JPH05222954A - ガスタービン機関 - Google Patents

ガスタービン機関

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JPH05222954A
JPH05222954A JP4229700A JP22970092A JPH05222954A JP H05222954 A JPH05222954 A JP H05222954A JP 4229700 A JP4229700 A JP 4229700A JP 22970092 A JP22970092 A JP 22970092A JP H05222954 A JPH05222954 A JP H05222954A
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shaft
sleeve
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turbine engine
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ジェフリー・チャールズ・マーティン
Robert J Meade
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービン機関の回転する軸間のラビリン
ス封じを提供する。 【構成】 高圧圧縮機及び高圧タービン１５、高圧圧縮
機及びタービンを互いに接続する外側の軸１２、低圧圧
縮機及びタービン１６、低圧圧縮機及びタービンを互い
に接続する内側の軸１４を持ち、軸が同心であって封じ
１０によって隔てられている様な形式のガスタービン機
関に用いるラビリンス封じを説明した。ラビリンス封じ
が、外側の軸とは別個であって、それに取付けられてい
る円筒形スリーブ３４を含み、これが内側の軸へと半径
方向内向きに伸びる複数個の環状封じ歯３６を持ってい
る。外側の軸とは別個であって交換が容易であるスリー
ブに封じ歯を配置することにより、封じ歯の領域で発生
した応力ひゞ割れが、外側の軸へ伝搬することが防止さ
れ、軸の保守が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明はラビリンス封じ、更に具体的
に云えば、２つの一緒に回転する又は反対廻りの部品の
間にあるガスタービン機関のラビリンス封じに関する。
ガスタービン機関では、１つ又は更に多くの回転部品に
よって限定された所定の容積を隔離して、この容積内に
流体を局限するか、又は流体がこの容積に流れ込まない
様にすることが必要になる場合が多い。例えば、ガスタ
ービン機関では、軸の軸受に使われる液体潤滑剤を、軸
受を直接取巻く容積に局限すると同時に、過大な量の冷
却空気が潤滑液体のこの容積内に流れ込まない様にする
ことが必要である。
【０００２】部品の温度が高く、回転速度が比較的高
く、毎分何千回転を越える場合も多いので、相対的に回
転する部品の間の普通の接触封じは不適切である。その
為、２つの相対的に回転する部品の間に、相隔たって半
径方向に突出する複数個の封じ歯で構成されたラビリン
ス封じが使われる。典型的には、歯は一方の部品に取付
けられるか又はそれと一体であり、隣接する部品に向っ
て突出し、この部品と共に封じが形成されるが、摩擦及
び摩耗を最小限に抑える為に、この隣接する部品とは接
触しない。この様なラビリンス封じの一例がマロットに
付与された米国特許第４，４６３，９５６号に記載され
ている。この特許には、外側の回転しない部品に取付け
られていて、動力伝達軸に向って半径方向内向きに伸び
るラビリンス封じが示されている。
【０００３】ラビリンス封じを２つの一緒に回転する部
品又は反対廻りの部品、典型的にはタービン機関内の２
つの同心の動力伝達軸の間に位置ぎめすることが必要に
なった時、特別の問題がある。普通のやり方では、封じ
歯を内側の軸に取付ける。これは、軸の内径よりも軸の
外径に封じ歯を加工する方が容易だからである。然し、
ラビリンス封じによって隔離された流体と封じの接触面
の間の求心力の結果、流体は半径方向外向きに送出さ
れ、封じ歯と隣接する回転部品の外側端の間のすき間を
通り、こうして封じの効率を減ずる。
【０００４】公知のラビリンス封じの別の欠点は、封じ
歯は、応力ひゞ割れが比較的生じ易いことである。この
様な応力ひゞ割れは、歯が形成された部品に容易に伝搬
し、その結果、部品の破滅的な破損を招き、費用のかゝ
る修理を必要とすることがある。従って、ガスタービン
機関の２つの一緒に廻る又は反対廻りの部品の間に使わ
れる様に設計されたラビリンス封じとして、それが取付
けられた部品に応力ひゞ割れを伝達せず、効率の高い封
じとして作用するラビリンス封じに対する要望がある。
【０００５】
【発明の要約】この発明は２つの同心の反対廻り又は一
緒に回転する部品の間に使われるラビリンス封じを提供
する。実現される封じは、従来の封じに較べて非常に効
率がよい。更に、この発明のラビリンス封じは、それを
取付けた部品とは別個であって、この為応力ひゞ割れが
この部品に伝搬することはなく、こうしてその部品の破
滅的な破損を招く惧れが小さくなる。
【０００６】この発明の好ましい実施例では、ラビリン
ス封じが、外側の軸に取付けられた円筒形スリーブを含
み、これが内側の軸に向って突出する相隔って半径方向
内向きに伸びる複数個の封じ歯を有する。スリーブが、
外側の軸の後端に形成された環状のさねはぎと、スリー
ブから前向きに伸びる軸方向に突出するフィンガを受入
れる溝孔を持つ、前端にある封じ管との間に捕捉され
る。従って、スリーブと軸の間のボルト締めの接続が省
略される。
【０００７】半径方向内向きに突出する封じ歯を提供す
ることにより、ラビリンス封じ内の流体は、摩擦力によ
って半径方向外向きに押されるが、封じ歯の両端にある
すき間とは対照的に、封じ歯の底に押付けられる。従っ
て、ラビリンス封じに捕捉された流体は、内側の軸に沿
って軸方向に進む時、曲りくねった通路に押出され、こ
れによってラビリンス封じでの流体の漏れの割合が減少
し、封じの効率が高くなる。
【０００８】従って、この発明の目的は、容易に交換可
能であって、その為に保守のコストが最小限になるラビ
リンス封じ、それを取付けた回転部品とは別個であっ
て、応力ひゞ割れの伝搬が起らない様にしたラビリンス
封じ、２つの一緒に回転する又は反対廻りの軸の間に配
置されていて、封じによって捕捉された流体を曲りくね
った通路を辿る様に強制する為に、半径方向内向きに突
出する歯を持つラビリンス封じ、及び比較的容易に製造
出来るラビリンス封じを提供することである。
【０００９】この発明のその他の目的並びに利点は、以
下図面について説明する所から明らかになろう。
【００１０】
【詳しい説明】図１に示す様に、全体を１０で示したこ
の発明のラビリンス封じが、ガスタービン機関の外側の
軸１２及び内側の軸１４の間を伸びている。図示の機関
では、外側の軸が高圧圧縮機（図に示してない）及び高
圧タービン１５を互いに接続し、内側の軸が低圧圧縮機
（図に示してない）と低圧タービン１６とを互いに接続
する。この為、機関の運転中、２つの軸は両方とも回転
するが、相対的に異なる速度で回転する。
【００１１】内側の軸１４が、この軸に対して折返した
形であって、軸受１８によって外側の軸１２から隔てら
れている部品１７を含む。油封じ２０が外側の軸１２に
取付けられていて、封じ及び内側の軸の部分１６の間を
伸びる油封じリング２２を含む。内側の軸１４は油空所
２４を構成しており、これは半径方向に伸びる流路２６
を含んでいて、空所内の油が軸受空所２８まで半径方向
外向きに流れることが出来る様にしている。外側の軸１
２に形成された半径方向に伸びる流路３０が、空所２８
内の油が軸受１８まで半径方向外向きに流れることが出
来る様にしている。
【００１２】外側の軸１２は半径方向に伸びる複数個の
冷却空気通路３２を持ち、これらは冷却空気が内側及び
外側の軸１４，１２の間の空間へ流れ込むことが出来る
様にしている。図２及び３に示す様に、ラビリンス封じ
１０が円筒形スリーブ３４を持ち、これは軸方向に相隔
たって半径方向内向きに伸びる複数個の環状封じ歯３６
を有する。封じ歯３６の半径方向の内周が内側の軸１４
とすき間を形成し、これは組立てた時約０．０１吋
（０．２５４ mm）であることが好ましい。内側の軸１
４は、封じ歯３６によって掃引される区域で、軸の外面
に適用された耐摩耗材料の層３８を有する。好ましい材
料はニッケル−黒鉛である。
【００１３】スリーブ３４は複数個のオリフィス４０を
持ち、これは冷却空気が通路３２からスリーブ３４と内
側の軸１４の間に入ることが出来る様にしている。スリ
ーブ３４の後端４２が、外側の軸１２に形成された環状
さねはぎ４４に接する。スリーブ３４の前端は１対の截
頭円錐形アーム４６を持ち、それが軸方向に突出するフ
ィンガ４８で終端する。外側の軸１２が、フィンガ４８
を緩み止め係合で受入れる様に配置された１対の相隔た
る凹部５０を持ち、こうしてスリーブ３４と外側の軸の
間の相対的な回転を防止する。フィンガ４８は半径方向
内向きに突出するフランジ５２に終端し、これを工具で
掴まえることにより、スリーブを外側及び内側の軸１
２，１４の間に挿入したり、それから取出したりするこ
とが容易になる。
【００１４】外側の軸１２に取付けられていて、内側の
軸１４と同心の円筒形圧力管５４の後端５６が、外側の
軸１２の突片５０に接する様な形になっていて、その様
に位置ぎめされている。後端５６は１対の相隔たる溝孔
５８を持ち、それがスリーブ３４のフィンガ４８を受入
れる。従って、管５４はスリーブ３４が外側の軸１２に
対して軸方向前向きに移動しない様にし、こうしてスリ
ーブが後端５６と外側の軸１２のさねはぎ４４の間に捕
捉される。
【００１５】動作について説明すると、外側及び内側の
軸１２，１４が、１０，０００ rpm を越える比較的高
い速度で回転する。更に、軸の回転速度は、大抵の運転
状態で異なっている。封じ１０に遠心力が加わる為、並
びにタービン機関のこの区域の温度が高い為、スリーブ
３４は若干外向きに撓むが、封じ歯が外向きに撓んで、
その結果内側の軸１４と共に形成されるすき間が拡がっ
ても、それは無視し得る。スリーブ３４と内側の軸１４
の間の空間に入った流体に加わる遠心力により、流体が
半径方向外向きに、封じ歯の基部及びスリーブ３４に対
して流れ、封じ歯と内側の軸１４の間に形成されたすき
間から遠ざかる。
【００１６】スリーブ３４と軸１４の間の空間内の圧力
が増加すると、流体は油容積２８に向って後向きに曲り
くねった通路を辿る。然し、冷却空気が容積２８に流れ
込んで、封じのすき間の寸法によって制御されるが、比
較的少量だけ油と混ざる。容積２８内の油は、空気がラ
ビリンス封じ１０を軸方向後向きに流れることにより、
外側及び内側の軸１２，１４の間を軸方向前向きに流れ
ることが出来ない。
【００１７】ラビリンス封じ１０の半径方向外向きの撓
みを最小限に抑える為、この発明は比較的小さい直径を
持つ軸、好ましくは、スリーブ３４の直径が１２吋（３
０．４８ cm）を越えない様な装置に最もよく適してい
る。更に両方の部品が回転しているから、半径方向外向
きの撓みは互いに相殺する傾向を持ち得る。従って、好
ましい実施例では、内側及び外側の軸の間の回転速度の
差は５０％を越えてはならない。更に、スリーブを外側
の回転部品に配置することにより、スリーブの応力及び
温度は、部品の回転によって一様になり、これは従来の
不動の封じに較べて、この封じの効率及び性能を高め
る。
【００１８】こゝで説明した形の装置がこの発明の好ま
しい実施例であるが、この発明がこゝで述べたまゝの装
置に制限されるものではなく、この発明の範囲内で種々
の変更を加えることが出来ることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のラビリンス封じを含む２つの回転軸
を示した、ガスタービン機関の簡略側面断面図。
【図２】図１の機関の詳細側面図。
【図３】図１の封じの斜視図。
【符号の説明】
１２ 外側の軸 １４ 内側の軸 ３４ スリープ ３６ 封じ歯 ４８ フィンガ ５０ 凹部

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外側の回転軸及び該外側の軸と略同心の
    内側の回転軸を持つ形式のガスタービン機関に於て、前
    記外側の軸に取付けられていて、前記内側の軸に向って
    突出する半径方向内向きの複数個の封じ歯を持つスリー
    ブを有し、該スリーブは相隔たって前向きに伸びる複数
    個のフィンガを持ち、前記外側の軸は前記フィンガを緩
    み止め係合で受入れる様に相隔たった、半径方向外向き
    に伸びる複数個の凹部を持ち、こうしてスリーブが外側
    の軸に対して回転しない様にしたガスタービン機関。
  2. 【請求項２】 外側の軸が前記スリーブより前側に配置
    された管手段を持ち、該管手段は前記フィンガの前端を
    受入れる様な形の複数個の溝孔を持ち、こうしてスリー
    ブが外側の軸に対して前向きに移動しない様にした請求
    項１記載のガスタービン機関。
  3. 【請求項３】 前記内側の軸が前記封じ歯と整合して耐
    摩耗材料の被覆を有する請求項１記載のガスタービン機
    関。
  4. 【請求項４】 前記被覆がニッケル−黒鉛である請求項
    ３記載のガスタービン機関。
  5. 【請求項５】 前記外側の軸が、前記スリーブの後端に
    係合する様な形の内周のさねはぎを有する請求項１記載
    のガスタービン機関。
  6. 【請求項６】 外側の回転自在の軸及び該外側の回転自
    在の軸と略同心の内側の回転自在の軸を持ち、該内側及
    び外側の軸が相対的に回転する様な形式のガスタービン
    機関に用いるラビリンス封じに於て、前記外側の軸に一
    緒に回転する様に取付けられた手段と、該取付けられた
    手段に取付けられていて、半径方向内向きに突出して前
    記内側の軸の外面と共に封じを形成する封じ歯手段とを
    有し、こうして前記内側及び外側の軸の間に軸方向に流
    体が通る曲りくねった通路が形成される様にしたラビリ
    ンス封じ。
  7. 【請求項７】 前記取付けられた手段が前記外側の軸と
    は別個である請求項６記載のラビリンス封じ。
  8. 【請求項８】 前記取付けられた手段が前記内側の軸と
    同心のスリーブを含む請求項７記載のラビリンス封じ。
  9. 【請求項９】 前記スリーブが相隔たって前向きに伸び
    る複数個のフィンガを持ち、前記外側の軸が半径方向内
    向きに伸びる複数個の突片を持ち、該突片はその間に前
    記フィンガを緩み止め係合で受入れる様に相隔たってい
    る請求項８記載のラビリンス封じ。
  10. 【請求項１０】 前記外側の軸が、前記内側の軸の速度
    の約５０％の範囲内の相対速度で回転する請求項６記載
    のラビリンス封じ。
  11. 【請求項１１】 前記スリーブの直径が約１２吋（３
    ０．４８cm）を越えない請求項６記載のラビリンス封
    じ。
  12. 【請求項１２】 前記内側の軸が前記封じ歯手段に隣接
    して耐摩耗被覆を持つ請求項６記載のラビリンス封じ。
  13. 【請求項１３】 前記被覆がニッケル−黒鉛である請求
    項１２記載のラビリンス封じ。
JP4229700A 1991-12-30 1992-08-28 ガスタービン機関 Expired - Lifetime JPH0696990B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/814,161 US5211535A (en) 1991-12-30 1991-12-30 Labyrinth seals for gas turbine engine
US814161 1991-12-30

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Publication Number Publication Date
JPH05222954A true JPH05222954A (ja) 1993-08-31
JPH0696990B2 JPH0696990B2 (ja) 1994-11-30

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ID=25214329

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JP4229700A Expired - Lifetime JPH0696990B2 (ja) 1991-12-30 1992-08-28 ガスタービン機関

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US (1) US5211535A (ja)
EP (1) EP0550125A1 (ja)
JP (1) JPH0696990B2 (ja)
CA (1) CA2082714A1 (ja)

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