および第２部材と
   係合して両者間の空間をシールする密封位置に移動でき
   、 バイアス手段が上記第１部材および第２部材の一方と上
   記リーフシールとの間に連結され、上記リーフシールを
   上記密封位置に終始押圧するシール装置。 ２、上記バイアス手段が互いに離れる方向にバイアスさ
   れた第１アームと第２アームを有するほぼＵ字形のばね
   であり、上記第１アームが上記第１部材および第２部材
   の一方に固着され、上記第２アームが上記リーフシール
   に係合してリーフシールを上記第１部材および第２部材
   に当接する密封位置に押圧する請求項１に記載のシール
   装置。 ３、上記バイアス手段が第１端と第２端を有するコイル
   ばねであり、このコイルばねが上記第１部材および第２
   部材の一方と上記リーフシールとの間に装着されて上記
   リーフシールを上記密封位置に押圧する請求項１に記載
   のシール装置。 ４、上記バイアス手段が両端と両端間の円弧状部分とを
   有する正弦状ばねであり、この正弦状ばねが上記第１部
   材および第２部材の一方に装着され、上記円弧状部分が
   上記リーフシールに係合しリーフシールを上記密封位置
   に押圧する請求項１に記載のシール装置。 ５、第１部材と第２部材との間の空間をシールする装置
   において、 リーフシールと、 上記リーフシールを第１部材と第２部材の間の空間に関
   して、このリーフシールが上記第１部材および第２部材
   と当接して両者間の空間を通る気体の通過を実質的に防
   止する密封位置に移動できるように、装着する支持手段
   と、 上記支持手段に担持され、上記リーフシールを上記密封
   位置に終始押圧するバイアス手段とを備えるシール装置
   。 ６、上記支持手段が上記第１部材に装着されたピンであ
   り、上記リーフシールが上記ピンに装着され、ピンに沿
   って軸線方向に上記第１部材および第２部材に当接する
   密封位置まで摺動可能である請求項５に記載のシール装
   置。 ７、上記バイアス手段が互いに離れる方向にバイアスさ
   れた第１アームと第２アームを有するＵ字形のばねであ
   り、上記第１アームが上記ピンに固着され、上記第２ア
   ームが上記ピンで上記リーフシールに係合する位置に保
   持され、上記第１アームおよび第２アームを最初互いに
   近づくようにたわませ、ついで解放し上記第２アームが
   上記リーフシールを上記第１部材および第２部材に当接
   する密封位置に押圧する請求項６に記載のシール装置。 ８、上記バイアス手段が中心開口部と互いに反対側の端
   部とを有するコイルばねであり、このコイルばねの中心
   開口部に上記ピンがはまり、コイルばねの一端が上記第
   １部材に接触し、コイルばねの他端が上記リーフシール
   に係合し、上記コイルばねは最初上記第１部材と上記リ
   ーフシールとの間で圧縮され、ついで解放されて上記リ
   ーフシールを上記密封位置に押圧する請求項６に記載の
   シール装置。 ９、上記バイアス手段が両端と両端間の円弧状部分とを
   有するの正弦状ばねであり、この正弦状ばねの両端が上
   記第１部材に固着され、上記円弧状部分が上記リーフシ
   ールに係合しリーフシールを上記密封位置に押圧する請
   求項６に記載のシール装置。 １０、第１部材と第２部材との間の空間をシールする装
   置において、 リーフシールが上記第１部材と係合し得る第１部分と上
   記第２部材と係合し得る第２部分とを有し、リーフシー
   ルの第１および第２部分は互いに離間しており、 支持手段が上記リーフシールを第１部材と第２部材の間
   の空間に関して適切に装着し、リーフシールの第１部分
   が上記第１部材と係合し、第２部分が上記第２部材と係
   合して両者間の空間を通る流体の通過を実質的に防止す
   る密封位置に上記リーフシールが移動できるようにし、 バイアス手段が上記支持手段に担持され、上記リーフシ
   ールにその第１および第２部分の中間の点で力を加えて
   リーフシールを上記密封位置に押圧するシール装置。