JPS62284925A - 流体伝達封じ - 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】

３、発明の詳細な説明 発明の背景 この発明は差動的に回転する部品の間で流体を伝達する
方法と装置、更に具体的に云えば、回転集成体に使う回
転境界流体伝達対じに関する。 差動的に回転する部品の間の界面にわたって流体を制御
自在に伝達することを必要とする用途は沢山ある。大抵
のこの様な用途では、不動の部材から回転部材への流体
の伝達を用いる。回転が限られている場合、伝達は、必
要に応じて巻取り、巻解かれる可撓性ホースを使うこと
によって行なうことが出来る。この代りに、相対的な回
転が遅い場合、擦れ伝達対じを回転面に対してしっかり
と押えつけることが出来、これは一般的に密封関係を保
つのに有効であるが、疲労並びにその後の漏れが起るの
が普通である。然し、部品の間の相対的な回転速度が高
い場合、擦れ伝達対じは侵食が速くなりすぎ、こういう
用途では一般的に効果がなく、非実用的である。 高速の差動的な回転が起る１つの用途は、今日の航空機
に使われている様な形式のガスタービン機関である。「
差動的な回転」とは、一方の装置が隣接する装置に対し
て回転することを意味する。 こういうことは、例えば不動の本体と回転する本体の間
で起り得る。例として云うと、ガスタービン機関は一般
的にガス発生器を含んでおり、これは機関の中を後向き
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のガス流を形成する燃焼器と
、このガス流によって駆動され、回転子を駆動する様に
接続されていて、その回転子が圧縮機を駆動するタービ
ンとで構成されている。多くの機関は、更にガス発生器
より後方に配置されている動力タービンと呼ばれる第２
のタービンを含んでおり、これがガス流からエネルギを
抽出して、ヘリコプタの推進装置、ダクトつきターボフ
ァン機関及びターボプロップ・エンジンに見られる様な
可変ピッチの羽根を持つ回転負荷を駆動する。 ターボファン及びターボプロップ・エンジンに対する最
近の改良が、係属中の米国特許出願通し番号第４３７，
９２３号に記載されている様なダクトなしファン・エン
ジンである。ダクトなしファン・エンジンでは、動力タ
ービンが反対廻りの回転子及びタービン羽根を含んでお
り、これが動力タービンに対して半径方向に配置された
反対廻りのダクトなしのファン羽根又はプロペラを駆動
する。ダクトなしファン・エンジンのプロペラは、最適
の性能を達成する為に、可変ピッチの羽根である。 係属中の米国特許出願通し番号第７９７，３４６号（１
９８５年１１月１２日出願）には、ダクトなしファン・
エンジンの回転子に設けられていて、ファンの羽根の角
度を変える流体圧アクチュエータが記載されている。こ
のアクチュエータを作動するには、貯蔵部からアクチュ
エータに加圧した圧力流体を伝達するか圧送しなければ
ならない。アクチュエータが回転子と共に回転している
から、不動の貯蔵部から回転子へ流体を伝達する装置を
設けるか、或いは貯蔵部と関連した加圧装置が回転子と
共に回転しなければならない。然し、貯蔵部及び装置の
余分の質量が、タービンの回転慣性を実質的に変更する
から、こういう構造は望ましくない。 この発明の目的は、差動的に回転する集成体の間で流体
を伝達する改良された封じを提供することである。 この発明の別の目的は、相対的に回転する集成体の間で
加圧流体を伝達する改良された流体伝達封じを提供する
ことである。 この発明の別の目的は、ダクトなしファン・ジェット・
エンジンで不動部材から回転部材へ流体を伝達する装置
と方法を提供することである。 この発明の別の目的は、摩擦を最小限にして、不動部材
から回転部材へ流体を伝達する装置と方法を提供するこ
とである。 この発明の別の目的は、回転界面での圧力流体の漏れを
制御して、潤滑剤として作用する様にした新規で改良さ
れた流体伝達封じを提供することである。 発明の要約 この発明は差動的に回転する集成体の間で加圧流体を伝
達することが出来る様にする方法と装置を対象とする。 用例では、この発明が、固定子の沿って配置されていて
、この固定子と同軸に回転する回転子を持つガスタービ
ン機関に使われる。 固定子の中に第１の流体通路が設けられていて、固定子
と回転子の間の境界領域と連通ずる。回転子の中に第２
の流体通路が設けられていて、やはり境界領域と連通ず
る。第１及び第２の流体通路の両側で境界領域内にあっ
て、回転子の回転線と同軸の環状対しが流体界面を作り
、この流体界面が第１及び第２の流体通路と連通ずるこ
とにより、一方の流体通路を介して流体境界に運ばれた
流体が他方の流体通路へ流れる。 ガスタービン機関に用いた好ましい実施例では、機関の
固定子が、回転子と固定子の間にあって、それらと同軸
の環状の空所を定める環状流路を持っている。固定子内
にある第１の流体通路及び回転子内にある第２の流体通
路がこの環状空所と連通ずる。環状支持体がこの環状空
所内に入っていて、それと同軸であり、この支持体を少
なくとも１つの開口が通抜けていて、流体が通れる様に
する。第２の流体通路の両側で、環状支持体と回転子の
間に封じが配置され、支持体と回転子の間に第１の流体
境界を作る。封じによって発生された摩擦力により、環
状支持体が回転子と共に回転することが好ましい。更に
この発明は、環状支持体と固定子の環状流路の間に第１
及び第２の摺動界面を持ち、支持体１通る開口及び第１
の流体通路が２つの界面の間に配置されている。２つの
界面が、回転する支持体と固定子の不動部分の間の唯一
の接触点であることが好ましい。２つの界面が支持体と
固定子の間に第２の流体境界を構成することにより、流
体が２つの流体境界と支持体の中の開口を介して、２つ
の通路の一方から他方へ流れる。支持体が、−摺動界面
の範囲を定めると共に高圧流体が入る為の区域を定める
アンダカット区域を持っている。アンダカット区域の流
体圧力が支持体を自動的に心合せする様に作用し、こう
して界面に於ける摩擦力を最小限に抑える。 この発明の上記並びにその他の特徴、目的及び利点は、
以下図面について詳しく説明する所から明らかになろう
。

【図面の簡単な説明】

この発明の流体伝達封じ１０を高速ガスタービン機関内
の不動部材と回転部材の間で流体を伝達する為に用いた
場合が第１図及び第３図に示されている。この機関は不
動の又は回転しない固定子１４と外側の回転する部材又
は回転子１６とを持っている。特に封じ１０は固定子１
４内に配置された貯蔵槽から回転子１６へ流体を伝達す
るのに適している。回転子１６は固定子１４に対して相
対的に回転し得る。図示の実施例では、回転子１６が固
定子１４の中心線の周りに回転する。固定子１４が環状
流路２０を持ち、これが回転子１６と固定子１４の間に
環状空所２１を構成する。固定子１４の中に第１の流体
通路２２が設けられていて、流路２０と連通ずる第１の
端２３及び流体貯蔵Ｖｊ（図面に示してない）と連通ず
る第２の端を持っている。回転子１６が第２の流体通路
２４を持ち、その第１の端２５が環状空所２１と連通し
、第２の端２７が対応する流体配管２８と連通ずる。 プロペラ羽根５のピッチを変える為に、回転する回転子
１６に装着された流体アクチュエータ３を作動する為、
第１の流体通路２２から第２の流体通路２４へ、並びに
その逆に圧力流体を伝えることが希望する所である。こ
の流体の伝達が流体伝達封じ１０によって達成される。 流体伝達封じ１０が環状支持体３０及び２つの封じリン
グ３２゜３４を含む。環状支持体３０は固定子１４の中
心線と同軸に環状空所２１内に配置されている。支持体
３０を通る複数個の開口３１が流体がその中を通れる様
にする。封じリング３２．３４が支持体３０に設けられ
た対応する環状溝３３．３５の中に収容されている。リ
ング３２．３４を回転子１６に対して偏圧して、その間
に摩擦力を発生することが好ましい。この為、リング３
２．３４が回転子１６と共に回転する。更に、夫々対応
するビン３６．３８がリング３２．３４を支持体３０に
固定する。この為、支持体３０が回転子１６と共に回転
する。環状封じリング３２．３４が、支持体３０と回転
子１６の間に第１の流体境界４０を作る。第１の流体境
界４０が第２の流体通路２４及び開口３１の両方と連通
ずる。回転する部材と不動の部材の間の接触が第１及び
第２の摺動界面４４．４６だけで起ることが好ましい。 第１の摺動界面４４は支持体３０の第１の側壁５０とそ
れと重なる流路２０の第１の側壁５２の間にある。 第２の摺動界面４６が支持体３０の第２の側壁５４とそ
れに重なる流路２０の第２の側壁５６の間にある。２つ
の摺動界面４４．４６が支持体３０と固定子１４の間に
第２の流体境界６０を構成する。 動作について説明すると、流体が固定子１４内の貯蔵槽
から第１の流体通路２２を介して第２の流体境界６０へ
流れ、その後開口３１を通って第１の流体境界４０に入
り、その後回転子１６内の第２の流体通路２４に流れる
。こうして流体が流体伝達封じ１０を介して固定子１４
から回転子１６へ伝達される。同様に、流体伝達封じ１
０は流体が回転子１６から固定子１４へ流れることも出
来る様にする。 第２図は第２の封じリング３４の拡大図である。 封じリング３４は回転子１６に隣接した側面に第１のア
ンダカット部分６０を持っている。更に第１図の封じリ
ング３２とは反対向きの封じリング３４の側面に、第２
のアンダカット部分６２が設けられている。アンダカッ
ト部分６０．６２は、高圧の圧力流体がリング３４の周
りを流れて、このリングを回転子１６及び支持体３０と
密封関係を持つ様に押す。タービン機関の突然の横方向
の移動により、支持体が回転子１６に対して右に移動し
た場合、圧力流体が第２のアンダカット領域６２の近く
から環状空所の低圧区域６４へ漏れる。 この漏れにより、第２のアンダカット領域６２に低圧境
界が出来ると共に、差圧が封じ３４に作用する。この差
圧により、第２図で見て、リング３４が右へ移動し、支
持体３０と密封関係を持つ様になる。この為、封じリン
グ３４は自動密封形である。リング３４の自動密封作用
により、回転子１６に対して支持体３０の若干の横方向
の移動があっても差支えない。第２図は第２の封じリン
グ３４しか示していないが、第１の封じリング３２が同
様に作用することは云うまでもない。封じリング３２．
３４が、内燃機関で使われる形式のピストンリングと構
造が同様な金属リングであることを承知されたい。 支持体３０の第２の側壁５４が固定子の第２の側壁５６
に沿って流体膜にのっかっている。この流体膜は、面５
４．５６に沿って圧力流体が若干漏れて、第２の界面４
６内に流体層６５を作ることによって得られる。この流
体層６５が潤滑剤として作用し、回転子１４と支持体３
０の間の摩擦を少なくする。この為、第２の界面に新し
い摩擦封じが出来る。更に支持体３０の第２の側壁５４
がアンタダカット部分６８を持っている。このアンダカ
ット部分６８は、圧力流体が支持体３０に対して横方向
の流体圧力を加えることが出来る様にする。第１図と共
に第２図を見れば、支持体３０の第１の側壁５０にもア
ンダカット部分７０が設けられている。第１図で見て、
支持体が左へ移動した場合、第２の界面４６で起る漏れ
が一層大きくなって、側壁５４に作用する流体圧力が低
下する。この圧力の低下により、支持体を環状流路２０
内で強制的に中心合せする傾向を持つ差圧が生じ、こう
して圧力平衡を達成する。この自動心合せの特徴により
、支持体が固定子１４に膠着する慣れが少なくなり、回
転子と固定子の間に比較的一定の摩擦の小さい界面が得
られる。 第４図は、固定子１４に結合された複数個の流体伝達封
じ１０を示している。固定子が軸７０、第１のスリーブ
７２及び第２のスリーブ７４を持っている。第１のスリ
ーブ７２は軸１４に同軸にはまる寸法になっている。第
１のスリーブ７２はその中を介して流体を伝達すること
が出来る様にする複数個の流体通路を持っている。複数
個の０リング７７が軸７０に対して第１のスリーブ７２
を密封している。０リングが第１のスリーブ７２内で各
々の流体通路の両側に配置され、軸７０と第１のスリー
ブ７２の間で圧力流体が漏れるのを防止する。第２のス
リーブ７４は第１のスリーブ７２に同軸にはまる寸法に
なっている。第２のスリーブ７４が、流体伝達封じ１０
を受入れる複数個の環状流路２０を持っている。第２の
スリーブ７４に設けられた複数個の開口が、第１のスリ
ーブ７２内の流体通路と整合して、流体が軸７０から流
れ、流路２０と連通ずることが出来る様にしている。複
数個の環状Ｏリング７８が各々の開口の両端に配置され
、第１のスリーブ７２と第２のスリーブ７４の間での流
体の漏れを防止する。各々の０リング７７．７８に隣接
して、テフロンで作った複数個の高圧支持封じ８０を配
置することが好ましい。 更に、回転子１６には流体伝達封じ１０の間に複数個の
水抜き孔９０が設けられている。界面の潤滑の為に界面
から漏れる圧力流体が水抜き孔９０を通って、回転子１
６内にあるために達する。 この発明の考えを実施例によって明らかにしたが、当業
者には、この考えを逸脱せずに、この発明を実施するの
に使われる構造、配置、部分及び部品に対する種々の変
更や、特定の環境及び動作条件に特に適したその他の変
更を加えることが容易に考えられよう。従って、こうい
う全ての変更が特許請求の範囲に含まれるものであるこ
とを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の流体伝達封じの縦断面図、第２図は
第１図の封じリング及び摺動界面の拡大図、 第３図は第１図の流体伝達封じを示す回転子及び固定子
の半径方向断面図、 第４図はこの発明に従って構成された複数個の流体伝達
封じを持つ回転子及び固定子の縦断面図である。 主な符号の説明 ３：アクチュエータ １４：固定子 １６：回転子 ２０：環状流路 ２２．２４：流体通路 ２８：配管 ３０：支持体 ３１：開口 ３２．３４：封じリング ４４．４６：摺動界面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定子、該固定子と同軸の回転子、回転子と共に回
   転する様に結合された流体圧アクチュエータ、及び該ア
   クチュエータに加圧流体を供給する為に固定子に設けら
   れた流体供給装置を持つガスタービン機関で、固定子か
   ら回転子に流体を結合する流体伝達封じに於て、 前記固定子に形成されていて、当該流路を前記流体供給
   装置に接続する少なくとも１つの流体通路を持つ環状流
   路と、 該流路に隣接して固定子に形成されていて前記アクチュ
   エータと連通する少なくとも１つの流体通路と、 前記環状流路内にそれと同軸に配置されていて、流体が
   通過出来る様にする少なくとも１つの開口を持つ環状支
   持体と、 前記回転子の回転線と同軸に前記環状支持体及び回転子
   の間にあって、前記第２の流体通路の両側に配置されて
   いて、前記支持体及び回転子の間に第１の流体境界を作
   る封じ手段と、 前記環状支持体及び固定子の間にある第１及び第２の摺
   動界面とを有し、該２つの界面が前記支持体及び前記固
   定子の間に第２の流体境界を構成して、前記支持体の開
   口及び第１の流体通路が第２の流体境界と連通すること
   により、流体が前記２つの通路の内の一方から２つの流
   体境界及び前記支持体の開口を介して他方の通路へ流れ
   る様にした流体伝達封じ。 ２）特許請求の範囲１）に記載した流体伝達封じに於て
   、前記封じ手段が何れも前記支持体の対応する溝の中に
   収容されていて前記回転子に接する様に偏圧された２つ
   のリングで構成されていて、その間に摩擦力を生じ、前
   記第１の流体境界が前記リングによって構成されている
   流体伝達封じ。 ３）特許請求の範囲２）に記載した流体伝達封じに於て
   、前記支持体に結合されていて、前記リングを前記支持
   体と係合させて、それと一緒に回転する様にする手段を
   有する流体伝達封じ。 ４）特許請求の範囲２）に記載した流体伝達封じに於て
   、前記第１の流体境界内の流体が各々の環状溝の一部分
   に流込んで、各々のリングに対して力を加え、該リング
   を前記支持体及び回転子と密封関係を持つ様に押圧する
   流体伝達封じ。 ５）特許請求の範囲１）に記載した流体伝達封じに於て
   、前記流路の対応する側面に隣接して前記支持体の外縁
   に沿ってアンダカット部分が構成され、該アンダカット
   部分が加圧流体と連通することにより、前記アンダカッ
   ト部分内の差圧に応答して、前記支持体が前記流路内の
   中心位置へと強制される流体伝達封じ。 ６）固定子、該固定子と同軸の回転子、前記回転子及び
   固定子の間にそれと同軸にあって、前記回転子に隣接し
   て固定子内に設けられた環状流路を含む環状空所、前記
   固定子内にあって前記環状空所と連通する第１の流体通
   路、及び前記回転子内にあって前記環状空所と連通する
   第２の流体通路を持つ装置で、前記第１及び第２の通路
   の間で流体を伝達することが出来る様にする装置に於て
   、前記環状空所内にそれと同軸に収容されていて、流体
   が通過出来る様にする少なくとも１つの開口を持つ環状
   支持体と、 前記回転子の回転線と同軸に前記環状支持体及び回転子
   の間にあって、前記第２の流体通路の両側に配置されて
   いて、前記支持体及び回転子の間に第１の流体境界の区
   域を構成する封じ手段と、前記支持体の開口及び前記第
   １の流体通路を当該２つの界面の間において、前記環状
   支持体及び固定子の環状流路の間に設けられた第１及び
   第２の摺動界面とを有し、前記２つの界面が前記支持体
   及び固定子の間に第２の流体境界の区域を構成すること
   により、流体が２つの通路の内の一方から前記支持体の
   開口を介して他方の通路へ流れると共に、前記流体境界
   によって前記開口に拘束される様にした装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、前記封
   じ手段が何れも前記支持体内の対応する環状溝の中に収
   容されていて前記回転子に接する様に偏圧された第１及
   び第２の封じリングで構成されていて、前記リング及び
   回転子の間に摩擦力を発生し、前記第１の流体境界の区
   域が前記リングの間に配置されている装置。 ８）特許請求の範囲７）に記載した装置に於て、前記支
   持体に結合されていて、前記リングと係合して前記支持
   体を前記リングと共に回転させる手段を有する装置。 ９）特許請求の範囲７）に記載した装置に於て、前記第
   １の流体境界にある流体が各々の環状溝の一部分に流込
   んで、両方のリングに対して、該リングを前記支持体及
   び回転子と密封関係を持つ様に押圧する力を加える装置
   。 １０）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、前記
   第１の界面が環状流路の第１の側壁及び前記支持体の間
   にあり、前記第２の界面が環状流路の第２の側壁と前記
   支持体の間にある装置。 １１）特許請求の範囲１０）に記載した装置に於て、前
   記支持体の内、前記環状流路の第１及び第２の側壁に隣
   接した部分をアンダカットして、各々の界面の面積を減
   少すると共に、前記第２の流体境界からの流体がアンダ
   カット部分と連通することが出来る様にして、前記支持
   体の前記流路内での自動的な心合せを行なう様にした装
   置。 １２）同軸に回転する様に配置された差動的に回転する
   第１及び第２の部材、該部材の間の境界領域、前記第１
   の部材にあって前記境界領域と連通する第１の流体通路
   、及び前記第２の部材にあって前記境界領域と連通する
   第２の流体通路を持つ装置で、前記第１及び第２の流体
   通路の間で流体を伝達することが出来る様にする装置に
   於て、前記第１及び第２の流体通路の両側で前記境界領
   域内にあって、前記第２の部材の回転線と同軸であって
   、前記第１及び第２の流体通路と連通する流体境界を作
   る環状封じ手段を有し、この為１つの流体通路によって
   流体境界に運ばれた流体が他方の流体通路に流れる様に
   した装置。 １３）固定子、該固定子と同軸の回転子、前記回転子と
   共に回転する様に結合された流体圧アクチュエータ、及
   び固定子にあって前記アクチュエータに加圧流体を供給
   する流体供給装置を持つガスタービン機関で、固定子か
   ら回転子へ流体を結合する方法に於て、 前記固定子に環状流路を形成し、 前記固定子に前記流路を流体供給装置に接続する少なく
   とも１つの流体通路を形成し、 該流路に隣接して回転子に少なくとも１つの流体通路を
   形成し、 回転子の流体通路を前記アクチュエータと結合し、 環状封じ支持体が前記環状通路と同軸になる様に、環状
   封じ支持体を環状流路内に挿入し、前記支持体に流体が
   通過出来る様にする少なくとも１つの開口を形成し、 前記環状支持体の内、第２の流体通路の両側に隣接する
   第１及び第２の部分を回転子に対して密封して、支持体
   及び回転子の間に第１の流体境界を構成し、 前記環状支持体及び固定子の間に第１及び第２の摺動界
   面を形成して、支持体の開口及び第１の流体通路が第２
   の流体境界と連通する様に、第２の流体境界を支持体と
   固定子の間に構成することを含み、こうして流体が２つ
   の通路の内の一方から２つの流体境界及び支持体の開口
   を介して他方の通路へ流れる様にする方法。