JPS6183403A - タービンエンジンのラビリンスパッキンの遊隙制御装置 - 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】 本発明は、タービンエンジンのラビリンス形、Ｑツキン
の遊隙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閣の密封性
は、一方では回転部分では作動条件及びさまざまな技術
的ノｑラメータに従って可変である数の薄片部材と、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）Ｊ。

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、更にタービンエンノンの
固定装置と結合した環状支持部品によって支持された要
素とから成る２ビリンス形／９ツ午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、クロスパー又はリングによって支持さ
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、
ｅツキンのもう一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ッ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
のはよシ複雑である。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
分で場合によっ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、従ってこのタイプのラビ
リンスノ♀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
の制御のしかたが、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っ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作動条
件の他に、この気流量の制御を左右する基本的パラメー
タの一つに、薄片部材の頂部と、摩耗及び密封用リング
間の作動時遊隙がある。

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／々ツキン
内の摩耗及び密封用リングと薄片部材との間の遊隙を制
御値に維持するため、さまざまな方策が講ぜられた。従
って本出願人によるフランス特許Ｆ几−Ａ第２４３７５
４４号は、シールリングの支持部品を、下流端が燃焼室
のボックスの内壁内に設けられた給気口に結合し、他店
を圧縮機の軸を囲むよシ低い圧力の雰囲気のスペースに
通じた円形通路によってとシ囲んだノｑツキンを開示し
ている。ｌ？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
節可能な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ェーンに従属したままであシ、他
方゛ではｌ＃に過渡状態の諸段階における応答時間が充
分な作動を確保するＫは長すぎ不ためである、 フランス特許ＰＲ−Ａ第２０２５８６９号により公知の
他の装置は、シールリングを支えるボックスと、回転子
と結合して薄片部材を支持するリングとの間の温度の平
衡化によって２ビリンスノｑツキン内の熱膨張の差を最
小化することを目指している。このため、ボックスの外
面は冷却空気の循環する空間を設けたスクリーンによっ
て熱気流から分離されている。しかしながらこの方法は
タービンエンジンの作動条件、ｌ＃に過渡状態の諸段階
における変化に対応する特定の対策が何も考えられてい
なり。

本発明は、以前の公知の屏決法の不都合を是正するとと
によってこれらの問題の解決を目指す。

特に問題とするのは、満気状１１に上昇する急速加速の
際、薄片部材の頂部と、ラビリンスノ々ツ午ンの摩耗及
び密封用リングの協働面との間の遊隙を最小に確保し、
また四＃に、不意の減速の場合には、薄片部材が摩耗層
にもぐシ込むのｔ完全に防ぐことであって、このもぐ）
込みはさまざまな機械的不都合（振動現象１発散効果現
象を鰐発する加熱）の他に、効率に明らかに有イな大き
すぎる遊隙を以後に出現させる恐れがるる、実際は、こ
の最Ｎ減速過渡段階（おいて、再加速段階がただちに継
続し得るように、最小遊隙が保存されなければならない
。

上述の類の本発明装置は、以前の不都合をすべて是正し
ながらこれらの結果を得さしめるものであって、Ｊ＠粍
及び密封用リングを支持する環状支持部品の上流部品が
、ラビリンス／ｑツキンを通過する冷却気内でおこなわ
れる抽気の供給をうける、円周上に分配された一連の孔
を含むことを特徴とする。

さらに有利には、摩耗及び密封用リングを支える支持部
品及び、薄片部材を支える回転子部材の協働部分は、前
記薄片部材及び前記シー元を含む部分の上流側に主頚部
を形成する先細−末広環状ノズルを設けるようにして形
成される。

最高の結果は、環状支持部品の前記穿孔が先細−末広ノ
ズルの頚部を形成する前記協働部分と同じ高さにあり、
従って固定子の室と前記ノズルの前記主頚部とをつなぐ
ことによって得られる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を診照して
述べる以下の説明によりさらに良く理解されよう。

第１図は、本発明具体例を含むタービンエンジン部分を
安定作動条件の下で軸断面図として概略的に示す。本発
明ラビリンスパツキ／はタービンエンジンの固定部分と
回転部分の間に配置されてｂる２回転部分は回転子１に
よって概略的に示されている一固定部分はタービンエン
ジンの固定装置の部品３に公知の方法で結合された固定
子２を含んでいる。この固定子２内には環状支持部品６
によって内側から閉じられた環状室５が設けられており
、部材６の内面の下流側部分（は摩耗及び密封用リング
７が固定されている。このシールリングは公知のいずれ
かのタイプで普通に使用されているものでよく、但し好
ましくは本発明装置ではハニカム構造であるか又は、ラ
ビリンスを通過する流量が遊隙に比例しないようなタイ
プの構造であるのがよい。固定子２はその外径上に１個
又は数個の空気取入れ口８を含んで訃り、さらに同様に
下流側外周上に１個又は数個の空気取出し口９を含んで
いる。これらのオリフィス９は固定子２の内径方向に配
置され、さらに１個又は数個のその他の空気取出し口１
０は、固定子２の外径方向に、同じく下流側周縁上に配
置されることができる。固定子２の環状室５の内側には
、数列の多重孔１２を孔明けした薄板１１が配置されて
いる。

この薄板１１は環状室５を２個の枠、っまク一方は空気
取入れ口８を含む外枠５ａ、他方は空気取出し口９及び
場合によっては１ｏを含む内枠５ｂ。

に分割する。Ｑ耗及び密封用リング７と直角Ｋ。

軸１が薄片部材１３（図示の例では５枚）を支持する。

シールリングを支持する環状支持部品６の上流側部分と
、薄片部材１３を支持する部分の上流側の回転子１は、
リング７上に協働部１４を、回転子ｌ上に協働部１５を
含む。これらの部分１４及び１５はそれぞれ、サポート
７と回転子１の間に位置する上流側空間内に、頚部１９
によって結合される上流側先細部分１７と下流側末広部
分１８を含むノズル１６を形底するように作られてｂる
。サポート７の上流側部分１４は、頚部１９と直角に、
先細−末広ノズル１６の頚部１９に一方側を、固定子２
の環状室５の外枠５ａ内に他方側を通じているｌ又は数
個の孔２０を含む。

以上説明した本発ＦＪＡ装置は、安定状態においても過
渡状態においても、タービンエンジンのすべての作動状
態において、タービンエンジンのラビリンスパッキンを
通過する空気Ｒ量の制御値を確保する事実上一定の遊隙
を確保しながら、改良された機能を得ることを可能にす
るものであって、前記装置はラビリンスパツキンのとこ
ろに漏れが生じても何らかの部品の効率又は寿命にとっ
て有害な影響をもつ不慮の変化が観測されることなく、
タービンエンジンに適合される。実際に、薄片部材１３
の頂上部と摩耗及び密封用リング７の対応する内側面と
の間の遊隙をｊｌとし、例えば、特に遠心効果による機
械性の、及びさまざまな構成部材に加えられる昌度性の
膨張の結合効果のために、タービンエンジンの急速加速
状態から温気状態への上昇の際の、ノズル１６の頚部１
９の断面積を」２として表わせば、遊隙」１は、頚部１
９の断面ｎＩｊ２と同様に減少する傾向をもつ５回転子
１と固定子２を分離するス悶−スの人口における気流量
をＤｌで表わし、この気流は装置の上下方向の噴流内の
気体温度よシ明らかに低いｍ度であり、固定子２のオリ
フィス８により環状室５内に入る気流量をＤ２で表わし
、タービンエンジン内でのこの気流の抽気点はノｑツキ
ンに給気する流ｉＤ１よシも熱くなるように選択されて
おシ、環状室５内の給気オリフィス２０によってノズル
１６の頚部１９におりてＤＩから出発して抽気される気
流量をＤ３で表わし、さらにラビリンスパツキンを通過
する冷却気の流量をＤ４で表わせば、こり場合、頚部１
９における局部速度の増加と静圧の減少が流量Ｄ３の減
少を導き、従って流ｉＤ２が増加する間に、流ｔＤ４の
実際的に意味のある変化は観測されない。その結果、加
熱方向に環状室５に給気する気流量Ｄ２及びＤ３の相対
的変化が生じる。

室５の外枠５ａの空気は多孔薄板１１を横切って例えば
環状室６に衝突し、さらにこの空気は再熱されるから、
シールリング７を支えるサポート６は、実際上直ちに膨
張する。このようにして、遊隙ｊ１を減少させようとす
る効果は相殺され、無効化され、遊Ｍｊｌは安定作動と
して目指す結果のため定められた目的値に維持される。

、実際に、この例によれば、遊隙」１の減少につながる
すべての傾向は、タービンエンジンの作動に起源を持つ
ものであれ、本発明装置を用いて直ちに相殺てれ、目的
とする遊隙が維持されることが了解される。

同様にして、例えばタービンエンジンの減速状態に移行
する場合、遊隙ｊ１は増加傾向を示すことができ、さら
に遊隙ｊ２についても同様である。但しこの場合、頬部
工９の断面積が増加すれば、さらに従って局部速度が減
少し、静圧が増加すれは、流量Ｄ３の増加が生じ、従っ
て流ｉＤ２が減少する。その結果、冷却方向に環状室５
に給気する気流量Ｄ２及びＤ３の相対変化が生じる。次
に、サポート６に衝突する空気は冷え、モして７−ルリ
ング７を支えるこのサポート６は笑際は直ちに収縮する
。このようにして、遊隙ｊｌを増加させようとする効果
は相殺され無効化され、さらに遊隙ｊ１は再びその目的
値に維持され、さらに遊隙ｊ１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事情が
くシかえされよう。

従って、タービンエンジンの作動状態のあらゆる変化に
ついて、固定子２の室５に給気する熱気流量Ｄ２及び冷
気流量Ｄ３間に相対変化が観察され、従ってラビリンス
の遊隙ｊ１への影響はこれらの状態から生じる遊隙の変
化の逆方向となり、さらに効果はあらゆる場合に相殺さ
ね、従って本発明装置は自動脩正手段によってリアルタ
イムで、ラビリンスの遊隙」ｌを所定の目的値に維持す
るため、との遊隙を変化させる。

ａ＄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。本図は円形燃焼室２２の内側外被を符号２
１で、燃焼室の外側通気用枠２４を囲む円形カバーを符
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によっ
て、固定子翼２７の内側部分の径方向７ランジ２６に下
流側端を結合されている。カバー２３はエンノンの軸方
向に向いた径方向７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によって、一方では、
摩耗及び密封用リング３２をその内面上で支える環状支
持部品３１の先端の径方向フランジ３０が、他方では、
サポート３１に対して外側方向に径方向に軽くひき離し
た多重孔円形薄板３４の先端の径方向７ランジ３３が固
定されている。この薄板は下流側端の地点３５でサポー
トに対し径方向に支承されている。

サポート３１は下流側端に、径方向に外方に向き、固定
子翼２７の内側部分と結合する径方向フランジ３６を支
えている。以上説明したタービンエンジンの固定子固定
部分と直角に、図示の例では摩耗及び密封用リング３２
と協働する３個の薄片部材３８を支える円板３７を含ん
でいる。内枠は円板３７によって、空気が圧力Ｐ１を受
ける上流側枠３９と、もつと低い圧力を受ける下流側枠
４０とに分離される。環状支持部品３１と室カバーｎと
の間に設けられた空間は、円形薄板３４により２個の枠
４１＆及び４１ｂに分離され、す、ポート３１の通気を
可能にする環状室４１を構成する。

このため、力／ｑ−２３内だ設けられた開口４２を通る
空気通路が、枠２４及び室４１間に設けられている。同
様に、摩耗及び密封用リング３２、サポート３１及び薄
板３４の上流側部分は、室４１の枠４１ａの方向に空気
を通すための協働孔４２゜４３及び４４をそれぞれ含ん
でいる。薄板３４はさら・に、サポート３１の＠撃によ
り通ＨＬを得るための多重孔４５を含んでいる。下流側
では、サポート３１及び摩耗及び密封用リング３２はさ
らに、室４１の排気のための協働孔４６及び４７をそれ
ぞれ含んでいろ。薄片部材支持板３７は上流側の外径上
に指状部分４８を含んでおり、その先端４９及びリング
３２の上流側部分の協働面５０は、それぞれ、同じ高さ
に孔４２により室４１方向に空気取入口が開いている頚
部５１を形成することによって、先細−末広譲状ノズル
を設けるようにして構成されている。同様に、下流側で
は、円板３７は指状体５２をも含み、指状体の先端５３
は、排気孔４７が貫通するりング３２の下流側部分と向
き合う面と協働する。

要するに、ラビリンスパツキンの遊隙を所定の目的値に
維持するため、この遊隙の変化をリアルタイムで自動制
御することができる。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通りである。

【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１部の
縦方向略断面図、第２図は、燃焼室の下流側部分の下側
にラビリンスノツキンを含み、ラビリンスノｔツキンの
遊隙を作動状態で自動制御する装置を本発明にもとすい
て備えるタービンエンジンの１部の縦断面図である。 １．３７・・・回転子、　　２・・・固定子、　　５．
４１・・・環状室、　　６．３１・・・環状支持部品、
　７，３２・・・摩耗及び密封用リング、８．４２・・
・オリフ４ス、９．１０．４７・・・オリフィス、　１
１　、３４・・・薄　板、１２．４５・・・多重孔、　
　１３．３８・・・薄片部材、１４．１５・・・協働部
、　　１６・・・ノズル、　　１９・・・主頚部、加、
４３・・・穿　孔。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンエンジンのラビリンス形パッキンの遊隙
   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
   は再熱空気の給気オリフィスが外径上に設けられ且つ排
   気オリフィスが下流側の縁に設けられた環状室を含んで
   おり、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、摩耗及び密封
   用リングを支持する環状支持部品の上流側部分が、ラビ
   リンスパッキンを通過する冷却気内でおこなわれる抽気
   により給気される、周辺部に分配された一連の穿孔を含
   むことを特徴とする前記自動制御装置。
2. （２）摩耗及び密封用リングを支持するサポートと、薄
   片部材を支持する回転子との協働部分が、前記薄片部材
   と前記リングを含む区域の上流側に、主頚部を形成する
   先細−末広環状ノズルをつくるようにして構成されるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の自動制
   御装置。
3. （３）摩耗及び密封用リングと、回転子円板により薄片
   部材の上流側に支持された指状体の先端との協働部分が
   、主頚部を形成する先細−末広環状ノズルをつくるよう
   にして構成されることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項に記載の自動制御装置。
4. （４）環状支持部品の前記穿孔が、先細−末広ノズルを
   形成する前記協働部分と同じ高さに、頚部と直角に位置
   し、従つて前記固定子室の前記外枠と、前記ノズルの前
   記主頚部とを連通させることを特徴とする、特許請求の
   範囲第２項に記載の自動制御装置。
5. （５）環状支持部品の穿孔、並びに摩耗及び密封用リン
   グと薄板とのそれぞれに対応する穿孔が、前記先細−末
   広ノズルを形成する協働部分と直角に配置されることを
   特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載の自動制御装
   置。
6. （６）環状支持部品の下流側部分と、摩耗及び密封用リ
   ングの下流側部分にある、環状室の排気のための対応す
   る穿孔が、回転子円板により薄片部材の下流側に支持さ
   れる指状体の先端と、摩耗及び密封用リングの対向面と
   の協働部分により形成される先細−末広ノズルの頚部と
   同じ高さに開いていることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項、第３項及び第５項のいずれかに記載の自動制
   御装置。