JPH04224375A - 熱調整された回転ラビリンスシール - Google Patents
熱調整された回転ラビリンスシールInfo
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- JPH04224375A JPH04224375A JP3070325A JP7032591A JPH04224375A JP H04224375 A JPH04224375 A JP H04224375A JP 3070325 A JP3070325 A JP 3070325A JP 7032591 A JP7032591 A JP 7032591A JP H04224375 A JPH04224375 A JP H04224375A
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- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 12
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
- F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y10S277/928—Seal including pressure relief or vent feature
-
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-
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の表示】この出願は、本出願人に譲渡された
下記の出願に技術的に関連している。
下記の出願に技術的に関連している。
【０００２】１．Ｋｅｎｎｅｃｈ Ｏ．Ｊｏｈｎｓｏ
ｎの米国特許出願０７１，５９４号（１９８７年７月１
０日出願）「二重反転出力タービン」 ２．Ｐｒｚｙｔｕｌｓｋｉ等の米国特許出願第５０５，
１２０号（１９９０年４月３日出願）「タービンエンジ
ン二重反転ロータのエアーホイル段の段間シール構造」
３．Ｐｒｚｙｔｕｌｓｋｉ等の米国特許出願第５０５，
１１８号（１９９０年４月３日出願）「タービンブレー
ド外端取付構造」 ４．Ｐｒｚｙｔｕｌｓｋｉ等の米国特許出願第５０５，
１２１号（１９９０年４月３日出願）「タービンブレー
ド内端取付構造」
ｎの米国特許出願０７１，５９４号（１９８７年７月１
０日出願）「二重反転出力タービン」 ２．Ｐｒｚｙｔｕｌｓｋｉ等の米国特許出願第５０５，
１２０号（１９９０年４月３日出願）「タービンエンジ
ン二重反転ロータのエアーホイル段の段間シール構造」
３．Ｐｒｚｙｔｕｌｓｋｉ等の米国特許出願第５０５，
１１８号（１９９０年４月３日出願）「タービンブレー
ド外端取付構造」 ４．Ｐｒｚｙｔｕｌｓｋｉ等の米国特許出願第５０５，
１２１号（１９９０年４月３日出願）「タービンブレー
ド内端取付構造」
【０００３】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にガスタービン
エンジンに関し、特に、ガスタービンエンジン用の熱的
に調整された回転ラビリンスシールに関する。
エンジンに関し、特に、ガスタービンエンジン用の熱的
に調整された回転ラビリンスシールに関する。
【０００４】
【従来の技術】通常ガスタービンエンジンに設けられる
ガス発生機は、エンジン内を後方に流れる空気を圧縮す
る圧縮機と、燃料を圧縮空気と混合し、点火して高エネ
ルギーのガス流を形成する燃焼器と、ガス流により駆動
され、圧縮機を駆動するロータを駆動するように連結さ
れたタービンとを含む。多くのエンジンではさらに、出
力（パワー）タービンと称される第２のタービンをガス
発生機の後方に配置し、これによりガス流からエネルギ
ーを抽出し、ヘリコプタ、ダクト付きターボファンエン
ジンおよびターボプロップエンジンのプロパルサに見ら
れるような可変ピッチブレードを有する回転負荷を駆動
する。
ガス発生機は、エンジン内を後方に流れる空気を圧縮す
る圧縮機と、燃料を圧縮空気と混合し、点火して高エネ
ルギーのガス流を形成する燃焼器と、ガス流により駆動
され、圧縮機を駆動するロータを駆動するように連結さ
れたタービンとを含む。多くのエンジンではさらに、出
力（パワー）タービンと称される第２のタービンをガス
発生機の後方に配置し、これによりガス流からエネルギ
ーを抽出し、ヘリコプタ、ダクト付きターボファンエン
ジンおよびターボプロップエンジンのプロパルサに見ら
れるような可変ピッチブレードを有する回転負荷を駆動
する。
【０００５】ターボファンおよびターボプロップエンジ
ンに対する近年の改良として、関連出願１として挙げた
米国特許出願に開示されているようなダクトなしファン
エンジンがある。ダクトなしファンエンジンでは、出力
タービンが、二重反転するエアーホイル段を画定するタ
ービンブレードを有する二重反転ロータを含み、これら
のロータが出力タービンに関して半径方向に配置された
ダクトなしファンブレードをほぼ同様に駆動する。ダク
トなしファンエンジンのファンブレードは、性能を最適
にするようにピッチを可変としたブレードである。運転
中、ブレードのピッチを特定の運転条件に合わせて変え
ることにより、エンジンの燃料効率を高くすることがで
きる。
ンに対する近年の改良として、関連出願１として挙げた
米国特許出願に開示されているようなダクトなしファン
エンジンがある。ダクトなしファンエンジンでは、出力
タービンが、二重反転するエアーホイル段を画定するタ
ービンブレードを有する二重反転ロータを含み、これら
のロータが出力タービンに関して半径方向に配置された
ダクトなしファンブレードをほぼ同様に駆動する。ダク
トなしファンエンジンのファンブレードは、性能を最適
にするようにピッチを可変としたブレードである。運転
中、ブレードのピッチを特定の運転条件に合わせて変え
ることにより、エンジンの燃料効率を高くすることがで
きる。
【０００６】出力タービンを通る流路の比較的高圧の上
流領域において、静止ケーシングと回転する外側ロータ
との間から圧力が流路の外へ漏れ出ることによるエンジ
ン性能の低下を最小限に抑えるために、ケーシングとロ
ータとの間にラビリンスシールを使用して空気の通過を
防止している。従来の代表的なラビリンスシールは、回
転ロータに取り付けた円環形状のリムに設けた、軸線方
向に離間し、円周方向に延在し、外向きに突出する複数
のシール歯と、静止ケーシングに取り付けた階段状ハネ
カム構造とから構成され、ハネカム構造が歯とシール関
係で接する。
流領域において、静止ケーシングと回転する外側ロータ
との間から圧力が流路の外へ漏れ出ることによるエンジ
ン性能の低下を最小限に抑えるために、ケーシングとロ
ータとの間にラビリンスシールを使用して空気の通過を
防止している。従来の代表的なラビリンスシールは、回
転ロータに取り付けた円環形状のリムに設けた、軸線方
向に離間し、円周方向に延在し、外向きに突出する複数
のシール歯と、静止ケーシングに取り付けた階段状ハネ
カム構造とから構成され、ハネカム構造が歯とシール関
係で接する。
【０００７】しかし、シールが置かれている熱的環境で
は、歯の温度は高熱ガス流と接触している比較的高温の
ロータにより影響され、一方ハネカム構造の温度は外側
の空気と接触している比較的低温のケーシングにより影
響される。このため、シール部品の間に温度差が生じ、
問題が起こる。内側の歯を支持するリムの熱膨張は、外
側のハネカム構造の熱膨張より早い。この結果、ハネカ
ム構造に対する歯のこすれが増大し、シールクリアラン
スの制御が一層困難になる。
は、歯の温度は高熱ガス流と接触している比較的高温の
ロータにより影響され、一方ハネカム構造の温度は外側
の空気と接触している比較的低温のケーシングにより影
響される。このため、シール部品の間に温度差が生じ、
問題が起こる。内側の歯を支持するリムの熱膨張は、外
側のハネカム構造の熱膨張より早い。この結果、ハネカ
ム構造に対する歯のこすれが増大し、シールクリアラン
スの制御が一層困難になる。
【０００８】この問題を解決する方法の１例が、本出願
人に譲渡されたＨａｕｓｅｒらの米国特許第４，５１３
，９７５号に開示されている。ハウザーらの特許では、
一連の軸線方向に離間した導管を設け、これにより静止
ハネカム構造の段と回転ロータ上の歯とにより画定され
た上流の領域と下流の領域とをつなげる。導管は高熱ガ
スの一部を上流の領域から下流の領域へ運ぶ。各導管の
環状の空所には、複数の入口および出口通路が互いに円
周方向にずらせて設けられている。各入口通路はエンジ
ンの半径に沿って整列され、一方、各出口通路は軸線方
向平面内で整列され、その方向はエンジン軸線に対して
鋭角である。
人に譲渡されたＨａｕｓｅｒらの米国特許第４，５１３
，９７５号に開示されている。ハウザーらの特許では、
一連の軸線方向に離間した導管を設け、これにより静止
ハネカム構造の段と回転ロータ上の歯とにより画定され
た上流の領域と下流の領域とをつなげる。導管は高熱ガ
スの一部を上流の領域から下流の領域へ運ぶ。各導管の
環状の空所には、複数の入口および出口通路が互いに円
周方向にずらせて設けられている。各入口通路はエンジ
ンの半径に沿って整列され、一方、各出口通路は軸線方
向平面内で整列され、その方向はエンジン軸線に対して
鋭角である。
【０００９】ガスの温度が上昇するにつれて、上流の領
域から各導管内を通過するガス部分は下流の領域の一層
迅速な加熱を助ける。その目的は、両シール部材間の熱
伝達率を増加し、熱的平衡に達するのに要する時間を短
くすることにある。
域から各導管内を通過するガス部分は下流の領域の一層
迅速な加熱を助ける。その目的は、両シール部材間の熱
伝達率を増加し、熱的平衡に達するのに要する時間を短
くすることにある。
【００１０】上記米国特許の方法は、２つのシール部材
間の熱膨張差とその悪影響の問題の軽減に向けての正し
い方向への一歩である。しかし、この問題への実用的な
解決策を実現するためには、この方法をさらに改良する
ことが必要である。
間の熱膨張差とその悪影響の問題の軽減に向けての正し
い方向への一歩である。しかし、この問題への実用的な
解決策を実現するためには、この方法をさらに改良する
ことが必要である。
【００１１】
【発明の概要】この発明は、上述した要求を満たすよう
に設計された、優れた熱的に調整された回転ラビリンス
シールを提供する。この発明の回転シールは、相対回転
するシール部材を熱的に調整し、能動的（アクティブ）
なシールクリアランス制御を可能にする手段を含む。
に設計された、優れた熱的に調整された回転ラビリンス
シールを提供する。この発明の回転シールは、相対回転
するシール部材を熱的に調整し、能動的（アクティブ）
なシールクリアランス制御を可能にする手段を含む。
【００１２】熱的調整手段として、ハウジングを外側静
止シール部材の階段状ハネカム構造の外側に取り付けて
単一の空所を画定し、また上記単一の空所でつながれた
複数の入口および出口通気孔を、シールの上流端および
下流端で、ハウジング空所と両シール部材の内部に画定
された領域との間のハネカム構造に貫通させる。通気孔
は半径方向平面内で整列させ、エンジン軸線に対して半
径方向平面との接線方向に傾斜させる。
止シール部材の階段状ハネカム構造の外側に取り付けて
単一の空所を画定し、また上記単一の空所でつながれた
複数の入口および出口通気孔を、シールの上流端および
下流端で、ハウジング空所と両シール部材の内部に画定
された領域との間のハネカム構造に貫通させる。通気孔
は半径方向平面内で整列させ、エンジン軸線に対して半
径方向平面との接線方向に傾斜させる。
【００１３】外側シール部材に貫通させて設ける通気孔
の数とその接線方向角度を選択することにより、シール
を熱的に調整する。通気孔の角度を調節することにより
、孔および空所に流れるガスの速度を調節でき、それに
より両シール部材が一緒に熱膨張するように、シール部
材を含むロータおよび静止ケーシングの部分の境膜係数
を調和させることができ、これによりシールの能動的な
クリアランス制御を行う。ケーシングシール部材の外側
にある積極的に加熱される空所は、シール全体に一層安
定な環境を生成し、一層均一で迅速な熱膨張を、またし
たがって良好なクリアランス制御を許容し、こうしてシ
ール性およびエンジン性能を改良する。
の数とその接線方向角度を選択することにより、シール
を熱的に調整する。通気孔の角度を調節することにより
、孔および空所に流れるガスの速度を調節でき、それに
より両シール部材が一緒に熱膨張するように、シール部
材を含むロータおよび静止ケーシングの部分の境膜係数
を調和させることができ、これによりシールの能動的な
クリアランス制御を行う。ケーシングシール部材の外側
にある積極的に加熱される空所は、シール全体に一層安
定な環境を生成し、一層均一で迅速な熱膨張を、またし
たがって良好なクリアランス制御を許容し、こうしてシ
ール性およびエンジン性能を改良する。
【００１４】したがって、この発明のガスタービンエン
ジン用の熱調整された回転シールは、（ａ）軸線方向に
離間し、半径方向に突出する複数の環状シール要素を有
する内側環状シール部材と、（ｂ）階段状ハネカム構造
を有する外側環状シール部材とを備え、この階段状ハネ
カム構造は上記内側シール部材の環状シール要素と向か
い合い、それとともにシール要素とハネカム構造で囲ま
れた一連の軸線方向に離間した領域を画定し、上記内側
シール部材の環状シール要素と上記外側シール部材の階
段状ハネカム構造とが協動してガスが１つの領域から次
の領域に流れるのを阻止し、さらに（ｃ）上記ハネカム
構造をその上流端および下流端で貫通し、上記領域の対
応するものと連通する複数の入口および出口通気孔を画
定する手段と、（ｄ）上記ハネカム構造の外側に取り付
けた環状ハウジングとを備え、この環状ハウジングは、
上記ハネカム構造をその上流端から下流端まで軸線方向
にまたぐ単一の軸線方向に細長い環状空所を画定し、上
記環状空所は上記ハネカム構造の上流端および下流端に
隣接する入口および出口通気孔を流通関係に相互連結し
、ガス流をハネカム構造の外側に沿って入口通気孔から
出口通気孔まで熱伝達関係で流すことを特徴とする。
ジン用の熱調整された回転シールは、（ａ）軸線方向に
離間し、半径方向に突出する複数の環状シール要素を有
する内側環状シール部材と、（ｂ）階段状ハネカム構造
を有する外側環状シール部材とを備え、この階段状ハネ
カム構造は上記内側シール部材の環状シール要素と向か
い合い、それとともにシール要素とハネカム構造で囲ま
れた一連の軸線方向に離間した領域を画定し、上記内側
シール部材の環状シール要素と上記外側シール部材の階
段状ハネカム構造とが協動してガスが１つの領域から次
の領域に流れるのを阻止し、さらに（ｃ）上記ハネカム
構造をその上流端および下流端で貫通し、上記領域の対
応するものと連通する複数の入口および出口通気孔を画
定する手段と、（ｄ）上記ハネカム構造の外側に取り付
けた環状ハウジングとを備え、この環状ハウジングは、
上記ハネカム構造をその上流端から下流端まで軸線方向
にまたぐ単一の軸線方向に細長い環状空所を画定し、上
記環状空所は上記ハネカム構造の上流端および下流端に
隣接する入口および出口通気孔を流通関係に相互連結し
、ガス流をハネカム構造の外側に沿って入口通気孔から
出口通気孔まで熱伝達関係で流すことを特徴とする。
【００１５】好適な実施例では、上記ハネカム構造の上
流端に隣接する入口通気孔が、エンジンの長さ方向軸線
に対して半径方向に延在する少なくとも１つの平面に沿
って整列されている。入口通気孔は、上記半径方向平面
に沿って接線方向に延在する角度にも配置されている。 上記ハネカム構造の下流端に隣接する出口通気孔が、エ
ンジンの長さ方向軸線に対して半径方向に延在する少な
くとも１つの平面に沿って整列されている。出口通気孔
は、上記半径方向平面に沿って接線方向に延在する角度
にも配置されている。
流端に隣接する入口通気孔が、エンジンの長さ方向軸線
に対して半径方向に延在する少なくとも１つの平面に沿
って整列されている。入口通気孔は、上記半径方向平面
に沿って接線方向に延在する角度にも配置されている。 上記ハネカム構造の下流端に隣接する出口通気孔が、エ
ンジンの長さ方向軸線に対して半径方向に延在する少な
くとも１つの平面に沿って整列されている。出口通気孔
は、上記半径方向平面に沿って接線方向に延在する角度
にも配置されている。
【００１６】この発明の上記および他の特徴、効果およ
び利点をさらに明確にするために、以下にこの発明を添
付の図面に示した好適な実施例について詳しく説明する
。
び利点をさらに明確にするために、以下にこの発明を添
付の図面に示した好適な実施例について詳しく説明する
。
【００１７】
【具体的な構成】以下の説明において、一連の図面中の
同じ符号は同じまたは対応する部品を示す。また以下の
説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上
方」、「下方」などの用語は便宜的な用語で、限定的な
意味で考えるべきではない。 全般 図面、特に図１を参照すると、ダ
クトなしファン型のガスタービンエンジン１０が示して
あり、このエンジンには、図３に全体を１２で示すこの
発明の熱的に調整された回転ラビリンスシールの好適な
実施例が組み込まれている。エンジン１０は、前部ガス
発生機（図示せず）および後部出力タービン１６（図２
に線図的に示す）を包囲する外側シュラウドまたはナセ
ル１４を有する。ガス発生機が発生した燃焼ガスを、周
知の態様で出力タービン１６に導く。
同じ符号は同じまたは対応する部品を示す。また以下の
説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上
方」、「下方」などの用語は便宜的な用語で、限定的な
意味で考えるべきではない。 全般 図面、特に図１を参照すると、ダ
クトなしファン型のガスタービンエンジン１０が示して
あり、このエンジンには、図３に全体を１２で示すこの
発明の熱的に調整された回転ラビリンスシールの好適な
実施例が組み込まれている。エンジン１０は、前部ガス
発生機（図示せず）および後部出力タービン１６（図２
に線図的に示す）を包囲する外側シュラウドまたはナセ
ル１４を有する。ガス発生機が発生した燃焼ガスを、周
知の態様で出力タービン１６に導く。
【００１８】図２に示すように、出力（パワー）タービ
ン１６は、エンジン１０の長さ方向中心軸線Ａのまわり
で互いに反対方向に回転する、すなわち二重反転（ｃｏ
ｕｎｔｅｒｒｏｔａｔｅ）する構成の外側環状タービン
ロータ１８および内側環状タービンロータ２０を含む。 ロータ１８および２０はそれぞれ、タンデム配置の前部
の１組のプロパルサブレード２２および後部の１組のプ
ロパルサブレード２４を、一緒に回転するように装着し
ている。外側ロータ１８は第１組の軸受２８により、エ
ンジン１０の中空な静止構造体２６のまわりに回転自在
に装着され、一方、内側ロータ２０は第２組の軸受３０
により、外側ロータ１８内に回転自在に装着されている
。
ン１６は、エンジン１０の長さ方向中心軸線Ａのまわり
で互いに反対方向に回転する、すなわち二重反転（ｃｏ
ｕｎｔｅｒｒｏｔａｔｅ）する構成の外側環状タービン
ロータ１８および内側環状タービンロータ２０を含む。 ロータ１８および２０はそれぞれ、タンデム配置の前部
の１組のプロパルサブレード２２および後部の１組のプ
ロパルサブレード２４を、一緒に回転するように装着し
ている。外側ロータ１８は第１組の軸受２８により、エ
ンジン１０の中空な静止構造体２６のまわりに回転自在
に装着され、一方、内側ロータ２０は第２組の軸受３０
により、外側ロータ１８内に回転自在に装着されている
。
【００１９】ナセル１４はロータ１８、２０を包囲する
が、各１組のプロパルサブレード２２、２４はナセル１
４の外面から半径方向外向きに延在し円周方向に配置さ
れている。ナセル１４は、前部の１組のプロパルサブレ
ード２２に連結されそれと共に回転可能な前部スリーブ
３２と、後部の１組のプロパルサブレード２４に連結さ
れそれと共に回転可能な後部スリーブ３４とを含む。ナ
セル１４の外面形状は、プロパルサブレード２２、２４
の、したがってエンジン１０の性能を最適にするのに適
当な空気流特性を呈する。
が、各１組のプロパルサブレード２２、２４はナセル１
４の外面から半径方向外向きに延在し円周方向に配置さ
れている。ナセル１４は、前部の１組のプロパルサブレ
ード２２に連結されそれと共に回転可能な前部スリーブ
３２と、後部の１組のプロパルサブレード２４に連結さ
れそれと共に回転可能な後部スリーブ３４とを含む。ナ
セル１４の外面形状は、プロパルサブレード２２、２４
の、したがってエンジン１０の性能を最適にするのに適
当な空気流特性を呈する。
【００２０】エンジン１０の性能をさらに適正にするた
めに、プロパルサブレード２２、２４のピッチを特定の
運転条件に合わせて変えることができる。前部および後
部の組のブレード２２、２４は、ハブ３６により前部お
よび後部ナセルスリーブ３２、３４の内面側に回転自在
に装着され、またブレード２２、２４をそれぞれのピッ
チ変更軸線４０、４２のまわりに回転する作用をなすピ
ッチ変更機構３８に連結されている。ブレードピッチ変
更機構については、本出願人に譲渡されたＢｕｔｌｅｒ
の米国特許第４，７３８，５９０号に詳しく説明されて
いる。
めに、プロパルサブレード２２、２４のピッチを特定の
運転条件に合わせて変えることができる。前部および後
部の組のブレード２２、２４は、ハブ３６により前部お
よび後部ナセルスリーブ３２、３４の内面側に回転自在
に装着され、またブレード２２、２４をそれぞれのピッ
チ変更軸線４０、４２のまわりに回転する作用をなすピ
ッチ変更機構３８に連結されている。ブレードピッチ変
更機構については、本出願人に譲渡されたＢｕｔｌｅｒ
の米国特許第４，７３８，５９０号に詳しく説明されて
いる。
【００２１】後部出力タービン１６はまた、エンジン１
０の前部ガス発生機から燃焼ガスを受け取る環状ガス流
路４４を有する。ガス流路４４は出力タービン１６の外
側ロータ１８と内側ロータ２０との間に延在し、燃焼ガ
スはその流路４４を高エネルギーのガス流４６として流
れる。出力タービン１６のロータ１８、２０にはそれぞ
れ、取付構造（図示せず）を介して、軸線方向に間隔を
あけた複数列の円周方向および半径方向に延在するター
ビンブレード４８、５０が装着されている。タービンブ
レード４８、５０は交互に配置されて、環状ガス流路４
４を横切る複数の二重反転エアーホイル段を画定する。 また、外側および内側の段間シール構造（図示せず）を
設けて、ガス流４６が外側および内側ロータ１８、２０
とタービンブレード５０、４８の外端および内端との間
を通過するのを防止する。
０の前部ガス発生機から燃焼ガスを受け取る環状ガス流
路４４を有する。ガス流路４４は出力タービン１６の外
側ロータ１８と内側ロータ２０との間に延在し、燃焼ガ
スはその流路４４を高エネルギーのガス流４６として流
れる。出力タービン１６のロータ１８、２０にはそれぞ
れ、取付構造（図示せず）を介して、軸線方向に間隔を
あけた複数列の円周方向および半径方向に延在するター
ビンブレード４８、５０が装着されている。タービンブ
レード４８、５０は交互に配置されて、環状ガス流路４
４を横切る複数の二重反転エアーホイル段を画定する。 また、外側および内側の段間シール構造（図示せず）を
設けて、ガス流４６が外側および内側ロータ１８、２０
とタービンブレード５０、４８の外端および内端との間
を通過するのを防止する。
【００２２】このように配置すれば、ロータ１８、２０
間の環状ガス流路４４を通過する高エネルギーのガス流
４６が複数組のタービンブレード４８、５０を円形通路
のまわりに互いに反対方向に移動または転動させ、こう
してそれぞれのロータ１８、２０を反対回転させ、そし
てそれに応じて２組のプロパルサブレード２２、２４を
反対回転方向に駆動する。 本発明の熱調整された回転ラビリンスシール
ガス流４６が流路４４から静止ケーシング５
２と外側ロータ１８との間の空間を通って漏れることに
よるエンジン性能の低下を最小にするために、この発明
の熱調整された回転ラビリンスシール１２を図３に示す
ように設ける。回転シール１２は、内側シール部材５４
および外側シール部材５６と、相対回転するシール部材
の熱的な調整を行って能動的なシールクリアランス制御
を達成する手段とから構成される。
間の環状ガス流路４４を通過する高エネルギーのガス流
４６が複数組のタービンブレード４８、５０を円形通路
のまわりに互いに反対方向に移動または転動させ、こう
してそれぞれのロータ１８、２０を反対回転させ、そし
てそれに応じて２組のプロパルサブレード２２、２４を
反対回転方向に駆動する。 本発明の熱調整された回転ラビリンスシール
ガス流４６が流路４４から静止ケーシング５
２と外側ロータ１８との間の空間を通って漏れることに
よるエンジン性能の低下を最小にするために、この発明
の熱調整された回転ラビリンスシール１２を図３に示す
ように設ける。回転シール１２は、内側シール部材５４
および外側シール部材５６と、相対回転するシール部材
の熱的な調整を行って能動的なシールクリアランス制御
を達成する手段とから構成される。
【００２３】具体的には、内側シール部材５４は、外側
ロータ１８の上流端に取り付けた環状リム部分５８と、
リム部分５８に取り付けた複数の軸線方向に離間され半
径方向外向きに突出する環状リング状シール歯６０とを
含む。外側シール部材５６は階段状支持板６２を含み、
階段状ハネカム構造６４が内側シール部材５４の環状シ
ール歯６０の先端６０Ａに向かい合って支持板６２に取
り付けられている。リム部分５８、シール歯６０および
ハネカム構造６４により、一連の軸線方向に離間した環
状領域６６が包囲、画定されている。理想的には、内側
シール部材５４の環状シール歯６０の先端６０Ａが、外
側シール部材５６の階段状ハネカム構造６４の対向面６
４Ａと、周知の態様で協動して、ガスが１つの領域６６
から次の領域に流れるのを防止する。
ロータ１８の上流端に取り付けた環状リム部分５８と、
リム部分５８に取り付けた複数の軸線方向に離間され半
径方向外向きに突出する環状リング状シール歯６０とを
含む。外側シール部材５６は階段状支持板６２を含み、
階段状ハネカム構造６４が内側シール部材５４の環状シ
ール歯６０の先端６０Ａに向かい合って支持板６２に取
り付けられている。リム部分５８、シール歯６０および
ハネカム構造６４により、一連の軸線方向に離間した環
状領域６６が包囲、画定されている。理想的には、内側
シール部材５４の環状シール歯６０の先端６０Ａが、外
側シール部材５６の階段状ハネカム構造６４の対向面６
４Ａと、周知の態様で協動して、ガスが１つの領域６６
から次の領域に流れるのを防止する。
【００２４】能動的シールクリアランス制御を達成する
ために、相対回転するシール部材５４、５６の熱的な調
整を行うシール１２の手段は、ハネカム構造６４に貫通
形成した複数の入口および出口通気孔６８、７０と、外
側シール部材５６の支持板６２およびハネカム構造６４
の外側に取り付けた環状ハウジング７２とを含む。入口
および出口通気孔６８、７０は、断面形状を円形とし、
それぞれハネカム構造６４の上流端および下流端に隣接
して配置し、領域６６の対応する位置のものと連通する
のが好ましい。
ために、相対回転するシール部材５４、５６の熱的な調
整を行うシール１２の手段は、ハネカム構造６４に貫通
形成した複数の入口および出口通気孔６８、７０と、外
側シール部材５６の支持板６２およびハネカム構造６４
の外側に取り付けた環状ハウジング７２とを含む。入口
および出口通気孔６８、７０は、断面形状を円形とし、
それぞれハネカム構造６４の上流端および下流端に隣接
して配置し、領域６６の対応する位置のものと連通する
のが好ましい。
【００２５】ハネカム構造６４の外側に取り付けた環状
ハウジング７２は、ハネカム構造６４をその上流端６４
Ｂから下流端６４Ｃまで軸線方向にまたぐ単一の軸線方
向に細長い環状空所７４を画定する。また、空所７４は
、入口および出口通気孔６８、７０を流通関係に相互連
結し、ガス流をハネカム構造６４の外側に沿って入口通
気孔６８から出口通気孔７０まで熱伝達関係で流す。
ハウジング７２は、ハネカム構造６４をその上流端６４
Ｂから下流端６４Ｃまで軸線方向にまたぐ単一の軸線方
向に細長い環状空所７４を画定する。また、空所７４は
、入口および出口通気孔６８、７０を流通関係に相互連
結し、ガス流をハネカム構造６４の外側に沿って入口通
気孔６８から出口通気孔７０まで熱伝達関係で流す。
【００２６】ハネカム構造６４の上流端６４Ｂに隣接す
る入口通気孔６８は、エンジン１０の長さ方向軸線Ａに
対して横方向および半径方向に延在する少なくとも１つ
の平面に沿って整列されている。図４から明らかなよう
に、入口通気孔６８は、図面の平面と一致する半径方向
平面に沿って大体接線方向に延在する角度にも配置され
ている。ハネカム構造６４の下流端６４Ｃに隣接する出
口通気孔７０は、エンジン１０の長さ方向軸線Ａに対し
て半径方向に延在する少なくとも１つの平面に沿って整
列されている。出口通気孔７０も、入口通気孔６８と同
様、半径方向平面に沿って大体接線方向に延在する角度
に配置されている。
る入口通気孔６８は、エンジン１０の長さ方向軸線Ａに
対して横方向および半径方向に延在する少なくとも１つ
の平面に沿って整列されている。図４から明らかなよう
に、入口通気孔６８は、図面の平面と一致する半径方向
平面に沿って大体接線方向に延在する角度にも配置され
ている。ハネカム構造６４の下流端６４Ｃに隣接する出
口通気孔７０は、エンジン１０の長さ方向軸線Ａに対し
て半径方向に延在する少なくとも１つの平面に沿って整
列されている。出口通気孔７０も、入口通気孔６８と同
様、半径方向平面に沿って大体接線方向に延在する角度
に配置されている。
【００２７】外側シール部材５６に貫通させる通気孔６
８、７０の数と接線角度とを選ぶことにより、シール１
２を熱的に調整する。ここで熱的な調整というのは、ハ
ネカム構造６４の外側のハウジング空所７４内の面積を
、ハネカム構造６４の内側の領域６６の面積と熱的に調
和または合致させることを意味する。２つの面積は所定
の値であるので、調和させなければならないのは２つの
面積の境膜係数である。孔６８、７０を通るガス流の速
度を調節または制御することにより、境膜係数を制御し
て熱的な調和（マッチング）を達成することができる。 ガス流の速度は、孔６８、７０の数および接線角度を変
えることにより調節できる。
８、７０の数と接線角度とを選ぶことにより、シール１
２を熱的に調整する。ここで熱的な調整というのは、ハ
ネカム構造６４の外側のハウジング空所７４内の面積を
、ハネカム構造６４の内側の領域６６の面積と熱的に調
和または合致させることを意味する。２つの面積は所定
の値であるので、調和させなければならないのは２つの
面積の境膜係数である。孔６８、７０を通るガス流の速
度を調節または制御することにより、境膜係数を制御し
て熱的な調和（マッチング）を達成することができる。 ガス流の速度は、孔６８、７０の数および接線角度を変
えることにより調節できる。
【００２８】したがって、孔６８、７０の角度を調節す
ることにより、孔６８、７０および空所７４に流れるガ
スの速度を調節し、それによりシール部材５４、５６の
２つの面積の境膜係数を合致させることができるので、
シール部材５４、５６は一緒に熱膨張し、こうしてシー
ル１２の自己調節式、すなわち能動的クリアランス制御
を達成する。ケーシング外側シール部材５６の外側に配
置された能動的に加熱される空所７４は、回転外側ロー
タ１８のリム部分５８と静止ケーシング５２との間の膨
張の調和を容易にし、これによりシール１２全体に一層
安定な環境を作り出し、一層均一なかつ迅速な膨張を可
能にし、こうしてクリアランス制御を一層適切にし、優
れたシールおよびエンジン性能を得る。
ることにより、孔６８、７０および空所７４に流れるガ
スの速度を調節し、それによりシール部材５４、５６の
２つの面積の境膜係数を合致させることができるので、
シール部材５４、５６は一緒に熱膨張し、こうしてシー
ル１２の自己調節式、すなわち能動的クリアランス制御
を達成する。ケーシング外側シール部材５６の外側に配
置された能動的に加熱される空所７４は、回転外側ロー
タ１８のリム部分５８と静止ケーシング５２との間の膨
張の調和を容易にし、これによりシール１２全体に一層
安定な環境を作り出し、一層均一なかつ迅速な膨張を可
能にし、こうしてクリアランス制御を一層適切にし、優
れたシールおよびエンジン性能を得る。
【００２９】熱調整された回転シールは、その用途がダ
クトなしファン型のガスタービンエンジン１０のみに限
定されない。熱調整されたシールの原理は、熱膨張の調
和および能動的なシールクリアランス制御を必要とする
すべてのエンジン構造に適用できる。
クトなしファン型のガスタービンエンジン１０のみに限
定されない。熱調整されたシールの原理は、熱膨張の調
和および能動的なシールクリアランス制御を必要とする
すべてのエンジン構造に適用できる。
【００３０】以上、この発明の構成とその効果を説明し
たが、この発明の要旨を逸脱したり、その重要な効果を
犠牲にしたりすることがなければ、この発明の構成要素
の形態、構成および配置を種々に変更できることが明ら
かである。上述した形態はこの発明の例示または好適な
実施例に過ぎない。
たが、この発明の要旨を逸脱したり、その重要な効果を
犠牲にしたりすることがなければ、この発明の構成要素
の形態、構成および配置を種々に変更できることが明ら
かである。上述した形態はこの発明の例示または好適な
実施例に過ぎない。
【図１】この発明の熱調整された回転ラビリンスシール
を組み込むダクトなしファン型ガスタービンエンジンの
斜視図である。
を組み込むダクトなしファン型ガスタービンエンジンの
斜視図である。
【図２】図１のダクトなしファン型エンジンのタービン
部分の軸線方向断面図である。
部分の軸線方向断面図である。
【図３】図２に円で囲んだタービン部分のシール構造の
拡大図である。
拡大図である。
【図４】図３の４−４線方向に見たタービン部分の拡大
図である。
図である。
１０ ガスタービンエンジン
１２ 熱調整された回転ラビリンスシール１８、２０
ロータ ４４ ガス流路 ４６ ガス流 ４８、５０ タービンブレード ５２ ケーシング ５４ 内側シール部材 ５６ 外側シール部材 ５８ リム部分 ６０ シール歯 ６２ 支持板 ６４ ハネカム構造 ６６ 環状領域 ６８、７０ 通気孔 ７２ 環状ハウジング ７４ 空所
ロータ ４４ ガス流路 ４６ ガス流 ４８、５０ タービンブレード ５２ ケーシング ５４ 内側シール部材 ５６ 外側シール部材 ５８ リム部分 ６０ シール歯 ６２ 支持板 ６４ ハネカム構造 ６６ 環状領域 ６８、７０ 通気孔 ７２ 環状ハウジング ７４ 空所
Claims (12)
- 【請求項１】（ａ）軸線方向に離間し、半径方向に突出
する複数の環状シール要素を有する内側環状シール部材
と、（ｂ）階段状ハネカム構造を有する外側環状シール
部材とを備え、この階段状ハネカム構造は上記内側シー
ル部材の環状シール要素と向かい合い、それとともにシ
ール要素とハネカム構造で囲まれた一連の軸線方向に離
間した領域を画定し、上記内側シール部材の環状シール
要素と上記外側シール部材の階段状ハネカム構造とが協
動してガスが１つの領域から次の領域に流れるのを阻止
し、（ｃ）上記ハネカム構造をその上流端および下流端
で貫通し、上記領域の対応するものと連通する複数の入
口および出口通気孔を画定する手段と、（ｄ）上記ハネ
カム構造の外側に取り付けた環状ハウジングとを備え、
この環状ハウジングは、上記ハネカム構造をその上流端
から下流端まで軸線方向にまたぐ単一の軸線方向に細長
い環状空所を画定し、上記環状空所は上記ハネカム構造
の上流端および下流端に隣接する入口および出口通気孔
を流通関係に相互連結し、ガス流をハネカム構造の外側
に沿って入口通気孔から出口通気孔まで熱伝達関係で流
すガスタービンエンジン用の熱調整された回転シール。 - 【請求項２】上記入口通気孔がエンジンの長さ方向軸線
に対して半径方向に延在する少なくとも１つの平面に沿
って整列されている請求項１に記載のシール。 - 【請求項３】上記入口通気孔が上記半径方向平面に沿っ
て接線方向に延在する角度に配置された請求項２に記載
のシール。 - 【請求項４】上記出口通気孔がエンジンの長さ方向軸線
に対して半径方向に延在する少なくとも１つの平面に沿
って整列されている請求項１に記載のシール。 - 【請求項５】上記出口通気孔が上記半径方向平面に沿っ
て接線方向に延在する角度に配置された請求項４に記載
のシール。 - 【請求項６】（ａ）軸線方向に離間し、半径方向に突出
する複数の環状シール要素を有する内側環状シール部材
と、（ｂ）ハネカム構造を有する外側環状シール部材と
を備え、このハネカム構造は上記内側シール部材の環状
シール要素と向かい合い、それとともにシール要素とハ
ネカム構造で囲まれた一連の軸線方向に離間した領域を
画定し、上記内側シール部材の環状シール要素と上記外
側シール部材の階段状ハネカム構造とが協動してガスが
１つの領域から次の領域に流れるのを阻止し、（ｃ）上
記ハネカム構造を貫通する複数の入口および出口通気孔
を画定する手段を備え、上記入口および出口通気孔は、
上記領域の少なくとも一つずつと連通し、エンジンの長
さ方向軸線に対して半径方向に延在する平面に沿ってそ
れぞれ整列され、かつ上記半径方向平面に沿って接線方
向に延在する角度に配置されており、さらに（ｄ）上記
ハネカム構造の外側に取り付けた環状ハウジングを備え
、この環状ハウジングは、上記入口および出口通気孔を
流通関係に相互連結する空所を画定し、ガス流をハネカ
ム構造の外側に沿って入口通気孔から出口通気孔まで熱
伝達関係で流すガスタービンエンジン用の熱調整された
回転シール。 - 【請求項７】上記環状ハウジングは、上記ハネカム構造
をその上流端から下流端まで軸線方向にまたぐ単一の軸
線方向に細長い環状空所を画定する請求項６に記載のシ
ール。 - 【請求項８】上記空所は上記ハネカム構造の上流端およ
び下流端に隣接する入口および出口通気孔を流通関係に
相互連結する請求項７に記載のシール。 - 【請求項９】上記入口および出口通気孔が上記ハネカム
構造をその上流端および下流端付近で貫通する請求項１
に記載のシール。 - 【請求項１０】（ａ）軸線方向に離間し、半径方向に突
出する複数の環状シール歯を有する内側環状シール部材
と、（ｂ）階段状ハネカム構造を有する外側環状シール
部材とを備え、この階段状ハネカム構造は上記内側シー
ル部材の環状シール歯と向かい合い、それとともにシー
ル歯とハネカム構造で囲まれた一連の軸線方向に離間し
た領域を画定し、上記内側シール部材の環状シール歯と
上記外側シール部材の階段状ハネカム構造とが協動して
ガスが１つの領域から次の領域に流れるのを阻止し、（
ｃ）上記ハネカム構造をその上流端および下流端で貫通
し、上記領域の対応するものと連通する複数の入口およ
び出口通気孔を画定する手段を備え、上記入口および出
口通気孔は、エンジンの長さ方向軸線に対して半径方向
に延在する平面に沿ってそれぞれ整列され、かつ上記半
径方向平面に沿って接線方向に延在する角度に配置され
ており、さらに（ｄ）上記ハネカム構造の外側に取り付
けた環状ハウジングを備え、この環状ハウジングは、上
記ハネカム構造をその上流端から下流端まで軸線方向に
またぐ単一の軸線方向に細長い環状空所を画定し、上記
環状空所は上記ハネカム構造の上流端および下流端に隣
接する入口および出口通気孔を流通関係に相互連結し、
ガス流をハネカム構造の外側に沿って入口通気孔から出
口通気孔まで熱伝達関係で流すガスタービンエンジン用
の熱調整された回転シール。 - 【請求項１１】上記通気孔の数と接線方向角度を適切に
選んで、上記内側および外側シール部材が一緒に熱膨張
するように内側および外側シール部材を熱的に調整し、
これにより能動的シールクリアランス制御を達成する請
求項１０に記載のシール。 - 【請求項１２】上記通気孔の接線方向角度を適切に設定
して、通気孔および空所に流れるガスの速度を調節し、
これにより上記内側および外側シール部材が一緒に熱膨
張するように内側および外側シール部材の境膜係数を調
和させ、これにより能動的シールクリアランス制御を達
成する請求項１０に記載のシール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/505,117 US5281090A (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | Thermally-tuned rotary labyrinth seal with active seal clearance control |
| US505,117 | 1990-04-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04224375A true JPH04224375A (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=24009085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3070325A Pending JPH04224375A (ja) | 1990-04-03 | 1991-03-12 | 熱調整された回転ラビリンスシール |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5281090A (ja) |
| JP (1) | JPH04224375A (ja) |
| CA (1) | CA2034468A1 (ja) |
| DE (1) | DE4110616A1 (ja) |
| FR (1) | FR2660370A1 (ja) |
| GB (1) | GB2242710A (ja) |
| IT (1) | IT1246920B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002327764A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | Hitachi Electronics Eng Co Ltd | ベアリング防水機構およびディスク洗浄装置 |
| CN107810310A (zh) * | 2015-05-22 | 2018-03-16 | 赛峰航空器发动机 | 以爪形离合器方式保持的涡轮环组件 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5685693A (en) * | 1995-03-31 | 1997-11-11 | General Electric Co. | Removable inner turbine shell with bucket tip clearance control |
| GB9717857D0 (en) * | 1997-08-23 | 1997-10-29 | Rolls Royce Plc | Fluid Seal |
| US5984630A (en) * | 1997-12-24 | 1999-11-16 | General Electric Company | Reduced windage high pressure turbine forward outer seal |
| US6142477A (en) * | 1998-11-16 | 2000-11-07 | United Technologies Corporation | Active seal |
| US6394459B1 (en) | 2000-06-16 | 2002-05-28 | General Electric Company | Multi-clearance labyrinth seal design and related process |
| GB0029337D0 (en) | 2000-12-01 | 2001-01-17 | Rolls Royce Plc | A seal segment for a turbine |
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| CN101297118B (zh) * | 2005-09-19 | 2011-09-28 | 英格索尔-兰德公司 | 用于离心压缩机的静止密封环 |
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| RU2451195C1 (ru) * | 2010-12-22 | 2012-05-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Лабиринтное уплотнение турбомашины |
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