JP2005264939A - バックアップ装置を備えたベアリングシール - Google Patents

Abstract

【課題】 改良型ベアリングシールアセンブリを提供する。
【解決手段】 ベアリングシールアセンブリは、ガスタービンエンジンその他の機械装置のベアリング室内にオイルを閉じ込めるために、1対のセグメント化された円周方向シールまたはカーボンリングシールを含む。このシール対はオイル側シールおよび空気側シールであり、ハウジング内のオイルと空気との間で軸方向に離間している。これらシール間に高圧の空気を導入する。この高い空気圧により、これらシールが互いに軸方向に離れる向きで、かつ半径方向内向きに付勢され、それによって密封性が向上する。オイル側シールまたは空気側シールのいずれかに隣接してバックアップシールを設ける。オイル側シールまたは空気側シールが破損して空気圧が低下した場合、このバックアップシールにより、ハウジング内のオイル室と空気との間で少なくとも最低限の密封がもたらされる。
【選択図】 図２

Description

本発明は概してベアリングシールに関し、より詳細にはバックアップ装置を備えたタービンエンジン用ベアリングシールに関する。

本発明は米国政府の契約第F33657-91-C-007号の下で行われた研究において考案された。

ガスタービンエンジンその他の機械装置のベアリング室内にオイルを閉じ込めるため、しばしばセグメント化された円周方向リングシールまたはカーボンリングシールが使用される。ハウジング内のオイルと空気の間には、1対の軸方向に離間したシール、すなわちオイル側シールおよび空気側シールが設けられる。これらのシールを適切に機能させるために、これらのシール間には高圧の空気が導入される。この高い空気圧により、これらのシールが軸方向に互いに離れる向きで、かつ半径方向内向きに付勢され、それによって密封性が向上する。

これらシールのいずれかが破損した場合、この高い空気圧が失われ、そのため密封効果が大きく低下する。このため、オイル室からオイルが漏れるおそれがある。これらシールの1つがわずかに破損しても空気圧が低下することがあり、それによってオイル室からオイルが漏れるおそれがある。

本発明は改良型ベアリングシールアセンブリを提供する。オイル側シールまたは空気側シールのいずれかに隣接してバックアップシールを設ける。オイル側シールまたは空気側シールが破損して空気圧が低下した場合、このバックアップシールにより、ハウジング内のオイル室と空気の間で少なくとも最低限の密封がもたらされる。

本発明の他の利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことで理解されるであろう。

図1に、本発明によるベアリングシールアセンブリ22がガスタービンエンジン10に装備された様子を示す。同図には、エンジン中心線すなわち軸方向中心軸線11の周りに円周方向に配設されたターボファン型ガスタービンエンジンなどのガスタービンエンジン10が示されている。エンジン10は、ファン12、圧縮機13、燃焼セクション14、およびタービン15を含む。当技術分野では周知のように、圧縮機13内で圧縮された空気は燃料と混合され、それが燃焼セクション14内で燃焼し、タービン15内で膨張する。圧縮機内で圧縮された空気およびタービン15内で膨張した燃料混合物はともに、高温ガス流と呼ばれることがある。タービン15は膨張に応答して回転するロータ16を含み、それによって圧縮機13およびファン12が駆動される。タービン15は、回転翼すなわちブレード17と、静止翼すなわちベーン18とが交互に並んだ列を備える。

ファン12はファンケース19に囲まれており、ロータアセンブリを含む。このロータアセンブリは、ロータディスク20および複数のファンブレード21を含む。各ファンブレード21は、ロータディスク20から半径方向外向きに、作動媒体流路を横切ってファンケース19の近傍まで延びる。

図2を参照すると、ベアリングシールアセンブリ22は、空気室28から、オイル室26内のオイル24を密封する。ベアリングシールアセンブリ22は、ハウジング30とロータ16との間を密封する。他の応用例では、ロータ16はシャフトその他の任意の回転部分となし得る。

ベアリングシールアセンブリ22は、オイル側のスナップリング40およびワッシャ42と、空気側のスナップリング44および回転防止片46との間で軸方向に固定される。また、ベアリングシールアセンブリ22は、ベアリングシールアセンブリ22から半径方向外向きのところにあるブラケット50と、ベアリングシールアセンブリ22から半径方向内向きのところにあるロータ16の間にある。

ベアリングシールアセンブリ22は、軸方向に互いに離間したオイル側シール54および空気側シール56を含む。シール54,56は、セグメント化された円周方向シールまたはカーボンリングとなし得る。オイル側シール54は、ロータ16と回転防止片46に対して密封を行う。空気側シール56は、ロータ16と回転防止片46に対して密封を行う。バネ60は、シール54,56を互いに軸方向外向きに付勢し、軸方向に密封を行う助けとなる。シール54,56の溝64内のバネ62は、シール54,56を半径方向内向きに付勢してロータ16に押し付け、それによって半径方向の密封性が向上する。

加圧流体源68から空気などの流体を、オイル室26および空気室28内の圧力よりも高い圧力で、注入口70を通してシール54,56の間に軸方向に導入する。この加圧された空気は、シール54,56を互いに軸方向外向きに付勢し、それによってこれらのシールの軸方向の密封性が向上する。この加圧された空気は、半径方向内向きにもシール54,56を付勢してロータ16を押し付け、それによって半径方向の密封性が向上する。

本発明では、シール54,56に隣接してバックアップシール76を配置する。図に示す実施形態では、バックアップシール76は、空気側シール56の空気側にあるが、オイル側シール54のオイル側に配置することもできる。この場合も、バックアップシール76は、セグメント化された円周方向シールまたはカーボンリングとすることができ、バネ80を受ける溝78を含む。バネ80は、ロータ16に向かってバックアップシール76を半径方向内向きに付勢し、それによって密封性が向上する。バックアップシール76は、空気側シール56と回転防止片46との間に軸方向に存在する。好ましくは、バックアップシール76は、わずかに隙間が大きい公差で作製され、そのため、オイル側シール54および空気側シール56の主シールによってもたらされるものよりも密封効果が劣るが、破損の可能性もまた小さい。

オイル側シール54または空気側シール56が破損した場合、これらのシール間の空気圧が低下する恐れがある。オイル室26からのオイル24は、オイル側シール54および空気側シール56を通過するが、バックアップシール76によって実質的に保持されることになる。バックアップシール76だけでは主シール54,56ほど良好に密封されないが、バックアップシール76により、主シール54と56との間の空気圧の低下により生じる深刻な不具合を少なくとも遅らせることができる。

特許法および法律学によれば、上記で説明した構成の例は、本発明の好ましい実施形態を示すとみなされる。ただし本発明は、その趣旨および範囲を逸脱することなく、上で具体的に示し説明した以外の形で実施し得ることに留意されたい。

ガスタービンエンジン内の、本発明のベアリングシールアセンブリを示す概略図である。 図1のベアリングシールアセンブリをより詳細に示す図である。

符号の説明

10 ガスタービンエンジン
11 エンジンの中心線
12 ファン
13 圧縮機
14 燃焼セクション
15 タービン
16 ロータ
17 ブレード
18 ベーン
19 ファンケース
20 ロータディスク
21 ファンブレード
22 ベアリングシールアセンブリ
24 オイル
26 オイル室
28 空気室
30 ハウジング
40 スナップリング
42 ワッシャ
44 スナップリング
46 回転防止片
50 ブラケット
54 オイル側シール
56 空気側シール
60,62 バネ
64 溝
68 加圧流体源
70 注入口
76 バックアップシール
78 溝
80 バネ

Claims (14)

1. ベアリングシールアセンブリであって、
   内側の円周方向シールと、
   外側の円周方向シールとを備え、前記内側の円周方向シールと前記外側の円周方向シールとの間に高圧の流体室が形成され、前記ベアリングシールアセンブリがさらに、
   前記外側の円周方向シールおよび前記内側の円周方向シールの一方に隣接するバックアップ円周方向シールを備えることを特徴とするベアリングシールアセンブリ。
2. 前記流体室の前記高圧を維持するために、前記内側の円周方向シールと前記外側の円周方向シールとの間に流体注入ポートをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のベアリングシールアセンブリ。
3. 前記内側および外側の円周方向シールがカーボンリングシールであることを特徴とする請求項1に記載のベアリングシールアセンブリ。
4. 前記内側および外側の円周方向シールがセグメント化されたリングシールであることを特徴とする請求項1に記載のベアリングシールアセンブリ。
5. 前記内側の円周方向シールがオイル側円周方向シールであり、前記外側の円周方向シールが空気側円周方向シールであることを特徴とする請求項1に記載のベアリングシールアセンブリ。
6. 前記バックアップ円周方向シールが前記空気側円周方向シールに隣接することを特徴とする請求項5に記載のベアリングシールアセンブリ。
7. ガスタービンエンジン用のベアリングシールアセンブリであって、
   第1の円周方向シールと、
   高圧の流体室を形成するように、前記第1の円周方向シールから軸方向に離間した第2の円周方向シールと、
   前記第1の円周方向シールに隣接した第3の円周方向シールとを備え、前記第3の円周方向シールは、前記流体室の外側にあり、前記第3の円周方向シールと前記第1の円周方向シールとの間の前記流体室内の圧力よりも低い圧力を有することを特徴とするベアリングシールアセンブリ。
8. 前記流体室の前記高圧を維持するために、前記第1の円周方向シールと前記第2の円周方向シールとの間に流体注入ポートをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のベアリングシールアセンブリ。
9. 前記第1および第2の円周方向シールがカーボンリングシールであることを特徴とする請求項8に記載のベアリングシールアセンブリ。
10. 前記第1および第2の円周方向シールがセグメント化されたリングシールであることを特徴とする請求項8に記載のベアリングシールアセンブリ。
11. 前記第1の円周方向シールがオイル側円周方向シールであり、前記第2の円周方向シールが空気側円周方向シールであることを特徴とする請求項8に記載のベアリングシールアセンブリ。
12. 前記第3の円周方向シールが前記空気側円周方向シールに隣接することを特徴とする請求項11に記載のベアリングシールアセンブリ。
13. 前記第1の円周方向シールと第2の円周方向シールとの間に、前記第1の円周方向シールと第2の円周方向シールとが互いに軸方向に離れるように付勢するバネをさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のベアリングシールアセンブリ。
14. ガスタービンエンジン用のベアリングシールアセンブリであって、
    第1シールと、
    前記第1シールから軸方向に離間した第2シールと、
    前記第1シールと前記第2シールとの間の流体室と、高圧の流体を供給するために前記第1シールと前記第2シールとの間に配設された前記流体室への注入口と、
    前記第1シールに隣接し、前記流体室の外側にある第3シールとを備え、前記第3シールは、前記第3シールと前記第1シールとの間の前記流体室内の圧力よりも低い圧力を有することを特徴とするベアリングシールアセンブリ。
    

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