JPS6185504A

JPS6185504A - タービンエンジンのラビリンスパツキンの遊隙を自動制御する装置

Info

Publication number: JPS6185504A
Application number: JP60213592A
Authority: JP
Inventors: ロベール・ケルヴイスタン; フイリツプ・ジヤン・ルフエーブヴル; アラン・フランソワ・テイシエ
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1986-05-01
Also published as: JPH0350082B2; EP0176447B1; DE3560917D1; EP0176447A1; FR2570764B1; FR2570764A1; US4662821A

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パツキンの
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
的パラメータに従っ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（ａ
ｂｒａｄａｂｌｅ　）　Ｊ、つまりｉ４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
環状部材によっ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、圧れ６機又はタービンのさまざまな町＠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−ｌ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〜・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
のはより複雑である。実際は、タービンエンジンのさ壕
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１自気流を生
じさせるために枠内で追求され、従ってこのタイプのラ
ビリンスパツキンを通過する気流量、いわゆる「逸出値
」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ったようなさまざまな結果に影響を
もたらす。列えば枠内の圧力のようなさまざまな機能条
件の他Ｋ、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
の間の作動時遊隙がある。

これらの提出され九問題に答えるため、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隙を制御
値に維持するため、さ筐ざ筐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ＰＲ−Ａ第２４３７５４
４号は、摩耗シールリングの支持部材を、下流端が燃焼
室のボックスの内壁内に設けられた空気項入れ口に結合
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ってとり囲んだパツキンを
開示して〜・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ェ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−人第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ｍ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辿る通路を設けて、こｎ
を翁っ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〜・るつイギリス特許公開公報＄１５２：ｉ　７４６号によれば
、ラビリ／スパッキンは、燃焼室の下流側部分の下側及
びタービンのディストリビュ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き゛つぎに配はされ
ている。これらのパツキンから生じる；■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っ
てこれらの公知要素に新たな特性を結びつけ、さらに新
規手段によって有利な結果を得る。

特に問題とされるのは、急速加速によって満気状態に上
昇する際に、薄片部材の頂上部と、ラリビンスバノキン
の摩耗及び密封用リングの脇働面との間の最小遊隙を確
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シ込むのを完全に防ぐことでらる
。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隙を後に生じる危険がある。

この最終減速過渡段階のあ〜・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隙が保た
れなければならないっ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部分より成シ、周辺部に分配され、現
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υ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、より瓢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購遺部分は、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復方向に
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っ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／スパッキンは、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によっ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の部品によって、さらに軸
方向に間隔をとった上流側６及び下流側７０２個の部品
によって概略的な境界付けをされた項携゛室３が設けら
れている（上流側及び下流側といプのは、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５Ｆｉ、１又は数個の給気オリフィ
ス８を含む。

環状室３の内側には、径方向内側部品４かも短かい距離
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、結気孔８を含
む外枠３晶と他方の内枠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によって分離された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Ｋｌｌ状室３
の排気オリフィスを形成する、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１１　ａＦ
ｉ、ハニカム構造より成り、下流側部分１１　ｂＦｉ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１１ｍ及びｌｌｂ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（＋’ｃｈｅｌｔｅ
　）を支えており、その形状と数は、タービンエンジン
の作力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ｉｔ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りでも、
タービンエンジンのラビリンスパツキンを通る気流ルの
制御値を保証する実際的に一定の遊隙を確保することに
よって、改良された機ｈヒを得ることを可能ならしめ、
前記装：ｌｔはタービンエンジン内、ラビリンスパツキ
ンのところに？■れが生じても、効率にとってもある種
の部品の寿命にとっ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１１ｍの
協働面との間の遊隙をｊｌ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
間の遊隙を」２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って、タービンエンジン
の清気状態への急速加速上昇段階に際して、遊隙ｊ１と
Ｊ２は減少傾向を持ち得る。回転子１と固定子２ｔ−分
離するスペース内に上流端で入る気流量をＤｌとし、固
定子２のオリフィス８により環状室３に入る気流量をＤ
２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ＤＩＶｉごく僅かな変化量に従って減少する
傾向を示し、従って流量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、従ってこの固定子２の膨張が誘
発され、さらに続いて遊隙ｊ１及びｊ２ｔ−１その当初
の値を回復する。このようにして、遊隙ｊ１及びｊｌを
減少させようとする効果は相殺され無効化され、遊隙ｊ
１及びｊｌ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、遊隙ｊ１及びｊｌ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、遊隙ｊ１及び１２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
化値であって、他方では流ｆｋＤ３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ｆｋＤ２の増
加が生じ、それによって冷却すなわちこの固定子２の収
縮が誘発され、従って遊隙ｊ１及び」２はその初期値を
回復する。このようＫして、遊隙Ｊｌ及びｊｌを増加さ
せようとする効果は相殺され無効化され、遊隙」１及び
ｊｌは再びその目的値に維持され、そしてこのことは遊
隙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。

従って、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２０埃状室３に給気する冷気流玩Ｄ２の
変化が観察され、その結果、ラビリンスの遊隙］１及び
ｊ２への影響は、この状態変化から生じる遊隙の変化と
逆の方向となる。〜・ずれの場合にも効果は相殺され、
本発明装置は、ラビリンスの遊隙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碍させる。

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を囲む環状カバーを符
号２３で表わしている。外被２１は、例えばゲルト継手
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２
８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、一方では環状支持部品３１の先端の径方
向７ランジ３０が、他方では多孔環状薄板３３の先端の
径方向７ランジ３２が固定されている。環状支持部品３
１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によって分離されている。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）３１に関して径方向外
方に僅かに距てられておシ、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７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Ｋ
、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ｉｔ５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によって、空気が圧力Ｐｉを
受ける上流側枠４０と、空気がＰｌ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３
１ど室のカバー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
って２つの枠４２ａ及び４２ｂに分離される現状室４２
を形成する。この薄板３３は、サポート３１が衝撃を受
げる度ごとに通風を与える多重孔４３を含む。カバー２
３内に設けられた開口４４は、燃焼室の枠２４の気流ｉ
Ｄ２が室４２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隙を選択された
目的値に維持するため、この遊隙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截能は第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
Ｋ、冷却気の流量Ｄ２の変化は、２ビリンスパツキンの
遊隙の変化と同一方向に発生し、この遊隙を安定作動に
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ｉｌｌ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シ
、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く示すにとどめ
る。２ビリンスパツキンにはいる摩耗及び密封用り／グ
１１１は、先の例と同様Ｋ、軸方向に配置され、インタ
バル１２によって分離された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１１
１ａがなめらかな面をもち、下流側部分１１１ｂがハニ
カム構造をもっている。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２〜に入る気＃を址Ｄ’ｌと
し、二＾コ定子２のオリフィス８によって環状室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’ｌ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、ｒ４
片部材１３の頂上部と、摩耗及び密封用り／グの上流部
分１１１ｇの協動面との間の遊隙をｊ′１とし、さらｒ
ｃ薄片部材工４の頂上部と、＠記すングの下流側部分１
１１ｂの翁働面との間の遊隙をＪ゛２とする。以上説明
した第２の具体例に従う本発明装＃Ｌｒｉ、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
ことによって、ラビリンスパツキンの事英上一定の遊隙
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力ロ速上
昇段階に際して、遊’ｆｉＮ　ｊ′１及びｊ′２は減少
傾向を示すことができる。次ぎに、流１ｌＩＤ’３は減
少傾向を示すが、その変化はごくオーであり、流掃ｌ）
′１のほうはより急速により著しく械少し、従って固定
子２の再熱気ｉ−［１）’２が増加し、固定子２の膨張
が生じ、つづいて遊隙Ｊｌ及びＪ’２はその初期値を回
復する。第１の具体←りと１＋１１様：て、２ｆ隙１’
　１及び」′２を減少畜せようとする効果は相殺され無
効化され、遊隙値Ｊ′ｌ及び」′２はタービンエンジン
の安定作動状すにおいて目脂される最適結果によって決
定される目的値に維持され、そしてこのことは遊隙ｊ’
を及び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、遊隙ｊ′１及びｊ′２は増加傾向を示し得る。

この場合、流量Ｄ’３Ｆｉ謂加傾向を示すが、変化量は
ごく僅かであり、これに対して流量Ｄ’ｌのほうはより
急速に著しく増カワし、従って同定子２の再熱気Ｒ，ｆ
ｌ　Ｉｙ２の増加が生じ、そのためこの固冗子２は収憎
し、次いで遊隙ｊ゛１及びｊ゛２はその０期値を回復す
る。このようにして１．Ｊｌの具体し１ｊと同様Ｋ、遊
隙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、遊隙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隙」′ｌ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
態においテ同じであろう。従っ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〜゛ても同様に、
ラビリンスの遊隙ｉ１及びＪ′２をその選択された目的
値に保つ求め、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。

・４１図に示した本発明の第１の具体例を適用した泗（
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１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
付しである。第３図の具体１ｆｌｌ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
命単に示すにとどめておく。この場合、同じ外状支持部
品３１はその径方向内側面に摩耗及びぞ対相リング１３
４を支え、このシールリングは径方向に・晃黄された２
つの部分、なめらかな外面をもつ上流イ〕１１部分１３
４ｓと、ハニカム上４造をもつ下流側部分１３４ｂ、を
有し、これらの２つの部分はインタバル１３４Ｃによっ
て距てられて〜・る。さらに、環状支持部品３１の再熱
気流ｉ　Ｄ’　２１”ｊ、−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隙を
所定の目的値に維持するため、作１ワ状態におけるこの
遊隙の変化全リアルタイムで自動制御することができ、
さらＫこの結懸を得ることを可能ならしめる礪能は、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ｊ７（Ｄ’２の変化は、ラビリンスパ
ツキンの遊隙の、°（化とｉの方向に生じ、そのため各
場合ごとに安ＩＪｆ汀・、山状・芯で１ｑもれる初期値
にこの遊隙を復帰させることがＩｆｒ匝である。

（、，４面の前単なλ明第ｔ１．Ｑ＋ま、本発明−湊ｎを含むタービンエンジン
の一品でろって、パツキンの「」電子が冷気の供給を受
けているｊ−４合を示す縦方向Ｂ６６面図、第２図は、
タービ／のデストリピユータの下側にラビンスバノキン
を含み、さらに本発明に従ってラビンスパノキンの遊隙
を作動状態で自動制御する装置をｔ′４えるタービンエ
ンジンの１部であって、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横断面図、・４３図は、本発明
装儂を含むタービンエンジンの１部であって、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力向略
断面図、第４図は、タービンのデストリピユータの下：
、Ｉｌにラビリ／スバノキンを含み、さらに本発明に従
って２ピリンスパツキンの遊隙を作動状態で自・ｖＪ制
御する表置を備えるタービンエンジンの１部であって、
バノキ／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　同定子、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、１１，３４゜１１１．１３４・
摩耗及び密封用リング、１２゜３４ｃ、１３４ｃｍイン
タバル、１３，１４゜３９１片部材や

Claims

【特許請求の範囲】

（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って、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ィ
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、パッキンの固定子内
に設けられた前記室からの冷却気によって給気され、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
ッキンを通っ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、パッキンの固定子
内に設けられた前記室からの熱気によって給気され、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
パッキンを通っ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。