JP2001355737A - 表面追従ブラシシール - Google Patents
表面追従ブラシシールInfo
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Abstract
の過早および過大摩耗を減らしブラシシールの寿命と密
封効率を増す。 【解決手段】 ブラシシール(34)に保持体(42)
と、複数のたわみ支持ワイヤ(58)によって保持体
(42)から移動自在に吊り下げられた担持体(56)
とを設けることにより、ブラシシールの寿命と密封効率
が増加する。複数の剛毛(59)が担持体(56)に固
定される。好ましくは、保持体(42)は静止部材(3
6)に取付けられ、そして剛毛(59)は回転部材(3
8)と密封係合をなす。
Description
し、特に、ガスタービンエンジンで用いるブラシシール
に関する。
て作動し、流入した大気が軸方向延在流路を通ることに
よりエンジンを通流する。流入空気の少なくとも一部分
はエンジンの圧縮機部内で圧縮され、次いで燃焼器内で
燃料と混ぜられかつ燃焼して高エネルギー高温排気流を
発生する。この高温ガス流は燃焼器を出た後、タービン
部を通り、これによりエネルギーが排気流から抽出され
て圧縮機を駆動しかつ有用仕事、例えば、飛行中の航空
機の推進に役立つ。
の制御されない漏れはエンジン効率の低下をもたらす。
このエネルギー損失を制御するためにシールが用いら
れ、この制御は、シールを漏流路内に介在させてエンジ
ンの一部分から他部に通流する気体の量を減らすことに
よりなされる。ラビリンスシールが通常ガスタービンエ
ンジン内で使用されており、相対的に可動な構成部間の
密封に役立つ。しかし、ラビリンスシールの代わりにブ
ラシシールを用いることも知られている。
れ、1対の環状板間に配置された複数の剛毛を有する。
剛毛は通常、エンジン中心線から引かれた半径に対して
約45度の角度で配置される。ブラシシールは通例その
半径方向外縁に沿ってエンジン静止部分に取付けられ、
そして剛毛の半径方向内側自由端はエンジン回転部分の
密封表面と密封係合をなすように配置される。ブラシシ
ールはエンジンの一部を他部に対して完全に密封するよ
うに機能するものではなく、剛毛間に生じる曲がりくね
った流路によって通流気体を減らしそしてエンジン両部
間の圧力差を制御するものである。
で、エンジン過渡状態中に曲がることができ、しかも過
渡状態が終わった後密封能力を保ち得る。このような過
渡状態は、例えば、エンジンの静止部分と回転部分間の
熱膨張差と、エンジン振動および(または)偏心軸回転
によるエンジンの静止部分と回転部分間の相対横運動を
包含する。ブラシシールの密封効率は、時の経過ととも
に、エンジン回転部分の密封表面に接触する剛毛端の摩
耗と、剛毛端と密封表面との全体的な接触とから影響を
受ける。しかし、ある場合には、エンジン両部間の相対
横運動はかなりの剛毛たわみをひき起こすほどの大きさ
になるおそれがあり、これにより剛毛の過早および過大
摩耗が発生する。過早剛毛摩耗は、さもなければ必要で
あるより早くシールまたは剛毛束の交換を必要とし、従
ってエンジン運転費が増加する。
毛の過早および過大摩耗を減らすことによりブラシシー
ルの寿命と密封効率を増すことが望ましい。
と、複数のたわみ支持ワイヤによって保持体から移動自
在に吊り下げられた担持体とを有するブラシシールを提
供する。複数の剛毛が担持体に固定される。好ましく
は、保持体は静止部材に取付けられ、そして剛毛は回転
部材と密封係合をなす。
添付図面と関連する以下の詳述と特許請求の範囲の記載
から明らかとなろう。
を表す。図1に示した航空機ガスタービンエンジン10
において可能な一適用例に関して本発明を説明する。詳
述すると、エンジン10は高バイパス比ターボファンエ
ンジンであり、長手方向中心線12を中心として軸方向
直流連通をなすファン14と圧縮機部16と燃焼器部1
8とタービン部20とを含んでいる。流入空気がエンジ
ン10に入り、この空気流の一部分はバイパスダクト2
2を通流してバイパス推力を発生する。空気流の残部は
圧縮機部16に入る。この空気は圧縮機部16内で圧縮
されそして燃焼器部18に通され、そこで燃料と混ぜら
れ、そして空燃混合気の点火が行われる。点火された空
燃混合気は高温ガス流となりタービン部20を通る。タ
ービン部20はエネルギーを高温ガス流から抽出し、そ
してこのエネルギーを用いて圧縮機部16と、前述のバ
イパス推力を発生するファン14とに動力を与える。
細に示す。周知のように、タービン部20は、複数の周
方向列をなす実質的に半径方向向きの動翼24と、動翼
列と交互に配置された一つ以上の周方向列をなす実質的
に半径方向に延在する静翼26とを備えている。各列の
動翼24はロータディスク28に装着されている。ロー
タディスク28はタービン軸円錐体32を介してタービ
ン回転軸30に剛着され、エンジン中心線12(図2に
は示してない)を中心として回転する。タービン部20
にはさらに複数のブラシシール34が含まれ、エンジン
の静止構造部材またはシール支持体36と、回転部材3
8との間に介在し、回転部材38はタービン軸円錐体3
2に剛着されてそれとともに回転する。回転部材38は
概して筒形でありそして対応するシール支持体36内に
部分的に配置され、シール支持体36も概して筒形であ
る。
は複数の剛毛が含まれ、対応シール支持体36に固定さ
れている所から対応回転部材38と密封係合をなす所ま
で延在する。ブラシシール34はタービン部20内に配
置され、エンジン10内の一つの空洞から他の空洞への
気体、例えば、様々な圧力の冷却空気の望ましくない漏
れを防止するようになっている。本発明のブラシシール
はここではターボファンエンジンのタービン部内の使用
に関して説明してあるが、この適用に限定されないこと
に注意されたい。実際に、本発明はガスタービンエンジ
ン内あるいは他所における多くの他の用途に使用するこ
とができる。
をさらに詳細に示す。ブラシシール34はシール支持体
36と回転部材38との間の環状間隙内に配置されてい
る。上述のように、シール支持体36と回転部材38は
概して筒形であり、そして静止シール支持体36は前述
の環状間隙を画成するように回転部材38の前端を囲ん
でいる。回転部材38は、その後端に形成したフランジ
39を介して、タービン軸円錐体32(図3には示して
ない)に結合されている。環状間隙は第1空洞40と第
2空洞41との間に漏流路を形成する。例示のために、
第1空洞40は第2空洞41より圧力が高いとすれば、
間隙を通る流れは図3に矢印Aで示した方向に向く。
まれ、シール支持体36の後端に形成したシールポケッ
ト44内に、中心線12に対して同軸的に配置されてい
る。シールポケット44はシール支持体36の後端に設
けたものとして示されているが、本発明はこの形状に限
定されないことに注意されたい。密封すべき特定のシー
ル支持体と回転部材の組合せの形状に従って、シールポ
ケットをシール支持体の前端に設けてもよい。シールポ
ケット44は半径方向向きの壁46と、軸方向向きの壁
48とを含んでいる。取付けフランジ50が軸方向壁4
8の末端から半径方向外方に延在する。保持体42は保
持板52によってシール支持体36に取付けられてい
る。保持板52は、従来の締結具54によって取付けフ
ランジ50に固定された環状部材であり、保持体42に
強固に係合してそれを圧力ばめによりシールポケット4
4内に係止するようになっている。環状担持体56が保
持体42内に半径方向に配置され、そして複数本の軸方
向向きのたわみ支持ワイヤ58(図3には1本だけを示
す)によって保持体42から移動自在に吊り下げられて
いる。支持ワイヤ58はたわみ得るので、担持体56は
エンジン中心線12(図3には示してない)に対して半
径方向に移動し得る。
周囲に沿って配置された複数の剛毛59からなる剛毛束
を含んでいる。剛毛59の半径方向最外端は担持体56
に固定され、そして半径方向内側自由端は回転部材38
の外面と係合し、こうして第1および第2空洞40、4
1間の漏流路を密封する。剛毛59は幾分たわみ得るの
で、エンジン過渡状態中に発生し得る半径方向および軸
方向の相対移動に耐えることができ、しかも過渡状態が
終わった後密封能力を保ち得る。さらに、担持体56は
保持体42から移動自在に吊り下げられているので、剛
毛59の自由端は、エンジンの過渡状態中、回転部材3
8の外面に追従することができる。これにより剛毛のた
わみが減少し、従って剛毛の摩耗が減少する。
には環状本体部60が含まれ、その半径方向外端に軸方
向後方延在フランジ62が形成されている。剛毛59
は、環状本体部60と、ブラシシール34の高圧側に配
置された環状前板63との間に介在する。フランジ62
は、その後面に形成された複数のポケット64を有す
る。図4と図6に明示のように、ポケット64はフラン
ジ62の周囲に沿って配設され、相互間に狭い区域が存
在する。ポケット64は担持体56の質量を減らすの
で、担持体56はシール支持体36に対する回転部材3
8の横移動に応じて迅速に移動する。フランジ62はま
た複数の穴66を有し、穴66は隣合うポケット64間
に形成されており、支持ワイヤ58の対応する一つの端
を支承する。好ましくは、一つを除く隣合うポケット6
4間の各区域内に穴66の一つが形成される。隣合うポ
ケット64間の他の区域には、図6に示すように、スロ
ット68が設けられており、フランジ62の半径方向厚
さを貫通している。
その後端に半径方向内方延在フランジ72が形成されて
いる。フランジ72には複数の穴74が形成されてお
り、対応支持ワイヤ58の他端を支承する。筒形本体部
70の前縁76は半径方向壁46と当接し、保持体42
をシールポケット44内に軸方向に位置づける。保持体
42は、好ましくは、軸方向壁48より幾分軸方向に長
く、保持板52と係合した時、保持体42の適当な装填
を確実にする。さらに、筒形本体部70の内径は担持体
56の外径より大きく、担持体56と筒形本体部70と
の間に半径方向間隙を画成するようになっている。
前縁76近辺にただし前縁から離れた位置で本体部70
から半径方向内方に延在する。回り止めタング78はス
ロット68内に受入れられて、担持体56と係合しそし
て保持体42に対する担持体56の回転を阻止するよう
になっている。回り止めタング78は、疲労寿命を延ば
すのに十分な厚さ(0.25インチ程度)を有する。
が担持体56と回り止めタング78との間でスロット6
8内に配置されている。好ましくは、たわみリンク80
は、一端が担持体56に取付けられた金属バンドの形態
のものであり、周方向に延在して回り止めタング78と
係合する。従って、たわみリンク80は、担持体56が
シール支持体36に対する回転部材38の横移動によっ
て半径方向に滑る際に、担持体56と回り止めタング7
8との間の摩擦を減らす。好ましくは、たわみリンク8
0は回り止めタング78の圧力側、すなわち、担持体5
6が回転部材38の回転によって押圧する回り止めタン
グ78の側に配置される。代替的に、たわみリンク80
を省略してもよく、その場合のスロット68の幅は回り
止めタング78の幅よりわずかに大きい。
イヤ58によって保持体42から移動自在に吊り下げら
れている。各支持ワイヤ58は、担持体フランジ62に
形成した穴66の一つから、保持体フランジ72に形成
した穴74の対応する一つまで軸方向に延在する。各支
持ワイヤ58の両端はそれぞれ担持体フランジ62と保
持体フランジ72とに溶接等によって固定されている。
図4に見られるように、穴66と穴74にはテ−パが付
いており、従って、支持ワイヤ58によって支持体され
る荷重は、担持体フランジ62と保持体フランジ72そ
れぞれの全厚さまたは長さにわたって分布する。詳述す
ると、穴66の後端はその前端より大きな開口を有し、
そして穴74の前端はその後端より大きな開口を有す
る。支持ワイヤ58は周方向に等間隔で隔置され、そし
て利用される支持ワイヤ58の数は、担持体56の支持
に十分でなければならない。好ましくは、十分な支持ワ
イヤ58を用いて、支持ワイヤ58の幾つかが破損した
場合にブラシシール34の存続を可能にする。代表的な
場合、少なくとも10本の支持ワイヤ58を用いる。
ールポケット44の半径方向壁46に極めて接近した位
置に、ただし同壁に接触しないように位置づけるような
長さである。これは担持体56と半径方向壁46との間
に狭い軸方向間隙をもたらすので、これら2つの要素
は、担持体56がシール支持体36に対する回転部材3
8の横移動によって半径方向に動く時、互いに摩擦しな
い。支持ワイヤ58はまた、担持体56の半径方向外縁
と保持体42の筒形本体部70との間に十分な間隙を残
して担持体56の半径方向運動を許容するように、担持
体56を半径方向に位置づける。担持体56の軸方向後
方運動は、回り止めタング78と支持ワイヤ58の軸方
向剛性によって抑止される。
向間隙は非常に狭い間隙であるが、第1空洞40と第2
空洞41との間の漏流路となる。複数の同心溝82が担
持体56の環状本体部60の前面に形成され、半径方向
壁46に面している。その結果、溝82と、それらの間
に形成されたランドは、担持体56と半径方向壁46と
の間のラビリンスシールとして機能し、こうして、狭い
軸方向間隙を通る漏流路を密封する。
よる剛毛の過早および過大摩耗を減らすブラシシールを
説明した。本発明の特定実施例について説明したが、当
業者には明らかなように、本発明の範囲内で様々な改変
が可能である。
断面図であり、本発明の一適用例を示す。
細断面図である。
面図である。
面図である。
Claims (29)
- 【請求項1】 保持体(42)と、複数のたわみ支持ワ
イヤ(58)によって前記保持体(42)から移動自在
に吊り下げられた担持体(56)と、前記担持体(5
6)に固定された複数の剛毛(59)とからなるブラシ
シール(34)。 - 【請求項2】 前記保持体(42)は、静止部材(3
6)に形成したシールポケット(44)内に配置されて
いる、請求項1記載のブラシシール(34)。 - 【請求項3】 前記静止部材(36)に固定されて前記
保持体(42)を前記シールポケット(44)内に保持
する保持板(52)をさらに含む請求項2記載のブラシ
シール(34)。 - 【請求項4】 前記シールポケット(44)は壁(4
6)を含み、前記担持体(56)は前記壁(46)から
隔てられている、請求項2記載のブラシシール(3
4)。 - 【請求項5】 前記壁(46)に面している前記担持体
(56)の表面に形成した複数の同心溝(82)をさら
に含む請求項4記載のブラシシール(34)。 - 【請求項6】 前記担持体(56)と前記保持体(4
2)の一方に形成したスロット(68)と、前記担持体
(56)と前記保持体(42)の他方に形成したタング
(78)とをさらに含み、前記タング(78)は前記ス
ロット(68)に受入れられている、請求項1記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項7】 前記担持体(56)と前記タング(7
8)との間で前記スロット(68)内に配置されたたわ
みリンク(80)をさらに含む請求項6記載のブラシシ
ール(34)。 - 【請求項8】 前記タング(78)は圧力側を有し、そ
して前記たわみリンク(80)は前記タング(78)の
前記圧力側と係合する、請求項7記載のブラシシール
(34)。 - 【請求項9】 前記担持体(56)はそれに形成したフ
ランジ(62)を有する請求項1記載のブラシシール
(34)。 - 【請求項10】 前記フランジ(62)はそれに形成し
た複数のポケット(64)を有する、請求項9記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項11】 前記フランジ(62)に形成したスロ
ット(68)と、前記保持体(42)に形成したタング
(78)とをさらに含み、前記タング(78)は前記ス
ロット(68)に受入れられている、請求項9記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項12】 前記フランジ(62)と前記タング
(78)との間で前記スロット(68)内に配置された
たわみリンク(80)をさらに含む請求項11記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項13】 前記タング(78)は圧力側を有し、
そして前記たわみリンク(80)は前記タング(78)
の前記圧力側と係合する、請求項12記載のブラシシー
ル(34)。 - 【請求項14】 各支持ワイヤ(58)の第1端が、前
記保持体(42)に形成した複数の穴(74)の対応す
る一つ内に支承され、そして各支持ワイヤ(58)の第
2端が、前記担持体(56)に形成した複数の穴(6
6)の対応する一つ内に支承されている、請求項1記載
のブラシシール(34)。 - 【請求項15】 前記保持体(42)に形成した前記穴
(74)と、前記担持体(56)に形成した前記穴(6
6)にテ−パが付いている、請求項14記載のブラシシ
ール(34)。 - 【請求項16】 静止部材(36)と、軸線(12)を
中心として回転する回転部材(38)との間に位置する
漏流路を密封するブラシシール(34)であって、前記
軸線(12)の周りに同軸的に配置されそして前記静止
部材(36)に取付けられた環状保持体(42)と、前
記保持体(42)内に配置されそして複数のたわみ支持
ワイヤ(58)によって前記保持体(42)から移動自
在に吊り下げられた環状担持体(56)と、前記担持体
(56)に固定されそして前記回転部材(38)と密封
係合をなす複数の剛毛(59)とからなるブラシシール
(34)。 - 【請求項17】 前記保持体(42)は、前記静止部材
(36)に形成したシールポケット(44)内に配置さ
れている、請求項16記載のブラシシール(34)。 - 【請求項18】 前記静止部材(36)に固定されて前
記保持体(42)を前記シールポケット(44)内に保
持する保持板(52)をさらに含む請求項17記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項19】 前記シールポケット(44)は前記軸
線(12)に対して半径方向に配向された壁(46)を
含み、前記担持体(56)は前記壁(46)から隔てら
れている、請求項17記載のブラシシール(34)。 - 【請求項20】 前記壁(46)に面している前記担持
体(56)の表面に形成した複数の同心溝(82)をさ
らに含む請求項19記載のブラシシール(34)。 - 【請求項21】 前記保持体(42)は内径を画成しそ
して前記担持体(56)は前記内径より小さな外径を画
成して前記保持体(42)と前記担持体(56)との間
に間隙を設けるようになっている、請求項16記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項22】 前記担持体(56)はそれに形成した
フランジ(62)を有し、前記フランジ(62)は前記
軸線(12)に対して軸方向に延在する請求項16記載
のブラシシール(34)。 - 【請求項23】 前記フランジ(62)はそれに形成し
た複数のポケット(64)を有する、請求項22記載の
ブラシシール(34)。 - 【請求項24】 前記フランジ(62)に形成したスロ
ット(68)と、前記保持体(42)に形成したタング
(78)とをさらに含み、前記タング(78)は前記ス
ロット(68)に受入れられている、請求項22記載の
ブラシシール(34)。 - 【請求項25】 前記フランジ(62)と前記タング
(78)との間で前記スロット(68)内に配置された
たわみリンク(80)をさらに含む請求項24記載のブ
ラシシール(34)。 - 【請求項26】 前記タング(78)は圧力側を有し、
そして前記たわみリンク(80)は前記タング(78)
の前記圧力側と係合する、請求項25記載のブラシシー
ル(34)。 - 【請求項27】 各支持ワイヤ(58)の第1端が、前
記保持体(42)に形成した複数の穴(74)の対応す
る一つ内に支承され、そして各支持ワイヤ(58)の第
2端が、前記担持体(56)に形成した複数の穴(6
6)の対応する一つ内に支承されている、請求項16記
載のブラシシール(34)。 - 【請求項28】 前記保持体(42)に形成した前記穴
(74)と、前記担持体(56)に形成した前記穴(6
6)にテ−パが付いている、請求項27記載のブラシシ
ール(34)。 - 【請求項29】 前記支持ワイヤ(58)は前記軸線
(12)に対して軸方向に配向されている請求項16記
載のブラシシール(34)。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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