JPH10246337A

JPH10246337A - 回転体シール構造

Info

Publication number: JPH10246337A
Application number: JP9051302A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Sato; 亮一佐藤; Tadashi Suzuki; 正鈴木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】バランス修正回転数域でシール部材による
拘束なしにファンブレード列をバランス修正することが
でき、シール部材の摺動抵抗等の影響を受けることな
くファンブレード及びスピンナーを取り付けることがで
き、十分なシール性能を安定して発揮でき、かつシ
ール部材の変形劣化が少なく長寿命化できる回転体シー
ル構造を提供する。【解決手段】高速回転する雄部材１１の外周部に設け
られた円周溝１４と、円周溝に嵌まる弾性Ｏリング１６
と、雌部材１２に設けられ雄部材の円周溝を内側に収納
する円周面１２ａとからなる。円周溝は、Ｏリングより
大きい溝幅と溝深さを有し、かつその溝底は軸方向一端
部に設けられた円周テーパ面１４ａと、他端部に設けら
れた円弧面１４ｂとからなる。このＯリングは、バラン
ス修正回転数域では円周溝内に位置し、所定の高速回転
時に遠心力により円周溝から外方に突出し同時にテーパ
面の反対側に押付けられて雄部材と雌部材の間をシール
するように、シール径、材質、硬度が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジェットエンジン
のファン等の回転体シール構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、ジェットエンジンのファン部の
部分断面図である。この図において、１はファンブレー
ド、２はファンブレードをロータ軸３に固定するピン、
４はピンの抜け止めと吸入空気のガイドを兼ねたスピン
ナー、５はファンブレードの回転軸受、６は１対のラビ
リンスである。ロータ軸３は図示しないタービンにより
回転駆動されファンブレード１を高速回転（例えば７０
００〜８０００ｒｐｍ）し、空気をエンジン内に導入
し、圧縮機に供給する。圧縮機で加圧された空気の一部
は、１対のラビリンス６の間に供給され、回転軸受５、
からのオイル洩れを防ぐようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ラビリンス６の間に供
給されたシール空気は、ファンブレードのピン２の周囲
を流れ、ファンブレード１とスピンナー４の隙間を通っ
て外部（導入空気側）に洩れる。この洩れ量が多いと、
ファン性能に多大な影響を与えるため、ファンブレード
１とスピンナー４の間にシール装置７を設けて洩れ量を
少なくする必要がある。

【０００４】しかし、この部分にラビリンス６のような
シール装置７を用いても、洩れ量が多すぎる問題があ
る。また、シール面を弾性的にシールするＯリングのよ
うなシール装置７を用いれば、洩れ量を十分に少なくで
きるが、この場合には、性能に最も影響のあるブレード
とスピンナーのバランス修正回転数域（約８００〜１０
００ｒｐｍ）において、シール装置７によりファンブレ
ード列を拘束することになり、精密なバランス修正がで
きない問題点がある。また、かかるシール部材の摺動抵
抗によりスピンナーの取り付けが困難になり、かつ高速
回転中のファンブレード１の揺動によりシール部材の変
形劣化が激しくなる。すなわちファンブレード１のよう
に、その取り付けガタが多い部品とスピンナー間をシー
ルするには、従来の摺動部用シール部材ではガタが多
く、シール面を傷めてしまう問題があった。

【０００５】そのため、従来は、図４及び図５（Ａ）に
示すように、シール部材（この例ではＯリング７）の収
納溝をＯリング径より深くしてＯリング７が表面に出っ
張らないようにし、スピンナー４が高速回転した時には
遠心力によりＯリングが溝内で外方に移動してファンブ
レード１との間をシールするようしていた。この構成に
より、バランス修正回転数域でシール部材による拘束な
しにファンブレード列をバランス修正し、シール部材の
抵抗なしにスピンナーを容易に取り付けられ、かつ高速
回転中には、Ｏリングの内面は溝底から浮いているの
で、シール部材（Ｏリング）の変形劣化が少なく長寿命
化することができた。

【０００６】しかし、かかる従来の回転体シール構造で
は、遠心力によりＯリング７が溝内で外方に移動する際
に、図５（Ｂ）に示すように、Ｏリングの軸方向前後に
隙間ができ、前後の隙間と溝底との隙間を通って洩れる
空気量が多くなることがある。すなわち従来のフラット
底溝のＯリングシール構造では、回転中のＯリング位置
が定まらず、図のようにＯリング底を通って空気が洩れ
てしまうことがあり、このため、洩れ空気量を十分には
低減できない問題点があった。

【０００７】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、バ
ランス修正回転数域でシール部材による拘束なしにファ
ンブレード列をバランス修正することができ、シール
部材の摺動抵抗等の影響を受けることなくファンブレー
ド及びスピンナーを取り付けることができ、十分なシ
ール性能を安定して発揮でき、かつシール部材の変形
劣化が少なく長寿命化できる回転体シール構造を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、高速回
転する雄部材と雌部材の間をシールする回転体シール構
造であって、雄部材の外周部に設けられた円周溝と、該
円周溝に嵌まる弾性Ｏリングと、雌部材に設けられ雄部
材の円周溝を内側に収納する円周面と、からなり、前記
円周溝は、Ｏリングより大きい溝幅と溝深さを有し、か
つ円周溝の溝底は、軸方向一端部に設けられたテーパ面
と、他端部に設けられた円弧面とからなり、前記Ｏリン
グは、バランス修正回転数域では円周溝内に位置し、所
定の高速回転時に遠心力により円周溝から外方に突出し
同時にテーパ面の反対側に押付けられて雄部材と雌部材
の間をシールするように、シール径、材質、硬度が設定
されている、ことを特徴とする回転体シール構造が提供
される。

【０００９】上記本発明の構成によれば、Ｏリングが、
バランス修正回転数域（８００〜１０００ｒｐｍ）では
円周溝内に位置するので、静止状態でブレードが周方向
に倒れてもＯリングと接触せず、バランス修正中にＯリ
ングがブレードを押さえ付けたり、噛み込んだりしてス
テックさせることがない。これにより、バランス修正し
たにもかかわらず、エンジン運転中に過大なアンバラン
スが生じるような振動問題を本質的に回避できる。また
円周溝の溝底にテーパ面がありこのテーパ面からの反力
によりＯリングが溝の側面に沿って円周溝から外方に突
出し、かつその側面に圧力で押されるので、Ｏリングが
常に溝側面に沿って動き、ブレードとスピンナー間から
の空気の洩れがシールされる。更に、構造が単純であり
かつ標準部品（Ｏリング）を使用しているので、低コス
トで実施することができる。

【００１０】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
傾斜面は、シールする流体が流れ込む側に設けられ、か
つ傾斜面の軸線に対する角度が４０〜５０度に設定され
ている。かかる角度に設定することにより、Ｏリングを
スムースに溝側面に沿って動かし、ブレードとスピンナ
ー間からの空気の洩れを確実にシールすることができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を使用する。図１は、本発明によ
る回転体シール構造の構成図である。この図において、
本発明の回転体シール構造１０は、雄部材１１の外周部
に設けられた円周溝１４と、円周溝１４に嵌まる弾性Ｏ
リング１６と、雌部材１２に設けられ雄部材１１の円周
溝１４を内側に収納する円周面１２ａとからなる。雄部
材１１は、この実施形態では図５に示したスピンナー４
であり、雌部材１２はファンブレード１である。雄部材
１１（すなわちスピンナー４）と雌部材１２（すなわち
ファンブレード１）は、図４に示したようにこの図の下
方に位置する回転軸を中心に高速回転するようになって
いる。

【００１２】図１に示すように、本発明において、円周
溝１４は、Ｏリング１６より大きい溝幅ｂと溝深さｈを
有する。Ｏリング１６の直径ｄが約５〜６ｍｍである場
合に、溝幅ｂはこれより０．２５〜０．５ｍｍ程度大き
く、溝深さｈは０．８以上大きくするのがよい。また円
周溝１４の溝底は、軸方向一端部に設けられた円周テー
パ面１４ａと、他端部に設けられた円弧面１４ｂとから
なる。このテーパ面１４ａは、シールする流体（例えば
冷却空気）が流れ込む側（この図では右側）に設けら
れ、かつテーパ面１４ａの軸線に対する角度θが好まし
くは４０〜５０度、更に好ましくは４５度に設定されて
いる。かかる角度に設定することにより、Ｏリングの弾
性反力によりＯリング自体をスムースに溝側面に沿って
動かし、ブレードとスピンナー間からの空気の洩れを確
実にシールすることができる。なお、円弧面１４ｂは溝
部の応力集中を緩和するために十分大きくするのがよ
い。

【００１３】また、Ｏリング１６は、使用する雰囲気温
度（約７０〜８０℃）に耐える弾性ゴムからなる。更
に、このＯリング１６は、ジェットエンジンのバランス
修正回転数域（８００〜１０００ｒｐｍ）では円周溝１
４の内部に位置し、所定の高速回転時（約１８００ｒｐ
ｍ以上）に遠心力により円周溝１４から外方に突出して
雌部材１２の円周面１２ａに接し、かつ同時にテーパ面
１４ａの反対側１４ｃに押付けられて雄部材１１と雌部
材１２の間をシールするように、シール径、材質、硬度
が設定されている。

【００１４】図２は、本発明の回転体シール構造の作動
説明図である。上記本発明の構成によれば、図２（Ａ）
に示すように、Ｏリング１６が、バランス修正回転数域
（８００〜１０００ｒｐｍ）では円周溝１４内に位置す
るので、静止状態でブレード（すなわち雄部材１１）が
周方向に倒れてもＯリング１６と接触せず、バランス修
正中にＯリング１６がブレード１１を押さえ付けたり、
噛み込んだりしてステックさせることがない。これによ
り、バランス修正したにもかかわらず、エンジン運転中
に過大なアンバランスが生じるような振動問題を本質的
に回避できる。また円周溝１４の溝底にテーパ面１４ａ
がありこのテーパ面からの反力Ｆ（ゴムの復元力）によ
りＯリング１６が溝の側面１４ｃに沿って円周溝１４か
ら外方に突出し、かつその側面１４ｃにシールガスの圧
力で押されるので、Ｏリング１６が常に溝側面１４ｃに
沿って動き、ブレード（雌部材１２）とスピンナー（雄
部材１１）の間からの空気の洩れがシールされる。更
に、構造が単純でありかつ標準部品（Ｏリング）を使用
しているので、低コストで実施することができる。

【００１５】図３は、本発明におけるＯリングの回転数
と伸びの関係図である。この図において、横軸は回転速
度（ＲＰＭ）、縦軸は伸び（％）を示している。この図
に示すように、図１の実施形態において、Ｏリング１６
の硬度を最適化することにより、バランス修正回転数域
（８００〜１０００ｒｐｍ）において、伸びを組付時以
下の伸び量に制限し、使用高速回転時（約１８００ｒｐ
ｍ以上）において、組付時以上の伸びが生じシールとし
て機能することができる。従って、本発明の条件を満た
すＯリングの設定が可能であることがわかる。

【００１６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更するこ
とができることは勿論である。

【００１７】

【発明の効果】上述したように、本発明の回転体シール
構造は、バランス修正回転数域でシール部材による拘
束なしにファンブレード列をバランス修正することがで
き、シール部材の摺動抵抗等の影響を受けることなく
ファンブレード及びスピンナーを取り付けることがで
き、十分なシール性能を安定して発揮でき、かつシ
ール部材の変形劣化が少なく長寿命化できる、等の優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転体シール構造の構成図であ
る。

【図２】本発明の回転体シール構造の作動説明図であ
る。

【図３】本発明におけるＯリングの回転数と伸びの関係
図である。

【図４】従来のジェットエンジンのファン部の部分断面
図である。

【図５】従来の回転体シール構造の作動説明図である。

【符号の説明】

１ファンブレード２ピン３ロータ軸４スピンナー５軸受６ラビリンス７Ｏリング１０回転体シール構造１１雄部材（スピンナー）１２雌部材（ファンブレード）１２ａ円周面１４円周溝１４ａ円周テーパ面１４ｂ円弧面１６Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速回転する雄部材と雌部材の間をシー
ルする回転体シール構造であって、雄部材の外周部に設
けられた円周溝と、該円周溝に嵌まる弾性Ｏリングと、
雌部材に設けられ雄部材の円周溝を内側に収納する円周
面と、からなり、前記円周溝は、Ｏリングより大きい溝幅と溝深さを有
し、かつ円周溝の溝底は、軸方向一端部に設けられた円
周テーパ面と、他端部に設けられた円弧面とからなり、
前記Ｏリングは、バランス修正回転数域では円周溝内に
位置し、所定の高速回転時に遠心力により円周溝から外
方に突出し同時にテーパ面の反対側に押付けられて雄部
材と雌部材の間をシールするように、シール径、材質、
硬度が設定されている、ことを特徴とする回転体シール
構造。
【請求項２】前記テーパ面は、シールする流体が流れ
込む側に設けられ、かつテーパ面の軸線に対する角度が
４０〜５０度に設定されている、ことを特徴とする請求
項１に記載の回転体シール構造。