(57)【要約】【課題】エンジンの再始動時に有効な液圧シールをほぼ直ちに再形成できるのに十分なオイルを停止時に保持できる液圧シール装置を提供する。【解決手段】  回転機械、特にガスタービンエンジン用の液圧シールは、液圧シールと液圧トラップとを含む。機械の停止時にオイルは液圧トラップに保持される。機械を再始動するとき、液圧トラップからのオイルを利用して液圧シールを再形成でき、これによって、代表的にはこのようなシール装置で起こる漏れを、シール装置を通るオイルの流れが再度確立されるまで、減少するか或いはなくす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械用の液圧シール装置であって、
液圧シールと、
前記回転機械の停止時に、前記液圧シールからオイルを保持するように構成された液圧トラップとを備えた、液圧シール装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液圧シール装置において、
前記液圧トラップは、前記機械の再始動時に前記液圧シールを通る漏れを最少にするように作動する、液圧シール装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液圧シール装置において、
前記液圧トラップは、保持できるオイルの量を増大するための少なくとも一つのポケットを備えた、液圧シール装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液圧シール装置において、
前記液圧トラップは、前記液圧シールと軸線方向に隣接している、液圧シール装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液圧シール装置において、
前記液圧シールと前記液圧トラップとの間で流体連通した二つの第１通路を備えた、液圧シール装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液圧シール装置において、
前記二つの第１通路は、直径方向反対側の位置にある、液圧シール装置。
【請求項７】
請求項５に記載の液圧シール装置において、更に、
前記液圧トラップと流体連通した二つの第２通路を含む、液圧シール装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液圧シール装置において、
前記二つの第１通路は直径方向反対側の位置にあり、前記二つの第２通路は、前記二つの第１通路から９０°離間されている、液圧シール装置。
【請求項９】
請求項５に記載の液圧シール装置において、
前記第１及び第２の通路の配置は、前記機械の停止時にオイルが前記液圧シール装置の外に漏れないように配置されている、液圧シール装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の液圧シール装置において、更に、
各第１通路の領域にＵ字形状トラップを含む、液圧シール装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の液圧シール装置において、
前記Ｕ字形状トラップは、前記機械の再始動時に、前記液圧シールから前記液圧トラップ内への空気の漏れを減少するか或いはなくすように作用する、液圧シール装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液圧シール装置において、
前記回転機械は、ガスタービンエンジンである、液圧シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシールに関する。本発明は、詳細には、相対的に回転する二つのシャフト間にシールを提供するのに使用される種類の液圧シールに関するが、これ以外を排除するものではない。
【背景技術】
【０００２】
相対的に回転する二つのシャフト間をシールするために液圧シールを使用することは周知である。米国特許第６、５６８、６８８号にこのようなシールが記載されており、このシールでは、シールの低圧側からオイルを連続的に供給し、オイルはシールを通過して冷却を行い、スカベンジング（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）を行うためにシールの低圧側に回収される。
【０００３】
図１は、米国特許第６、５６８、６８８号に記載された既知の液圧シール装置の上死点での断面図である。低圧シャフト１２及び高圧シャフト１４は、２シャフトガスタービンエンジンの同心のシャフトであり、共通の回転軸線１６を中心として異なる速度で回転する。高圧シャフト１４は、ベアリング１８で支持されている。
【０００４】
ベアリング１８の右側及び高圧シャフト１４の半径方向外側は比較的低圧の領域２０であり、ベアリング１８の左側及び高圧シャフト１４の半径方向内側は比較的高圧の領域２２である。これらの二つの領域２０及び２２は、作動時に互いから効果的にシールされていなければならず、これを達成するため、全体に参照番号２４を付した液圧シールが二つのシャフト１２と１４との間に設けられている。
【０００５】
液圧シール２４は環状部分（ａｎｎｕｌｕｓ）２６を含む。この環状部分２６は、高圧シャフト１４の内側に設けられ、シャフト１４の全周に亘って半径方向外方に延びている。環状部分２６は、半径方向内方に延びる壁２７によって画成される。これらの壁２７は、シャフト１４の全周に亘って延びている。環状部分２６内にウェブ２８が突出している。このウェブ２８は低圧シャフト１２に配置されており、シャフト１２の全周に亘って半径方向外方に延びている。
【０００６】
作動では、環状部分２６の大部分及び特にウェブ２８の自由端を取り囲む部分は、ハッチングを施した領域で示すように、オイル又は何らかの他の液圧媒体３０で充填されている。
【０００７】
作動では、オイルは、以下のように、環状部分２６に連続的に供給された状態に維持される。二つのシャフト１２、１４間のオイルジェット（図示せず）が、オイルを、矢印３２が示す方向に送出する。このオイルの幾分かは、ベアリング１８の潤滑に役立ち、残りのオイルは高圧シャフト１４の内壁３４に集まる。これは、シャフト１２、１４の回転により生じる遠心力の効果による。内壁３４は、シャフト１２及び１４間の空間の半径方向外側にある。
【０００８】
既知の構成の変形例では、中空シャフト１２の中心に沿ってオイルを供給することもできる。
【０００９】
この場合も、遠心力の効果により、オイルは、環状入口領域３６を通って環状部分２６に進入する。環状部分２６は、内壁３４よりも半径方向外側にある。このプロセスでは、オイル３０は、環状部分２６に、ウェブ２８の左側及び内側の両方に集まり、図示のように最適のサイホン型液圧シールを形成する。
【００１０】
環状部分２６を形成する半径方向内方に延びる側壁は堰として作用し、環状部分２６内のオイルのレベル即ち液面を制限するということは理解されるよう。ウェブ２８の各側にあるオイルの表面即ち液面は、最終的には、夫々の側壁が半径方向内方にどれ程延びているのかによって制限される。これは、環状入口領域３６で見ることができる。
【００１１】
ウェブ２８の左側では、オイル３０の表面即ち液面３８は、ウェブ２８の右側よりも大きく半径方向外方にある。これは、左側が領域２２と連通しており、この領域２２の圧力が右側と連通した領域２０よりも高いためである。
【００１２】
環状部分２６内のスクーププレート４０は通路４２を形成し、この通路を通って余分のオイルが出口ダクト４４まで流れることができる。このようにして、液圧シール２４を通してオイルの連続した流れが維持される。（流通を確保するためのこの他の手段が既知であり、本願を読む当業者には当たり前のことである。例えば、オイルは、ウェブ２８の反対側に設けられた堰の一つを越えてオイルジェットに流れてもよい。）これにより、オイルが過度に長期間に亘って環状部分２６内にとどまる場合に生じる望ましからぬオイルの過熱及びコーキングを阻止する。一般的には、オイルに伝達される熱量は、作動時のフィン２８の浸漬深さで決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６、５６８、６８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１に示し且つ上文中に説明した周知の液圧シール装置の問題点は、エンジンの停止時に、シールを維持する遠心力の効果が停止し、及び従って、シールが重力の作用で壊れてしまうということである。オイルはシールの底部に最大直径の堰（即ち、エンジンの下死点から見て、半径方向内方に最小高さまで延びる堰）の高さまで集まる。余分のオイルは、堰を溢流し、失われる。エンジンを再始動すると、遠心力の効果により、保持されたオイルがシール装置の周囲に亘って均等に分配される。保持されたオイルの量が、有効な液圧シールを再形成する（ウェブを沈めることによって）のに不十分である場合には、シールは、十分な量の新たなオイルが環状部分２６に送出されるまで、漏れてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
堰の直径を小さくする（即ち堰を更に半径方向内方に延びるように形成する）と、停止時に更に多くのオイルを保持でき、そのためシールを更に迅速に再形成できるが、堰の直径が小さいと、通常の作動中にウェブが更に深くオイル内に浸漬され、そのため、通常の作動中にオイルに伝達される熱量が増大する。
【００１６】
液圧シール装置の設計は、従来、これらの二つの相反する望ましからぬ状況のバランスをとり、一方では、始動時にシールが漏れること、及び他方では、使用時に、シールのため、過剰の熱がオイルに伝達されることがないようにする必要によって、制限されてきた。
【００１７】
本発明者は、周知の液圧シール装置と関連した問題点を減少するか或いは大幅に解消する液圧シール装置を案出した。この液圧シール装置は、通常の作動中にウェブを過度に浸漬しないが、エンジンの再始動時に有効な液圧シールをほぼ直ちに再形成できるのに十分なオイルを停止時に保持できる。
【００１８】
本発明は、特許請求の範囲に記載した液圧シール装置を提供する。
【００１９】
本発明の作動が更に明瞭に理解されるように、以下に例示の実施例を添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、既知の液圧シール装置の上死点での断面図である。
【図２】図２は、本発明による液圧シール装置の断面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】図４は、シール装置のこの部分が下死点にある場合の図２のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。
【図５】図５は、エンジン停止後の第１状態での図２の液圧シール装置の図である。
【図６】図６は、エンジン停止後の第２状態での図２の液圧シール装置の図である。
【図７】図７は、エンジン再始動後の第３状態での図２の液圧シール装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
先ず最初に図２を参照すると、この図には、本発明による液圧シール装置の全体に参照番号２１０が付してある。
【００２２】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。図１に示す実施例におけるのと同様に、半径方向内方に延びる壁２２７が、環状部分２２６を形成し、半径方向外方に延びるウェブ２２８がこれらの壁２２７間を延びている。
【００２３】
液圧シール出口堰２５２が通路２５４を形成し、使用では、スカベンジングを行うため、この通路を通して余分のオイルを流すことができる。図２で更に明瞭にわかるように、二つの第１通路２５４が、シールアッセンブリ２１０の直径方向反対側の位置に設けられている。
【００２４】
出口堰２５２を越えてシール装置２１０から流出するオイルは、液圧トラップ２５０に進入する。トラップ２５０は、シール装置２１０の全周に亘って延びている。シールアッセンブリ２１０の直径方向反対側の二つの位置に、及び通路２５４から９０°離間されて、二つの液圧トラップ出口堰２５６が設けられている。これらの出口堰２５６は、二つの第２通路を形成する。使用では、スカベンジングを行うため、余分のオイルが、液圧トラップ２５０からこれらの堰２５６を越えて流れる。スカベンジング手段は示してないが、図１の実施例におけるのと本質的に同じ機能を果たす。各堰２５６の領域には、液圧トラップ２５０を周囲の残りよりも大きく半径方向外方に延長することによって、液圧トラップ２５０にポケット２５８が設けられている。これらのポケット２５８の目的を以下に説明する。
【００２５】
作動では、遠心力の効果により、有効な液圧シールを環状部分２２６に亘って維持する。
【００２６】
図５は、エンジン停止後の本発明による液圧シール装置の作動を示すが、この図は、液圧シール装置が静止する直前の状態を示す。シール装置は、矢印５６０で示すように、ゆっくりと時計廻り方向に回転している。
【００２７】
遠心力がなくなると、シール装置のほぼ全てのオイルがシール装置２１０の底部に集まり、表面即ち液面５３８が形成された状態となっている。図３を参照して上文中に説明したように、液圧シール出口堰２５２の通路２５４が液面５３８よりも下にあると、オイルは、シール装置の環状部分２２６から液圧トラップ２５０に、液面が等しくなるまで流入する。シール装置が矢印５６０の方向に回転しているため、堰２５２及び従って通路２５４が、図５に示すように、液面５３８の上方に上る。この状態では、環状部分２２６と液圧トラップ２５０との間には（図４でわかるように）連通路はなく、そのため、シール装置２１０の環状部分２２６からオイルがこれ以上漏出することはない。
【００２８】
図６は、矢印５６０の方向に更に６５°程度回転したときの図５の装置を示す。液圧トラップ２５０内に所定量のオイル６３０が液面６３８まで保持されている。この状態では、液圧トラップ出口堰２５６が下死点にあるため、余分のオイルは、スカベンジングのため、堰２５６を越えて漏出する。
【００２９】
ポケット２５８が設けられているため、液圧トラップ出口堰２５６が下死点にあるとき、液圧トラップ２５０に保持できるオイル６３０の量が増大する。液圧トラップ２５０の周囲の残りにはポケット２５８が設けられておらず、そのため、液面は、液圧トラップ２５０の任意のこの他の部分が下死点にある場合、これよりも高くなる。これは、図５の液面５３８を図６の液面６３８と比較することによってわかる。この利点は、液圧シール出口堰２５２が下死点又は下死点の近くにある場合、液面５３８が比較的高いため、オイルが液圧シール環状部分２２６の外にこれ以上漏出せず、これに対し、液圧シール出口堰２５６が下死点又は下死点の近くにある場合、液面６３８が比較的低いため、液圧トラップ２５０の外にオイルが漏出することが阻止されるということである。ポケット２５８が設けられておらず、液面が均等である場合には、トラップ２５０は、その出口堰２５６が下死点に近づく度毎に少量のオイルを漏出し、出口堰２５２が下死点に近づくときに液圧シール２２６からオイルを再充填する。このようにして、液圧シール環状部分２２６は、この環状部分２２６が保持するオイルの量が、始動時に液圧シールを再形成する上で不十分になるまで、ゆっくりと排液する。ポケット２５８が設けられているため、従って液圧トラップ２５０内の液面が変化するため、液圧シール環状部分２２６又は液圧トラップ２５０のいずれからもオイルが失われることがない。そのため、ガスタービンエンジンの再始動後直ちに液圧シールを再形成するのに十分なオイルが液圧シール環状部分２２６に保持される。
【００３０】
図７は、本発明によるシール装置の作動上の別の特徴を示す。液圧トラップ２５０の半径方向内壁７５９を、二つの第１通路２５４の各々の領域で、半径方向外方に移動した。同様に、液圧トラップ２５０の半径方向外壁７６１を、半径方向外方に移動した。その結果、凹所即ちＵ字形状トラップ７６２が、二つの第１通路２５４の各々の領域に形成される。これらの凹所７６２内では、半径方向内壁７５９が、周囲の残りに亘り、半径方向外壁７６１の通常の半径方向位置の半径方向外方にあるということがわかる。ガスタービンエンジンを始動すると、オイル７３０の幾分かが液圧トラップ２５０から凹所７６２に流入する。遠心力７６４が、力７６６（即ち、液圧シール環状部分２２６内の圧力が、液圧トラップ２５０内の圧力よりも高いために発生する力）に抗して作用する。そのため、オイルの二つの領域３０は、液圧シール出口堰２５２の通路２５４をシールするように作用する。これにより、空気が液圧シール環状部分２２６から液圧トラップ２５０内に漏出しないようにする。液圧シール環状部分２２６から液圧トラップ２５０内への空気の漏出は、このような構成が設けられていない場合には、シール装置２１０を通るオイルの流れが再形成される（図３を参照して上文中に説明したように）まで生じる。
【００３１】
本明細書に説明した実施例に対し、本発明の要旨を逸脱することなく、様々な変更を行うことができるということは理解されるべきである。
【００３２】
以上説明した本発明の実施例では、シールとトラップとの間に二つの堰が設けられており、トラップとスカベンジとの間に二つの堰が設けられている。本発明は、別の態様では、これらの二つの位置のいずれかで異なる数の堰が設けられていてもよい。
【００３３】
上文中に説明した実施例の堰は、互いから９０°離間されているが、これと異なる角度で離間されていてもよい。
【００３４】
いずれかの位置又は両方の位置のいずれか（シールとトラップとの間及びトラップとスカベンジとの間）で、全体に環状をなした堰で本発明を実施できる。このような形体では、図７に示す随意の特徴を組み込むことができず、従って、シールは、始動時に、一時的に漏れを生じ易いが、それでも、本発明の本質的利点が達成される。
【符号の説明】
【００３５】
２１０  液圧シール装置
２２６  環状部分
２２７  壁
２２８  ウェブ
２５０  液圧トラップ
２５２  液圧シール出口堰
２５４  第１通路
２５６  液圧トラップ出口堰
２５８  ポケット
５３８  液面
６３０  オイル
６３８  液面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2010107038000001.pdf