(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なシャフトを備えたロータアセンブリと、ベアリングコンパートメントを含む前記シャフトを支持するためのステータアセンブリと、前記ステータアセンブリから前記シャフトを支持するためのベアリングとを含む回転機用シールアセンブリであって、
前記シールアセンブリが、前記ベアリングコンパートメントからの潤滑用流体の漏洩と、前記ベアリングコンパートメントへの高温度の作動流体の進入とを防止するように配置されており、
前記シールアセンブリが、
前記シャフトと共に回転しないシール要素であって、第１の周方向に延在する領域で後記シール板に当接するように適合され、かつ前記シャフトから半径方向に隔てられて配置されて前記シャフトとの間に周方向に延在するキャビティを形成する該シール要素と、
ロータアセンブリであって、
前記第１の位置で前記シール要素と摺動可能に当接するように前記シャフトを中心として周方向に延在すると共に前記シャフトから外向きに延在する、前記シャフトと共に回転するシール板と、
前記シャフトから前記キャビティを通過して前記シール要素の前記内向き面の近傍まで外向きに延在して、前記第１の位置に隣接し少なくとも一つの環状溝で画定された環状チャンバを形成するシャフト要素であって、前記シール要素の前記内向き面から半径方向に隔てられて形成された外向き面を備えると共に前記内向き面との間に前記環状チャンバと連通するクリアランスＧを形成し、前記外向き面が前記第１の位置まで延在する、該シャフト要素とを備えた、該ロータアセンブリとを有し、
回転軸を中心とする前記シャフト要素の回転が、前記環状クリアランスＧの前記作動流体内に活性化された境界層を形成し、
前記環状クリアランスＧに隣接する前記面の少なくとも１つが、前記第１の位置へ近づくしたがって前記回転軸から外向きに傾斜して、前記クリアランスＧへ潤滑用流体を移動させ、前記第１の位置に隣接する前記環状チャンバを加圧して前記ベアリングコンポーネントからの流体の漏洩を防止することを特徴とする回転機用シールアセンブリ。
【請求項２】
前記シャフト要素の前記外向き面が、前記第１の位置に近づくにしたがって、前記回転軸から外向きに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の回転機用シールアセンブリ。
【請求項３】
前記シール要素の前記内向き面が、前記第１の位置に近づくにしたがって、前記回転軸から外向きに傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の回転機用シールアセンブリ。
【請求項４】
前記シャフト要素の前記外向き面が、前記第１の位置に近づくにしたがって、前記回転軸から外向きに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の回転機用シールアセンブリ。
【請求項５】
前記シャフト要素の前記外向き面が、円筒形体の側面の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機用シールアセンブリ。
【請求項６】
前記シャフト要素の前記外向き面が、切頭円錐体の側面の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機器用シールアセンブリ。
【請求項７】
前記シール要素の前記内向き面が、切頭円錐体の側面の形状を有することを特徴とする請求項５に記載の回転機器用シールアセンブリ。
【請求項８】
前記シール要素の前記内向き面が、切頭円錐体の側面の形状を有すると共に前記シール要素の前記外向き面と平行であることを特徴とする請求項６に記載の回転機器用シールアセンブリ。
【請求項９】
前記回転軸を含む平面と、前記シール要素の前記内向きとが交差して形成される直線が、前記回転軸に対して３度より大きい角度をなすことを特徴とする請求項８に記載の回転機器用シールアセンブリ。
【請求項１０】
前記回転軸を含む平面と、前記シール要素の前記内向き面とが交差して形成される直線が、前記回転軸に対して３度より大きい角度をなすことを特徴とする請求項５に記載の回転機器用シールアセンブリ。
【請求項１１】
前記シール板が、前記シール板を貫通して前記ベアリングコンパートメントまで達する少なくとも一つの潤滑用流体の回収路を有し、前記環状チャンバが、前記環状のクリアランスＧと前記回収路とに連通していることを特徴とする請求項１に記載の回転機器用シールアセンブリ。
【請求項１２】
ステータスアセンブリと、回転軸を備えた前記ステータアセンブリ内に配置されたシャフトを含むロータアセンブリと、前記シャフトと前記ステータアセンブリとの間に配置されたベアリングを含むベアリングコンパートメントとを有する回転機の、前記ベアリングコンパートメント用の前記回転可能なシャフトと前記ステータアセンブリとの間に延在するシールアセンブリであって、
前記ステータアセンブリの一部をなすと共に前記シャフトと共には回転しないシール要素と、
前記シャフトの周囲に周方向に延在すると共に前記シャフトと共に回転するシール板と、
前記シール板に当接すると共に前記シャフトと共に回転するシャフトスペーサ要素とを有し、
前記シール要素が、
第１の軸の向きに面すると共に前記シール板のシール面に当接するシール面と、
前記第１の軸の向きにそって後記油回収路に近づくにしたがって外側に傾斜した内向き面とを備え、
前記シール板が、
第２の軸の向きに面すると共に前記シール要素のシール面に当接するシール面と、
前記シール面に油を供給するための少なくとも一つの油供給路と、
前記シール板を貫通し前記ベアリングコンパートメントまで外向きに延在する少なくとも一つの油回収路とを備え、
前記シャフトスペーサ要素が、
前記第１の向きに沿って前記油回収路に近づくにしたがって外側に傾斜して、前記シール要素の前記内向き面と平行に、前記シール要素の前記内向き面から半径方向に隔てられて配置されて、前記シール要素の前記内向き面との間にクリアランスＧを形成する、第１の外向き面と、
前記第１の外向き面から前記シャフトに向かって前記第１の軸の向きに沿って前記シール板まで内側に傾斜し、前記シール板と前記スペーサ要素とによって画定される外向きの溝を形成する第２の外向き面とを備え、
前記シール板と前記シール要素とが、前記油回収路と連通する内向きの溝を画定し、
前記外向きの溝が、前記シール板と前記シール要素との間を通って漏洩した油を回収して前記内向きの溝に供給し、
前記シャフトスペーサ要素の前記第１の外向き面の前記回転軸を中心とした周速度が、前記スペーサ要素と前記シール要素との間の境界層内に圧力を発生させ、
前記クリアランスＧが、前記境界層の前記圧力が、前記クリアランスＧ内の油を前記第１の溝と前記第２の溝に向けて移動させ、前記ベアリングコンパートメントに戻すことができるような半径方向の寸法を有することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項１３】
前記シール要素の前記第１の面と前記回転軸とのなす角度と、前記スペーサ要素の前記第１の面と前記回転軸とのなす角度が各々、３度以上であることを特徴とする請求項12に記載のシールアセンブリ。
【請求項１４】
前記シール要素の前記第１の面と、前記スペーサ要素の前記第１の面が、平行なことを特徴とする請求項13に記載のシールアセンブリ。
【請求項１５】
前記環状のクリアランスＧの半径方向の長さが、前記回転軸から前記環状のクリアランスＧまでの半径方向の長さの1/16以下であることを特徴とする請求項14に記載のシールアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、回転機用のシールアセンブリに関し、より詳しくは、高温の運転中の媒体ガスがベアリングコンパートメント内に入ることを防ぎ、ベアリングコンパートメントから潤滑用流体が漏洩することを防止するための回転機のベアリングコンパートメントに隣接したシールアセンブリに関する。
発明の背景
航空機用ガスタービンエンジンのような軸流圧縮機は、圧縮セクション、燃焼セクション及びタービンセクションを有する。高温の作動流体（working  medium  gases）の流路は、軸流圧縮機の軸線に沿って延在している。高温の作動流体の流路は概ね環状の形状を有する。
作動流体は流路を流れるにしたがって、圧縮セクションで圧縮され、この圧縮されたガスの温度及び圧力が増加する。高温の加圧されたガスは、燃焼セクション内で燃料と共に燃焼させ、ガスにエネルギーが加えられる。これらのガスはタービンセクションを通って膨張し、利用可能な仕事量及び推力を生み出す。
軸流回転機は、タービンセクション内に回転アセンブリを有し、この回転アセンブリは、ロータディスクと、ロータディスクから外向きに延在するブレードとによって、高温の作動流体からエネルギーを受け取るように適合されている。ロータアセンブリは圧縮セクションへ延在している。ロータアセンブリは作動流体の流路を横切って外向きに延在する圧縮器ブレードを有する。タービンセクションの高エネルギーの作動流体は、回転の軸を中心としてロータアセンブリを回転させる。圧縮器ブレードは、ロータアセンブリと共に回転し、流れ込む作動流体を後ろへ流し、作動流体が燃焼チャンバ内に入る前に作動流体を圧縮及び加熱する。
ステータアセンブリは、複数のベアリングコンパートメントを含む。各ベアリングコンパートメントは、ロータアセンブリの回転シャフトをステータアセンブリから支持するための少なくとも１つのベアリングを有する。ベアリングコンパートメントのベアリングには、その表面を滑らかにするために、石油等の潤滑用流体が供給されている。シールアセンブリは、ベアリングコンパートメントから石油が漏洩し、高温の作動流体がベアリングコンパートメント内に入ることを防止する。
そのようなベアリングコンパートメント用のシールアセンブリの例が、本件の出願の譲受人に譲渡されたDavisおよびSidatに付与された米国特許第4,406,459号明細書「Oil  Weepage  Return  for  Carbon  Seal  Plates」に記載されている。この構成では、シールアセンブリは、ロータシャフトに取り付けられた回転可能なシール板を有する。概ね炭素から形成されたシール素子が、ステータアセンブリによって支持され、ベアリングコンパートメントから石油が漏洩すること及び作動流体がベアリングコンパートメント内に漏洩することを防止するべくシール板に向けて付勢されている。これらの摩擦面を潤滑するために、シール板とシール要素とが接触する位置に石油が供給される。
この摩擦面に供給された油は、シールアセンブリから流れ出し、シールアセンブリとロータシャフトとの間の領域に流れ込む。シール板に形成された油回収路58は、ベアリングコンパートメントへ油を回収するための導管を提供する。シール板がエンジンの軸を中心として回転することによって、油回収路内の油に、半径方向の力が加わり、油が前記油回収路を通って半径方向外向きに移動する。
ベアリングコンパートメントから漏洩した油は、ロータシャフトとシール要素との間のキャビティを通過して移動し、エンジン内に流れ込む。油は、絶縁物内に堆積するか、またはエンジンの他の領域に止まる場所に達することがある。これによって、油が酸素を含有する高温の作動流体と接触し、そして、十分な時間に亘って燃焼のための十分に高い温度に保たれ、炎が生ずる可能性が生み出される。
上述した技術にも関わらず、出願人の譲受人の指示のもとで研究を行っている科学者及びエンジニアは、油がベアリングコンポーネントから漏洩し、回転機の内部に流入することを更に防止することに努めてきた。
発明の概要
本発明は、回転軸を中心とするシャフトの回転運動が、シャフト及びシャフトに取り付けられた構成要素の表面に隣接する境界層を活性化（energize）するという認識に基づいている。これらの活性化された境界層は、ベアリングコンパートメントから漏洩した油をベアリングコンパートメントに戻すために用いられ、かつ油回収孔を備えた構造では、油回収孔に油を戻すために用いられる。
本発明に基づけば、軸流圧縮機の油を収容するコンパートメント用のシールアセンブリは環状チャンバに隣接しており、環状チャンバに隣接するステータとロータとの隣接する表面の間に形成された環状ギャップを含み、この環状ギャップは回転する面によって画定されており、かつチャンバに向かうにしたがって外向きに傾斜した少なくとも１つの境界面を有し、環状チャンバを加圧する。
本発明のある実施例に基づけば、ステータは、環状のクリアランスを画定する第２の表面を有し、この第２の表面は、回転軸から環状のクリアランスまでの半径方向の長さの1/16以下の予め決められた距離だけ、前記回転する面から隔てられて配置されている。
本発明のある詳細な実施例に基づけば、シールアセンブリは、環状チャンバからベアリングコンパートメントまで延在する油回収路を含み、環状ギャップＧ内の境界層を通して油及びガスに加えられる回転エネルギーは、油を油回収路に移動させる。
本発明の第１の特徴は、シールアセンブリが、その境界面で互いに摩擦接触する２つのシール面を備えていることである。本発明の他の特徴は、固定された表面と回転する表面との間の環状のクリアランスが、前記境界面の近傍に配置されていることである。本発明の更に他の特徴は、環状クリアランスを画定する少なくとも１つの表面が、通路に向かうにしたがって外向きに傾斜して形成されていることである。他の実施例では、傾斜した表面が回転する部分に形成されて環状クリアランスを形成するか、傾斜した表面が固定した部分に形成されて環状クリアランスを形成するか、または傾斜した表面がこれらの両方の部分に形成されて環状クリアランスを形成する。ある詳細な実施例では、傾斜した表面が回転軸との間でなす角度は、３度よりも大きい。この詳細に説明された実施例では、油回収路は、回転する部分を通してベアリングコンパートメントまで半径方向に延在する。油回収用の環状の溝が、半径方向内側に面して配置されている。第２の油回収用の溝は、第１の油回収用の溝に対して半径方向内側に配置されておりかつ半径方向外向きに面している。本発明の更に他の実施例では、回転する部分は、その一部分に軸線方向に沿って延在する外向きに傾斜した表面と、内側に傾斜した表面とを有する。この内向きに傾斜した表面は、前記回転部分の他の一部分に軸線方向に沿って延在し、外側に面する溝を画定する。
本発明の主な利点は、シール境界面を加圧することによってコンパートメントから油が漏洩することを防止することによって達成されるエンジンの完全性である。本発明の他の利点は、油を供給されたコンパートメントに隣接する領域を加圧するためのポンピング力を提供するために、既に形成された境界層を用いることで達成される、シール境界面を加圧するために必要なエンジンの効率に対する影響を最小とすることができるということである。ある詳細に説明された実施例は、境界面の力及び傾斜して形成された表面と境界面との間の相互作用の両方を、油回収路に油を移動させるために用いることによって、油回収システムの効率が改善されるという利点を有する。
本発明のこれまでの特徴及び利点は、本発明の最良の実施形態に関する詳細な以下の説明及び添付の図面によって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、軸流圧縮機のベアリングコンパートメントの概略断面図である。
第２図は、第１図に例示されたコンパートメントの一部の拡大断面図である。
第３図は、第２図に例示された環状クリアランスの変形実施例である。
第４図は、第２図に例示された環状クリアランスの変形実施例である。
第５図は、第２図に例示された表面の相互作用を表す模式図である。
発明の最良の実施形態
第１図は、軸流圧縮機10の一部の側面図を表している。第１図は、本発明の実施例を例示した軸流圧縮機のタービンセクション12の一部を表している。この軸流圧縮機は、軸流圧縮機の周方向に延在するステータアセンブリ14を有する。ロータシャフト16として表されているロータアセンブリは、ロータブレード（図示されていない）を含む。ロータシャフトは回転の軸Arを有する。
ロータブレードは、圧縮セクション（図示されていない）とタービンセクションの高温の作動流体用の流路と交差して半径方向外向きに延在している。作動流体は、流路18によって表されたように、圧縮セクションのワーキング媒体流路から流れ出し、冷却用空気をタービンセクションに供給する。このガスは周温度に比べ高温であり、高温度のタービンセクションに比べその温度が低い。
ステータアセンブリ14は、壁24及び26を有するベアリングコンパートメント22を含む。シャフト16を回転可能に支持するためのベアリング28が、ベアリングコンパートメント内に配置されている。ベアリング用の環状支持部32が壁を貫通して内側に延在している。壁24の少なくとも一部は、ベアリングコンパートメントの上に配置された絶縁物34を有する。この絶縁物は、高温の作動流体18からベアリングコンパートメントへの熱の伝達を遮断する。鎧装36が、絶縁物の周囲に周方向に沿って延在し、エンジンの内部にある潤滑油などの汚染物によって絶縁物が汚染されることを防止している。
油供給路38がベアリングの内部に延在すると共に環状通路42を介して加圧された油の供給源（図示されていない）と連通している。この油供給路は、ベアリングアセンブリの内部レース44（図示されていない）を通して環状通路と連通し、ベアリンク28及び他の回転部分に油を供給する。油を供給されることによって、ベアリングコンパートメント22は油及び油の蒸気を含む。
シールアセンブリ26が、シャフト16及びベアリングコンパートメント22に設けられており、ベアリングコンパートメントから油が漏洩することを防止する。シールアセンブリは、シャフトと共に回転可能なシール板48と、第１の位置54でシール板48と摺動可能に係合し、以下により詳しく説明されるようにベアリングコンパートメントと摺動可能に係合する回転しないシール要素アセンブリ52とを有する。
ベアリングコンパートメント22は、複数の軸線方向に延在するロッド56と、外向きに面する一対の環状の溝62を備えたフランジ56とを有する。外向きに面する各環状の溝は、周方向に延在するピストンリング64を保持し、このピストンリング64は溝内で周方向に延在している。各ピストンリングは、ピストンリングがシール要素アセンブリと摺動可能に係合するように適合されたシール面66を備えている。
シール要素アセンブリ52は、炭素製のシール要素68と、軸Asを中心として延在する炭素製のシール要素用の支持リング72を有する。支持リングは、周方向に延在するシール平坦部分74を有し、ピストンリングのシール面に摺動可能に係合する。支持リングは、周方向に延在するフランジ76を有する。フランジは、開孔78として表された複数の開孔を有し、ロッドと摺動可能に係合する。ばね82として表現されている複数のばね手段は、ベアリングコンパートメントと、シール要素アセンブリとの間に延在し、シール要素アセンブリを軸方向に沿ってシールプレート48に向けて付勢している。
ロータセンブリ16は、シール板48に加え、更にスペーサ84として表現されているシャフトスペーサ要素を含む。このスペーサは、軸Asを中心として周方向に延在している。スペーサはシール板に当接し、かつシャフトと共に回転する。
少なくとも２つの半径方向に延在するナイフエッジ88を備えた周方向に延在するスリーブ86は、ベアリングコンパートメント22の近傍まで半径方向外向きに延在し、複雑に入り組んだシールを形成する。回転アセンブリ16は、半径方向に延在するフランジ92においてスリーブと係合している。半径方向に延在するフランジは、半径方向の長さh1を有する。シャフトスペーサ要素84は、半径方向の長さh2を有する半径方向に延在するフランジ94を備えている。半径方向の長さh1及びスリーブの半径方向の長さは、シャフト要素の軸方向に延在するフランジの半径方向の長さh2以上となっており、スリーブに曲げモーメントを加えずに、スリーブを介して軸線方向の負荷が伝達されることを確実とする。スペーサの少なくとも一部が、フランジよりも半径方向外側に延在している。
第２図は、第１図に例示されたシャフトスペーサ要素84と、シール要素アセンブリ52と、シール板48の拡大断面図である。相対的な静圧が、符号Ｐ−、Ｐ＋、P1及びＰ＋＋によって表されている。
第２図に例示されているように、炭素製シール要素68は、シール面96と内向き面98とを備えている。内向き面は、シャフト16から隔てられて配置されており、この内向き面とシャフトとの間には周方向に延在するキャビティ102が形成されている。内向き面は、軸線方向の第１の向きA1に沿ってシール板に向かって延在している。内向き面98は、第１の向きA1に沿って行くほど、回転軸Ar及び軸Asから遠ざかるように傾斜して形成されている。シール面96は第１の向きに面している。シール面96は、内向き面98から外向きに延在し、シール板48と摺動可能に係合している。
回転可能なシール板48は、第１の向きとは逆の第２の向きに面したシール面104を有している。このシール面は、第１の位置においてシール要素68のシール面96と摺動可能に係合している。シール板48は、通路38からの潤滑油を受け入れるための周方向に延在する環状通路106を備えている。通路108として表されているシール面に油を供給するための複数の油通路が、環状通路からシール面まで半径方向外向きに延在している。
シール板48は、第１の位置から半径方向内側に延在する第２の面112を備えている。この第２の面は、シール要素68から軸線方向に沿って隔てられて配置されており、第２の面とシール要素68との間には環状の溝114が形成されている。この環状の溝は半径方向内側を向いている。少なくとも１つの油回収路116が、シール板を貫通して環状溝からベアリングコンパートメントまで半径方向外向きに延在している。この油回収路によって、ベアリングコンパートメントと半径方向内向きの環状溝114とが連通する。
スペーサ84は、外向きの第１面118を有する。この外向きの面は、第１の向きに沿って前記第１の位置に向けて延在する。この第１面は、第１の向きに沿って、軸As及び回転軸Arから外向きに傾斜して形成されている。この外向きの第１面は、シール要素の内向きの面から半径方向に隔てられて配置されており、この外向きの面と内向きの面との間にはクリアランスＧが形成されている。
スペーサ84は、外向きの第２の面122を有する。この外向きの第２の面は、第１の向きに沿って第１の面からシャフト16に向けて内側に傾斜しながら、シール板48の半径方向に延在する第２の面112まで延在している。この外向きの第２の面は、軸方向に沿ってシール板から隔てられて配置されており、この第２の面の少なくとも一部とシール板とによって外向きの溝124が形成されている。この溝は、シール板とスペーサ要素によって画定されている。この外向きの溝と内向きの溝によって、環状チャンバ126が画定されている。この環状チャンバは、シール要素68とスペーサ要素との間の環状のクリアランスＧに連通している。
第３図は、第２図に例示された構造の変形実施例を表しており、この実施例では、回転シャフトスペーサ要素84の側面が円筒形体の側面128となっており、炭素製のシール要素68の内向き面が切頭円錐体の側面132となっている。
第４図は、第３図に例示された構造の変形実施例を表しており、この実施例では、シャフトスペーサ要素の側面が切頭円錐体の側面134となっており、炭素製シール要素68の側面が内側を向いた円筒体の側面136となっている。
第５図は、シャフトスペーサ要素の外向きの第１面118と、炭素製シール要素68の内向き面98との関係を表す模式的な拡大断面図であり、その縦横比は実際の比率とは異なっている。周方向に延在する境界層が矢印によって表されており、この矢印の向きは、炭素製シール要素の傾斜した表面98の境界層に対する機械的な相互作用を表している。
第１図に例示された軸流圧縮機の実施例である、ガスタービンエンジンの動作中に、ロータアセンブリ16は、毎分5000回転以上の最低速度で、回転軸Arを中心として回転している。ベアリング28はシャフトと係合し、シャフトがステータアセンブリに対して回転運動することを可能とする。ベアリングコンパートメント22内に流れ込んだ油によって回転部分が冷却され、ベアリングなどの重要な部分に潤滑油が供給される。
シール板48と炭素製シール要素68は、潤滑油の供給が必要な他の２つの部分である。潤滑油は、環状通路106から、半径方向外向きに通路108を通って回転するシール板内を流れる。油が外向きに流れると、シール板によって油に加えられる回転力が、シール板と炭素製シール要素との間の第１の位置の境界面に向けて油を移動させる。境界面に供給された油の一部は、直ちに外向きに流れベアリングコンパートメント22に戻る。油の残りの部分は、半径方向内向きに流れ外向きの環状の溝114に達する。油は、半径方向内向きに環状のクリアランスＧを通り、またスペーサの第２の面122に達するようにような速度で環状の溝に入ると考えられている。
油の一部は、シール要素68とスペーサ84との間のクリアランスＧに向かって移動させられる。スペーサは、エンジンの軸を中心として周方向に高速度で回転すると、第１の面118は、回転軸Arを中心として周方向に高速度で移動する。第１の面が高速度で回転することによって、固定されたシール要素の傾斜した面98に向けて外向きに延在する活性化された境界層が形成される。境界層及び境界層内に止まった油は、この傾斜した表面に向けて移動させられる。油との機械的な相互作用及び活性化された境界層を環状チャンバに向けて移動させることによって、この傾斜した面が油を環状チャンバに向けて移動する。
クリアランスＧは、油を環状チャンバに戻すために必要な油に対する揚力を提供するように十分小さい値に選択されている。ギャップの寸法にはもう１つの制約がある。ロータアセンブリ16は、回転軸及び動作温度の変化に応じて、固定された外側面98に対して軸線方向にかつ半径方向外向きに移動する。従って、クリアランスの寸法は、このような軸線方向及び半径方向の運動を少なくとも考慮して決定されている。各々の面（面118及び面98）を、回転軸Ar（及びAs）に対して少なくとも３度の角度（ａ及びｂ）をなすように配置することによって、明確な効果がもたらされる。例示された実施例では、角度ａ及びｂは５度となっている。角度を増加させることによって、より有益な効果がもたらされる。しかし、角度を増加させることによって、所定の半径方向のギャップによって許容される軸線方向の運動の長さが低減されるので、半径方向のより大きなギャップが必要となる。従って、面の回転軸に対する角度を増加させること（揚力の効率を増加させる）と、相対的な軸方向の動きを許容するための半径方向のギャップを増加させること（揚力の効率を低下させる）という同時に生ずる要求との間には、揚力の効率に関するトレードオフが存在する。
理論的には、境界層は、環状のクリアランスよりも十分に大きく、その大まかな寸法は、F,M,Whiteによるマグローヒル社（ニューヨーク）から1991年）に出版された「Viscous  Fluid  Flow（第２出版）」の第235頁及びFox及びMcDonaldによる「John  Wiley  and  Sons」社（ニューヨーク）から1985年に出版された「Introduction  to  Fluid  Mechanics」（第３版）の第448頁に記載された平板理論（flat  plate  theory）に関する方程式から計算される。最適なクリアランスは、経験的に求めることもできる。許容できる性能は、半径方向のクリアランスの長さが、半径方向のクリアランスから回転軸までの半径方向の長さの1/16以下であるとき（即ち、クリアランスＧの半径方向の長さは、クリアランスまでの半径Ｒによって正規化される）とき達成されと考えられている。
第１の面を斜めに形成することによる第２の利点がある。第１の面118の最も内側の部分は、第１の表面の最も外側の部分よりも低い周速度で移動する。環状クリアランスＧの全圧が一定である場合、速度の差は静圧の傾き（Ｐ＋＞P1）を生みだし、この静圧の傾きによって、環状クリアランス内の油は、外向きの溝124と内向きの溝114とによって画定された環状チャンバ126に移動する。全圧が著しく増加した場合、クリアランスＧの両端の間の速度の差は、静圧の逆の傾き（P1＞Ｐ＋）が油の漏洩に及ぼすかもしれない影響を減少させる。
作動流体が、シール境界面に隣接する環状チャンバ126内に揚力作用によって注入されたとき、媒体ガスは膨張し、速度が低下し、シール境界面に隣接する部分の静圧Ｐ＋＋が上昇する。これによって、ベアリングコンパートメントから油が漏洩することが更に防止される。
シール板の表面112と、スペーサ84の斜めに形成された第２の表面124に隣接した溝124は、半径方向内側の部分Ｐ−において、固定された炭素製シール要素（Ｐ＋＋）に比べ、より高い周速度を有するので、回転しているシール板の面112に向けて油を移動させる静圧の傾きが生ずると考えられている。更に、シール板の面112に面した傾斜した第２の面124によって、油が面112へ機械的に移動させられる。この外向きの溝124に蓄えられた油は、シール板の面に沿った回転力によって油回収路116の近傍まで外向きに移動させられる。シール板は、軸流圧縮機の軸を中心として回転しているので、油に作用する回転力によって、油が油回収路を介してベアリングコンパートメントに移動する。
第３図に例示された構造は、第２図に例示された構造の第１の有益な効果、即ち油及び活性化された境界層を、機械的に環状チャンバ126へ移動させるという効果を有する。
第４図に例示された構造は、第２図に例示された構造の第２の有益な効果、即ち油の漏洩を防止するように働く静圧の傾きを形成する効果を有する。
これから明らかとなるように、半径方向のクリアランスを通して油がエンジンの他の領域に流れることを防止することは、有益な結果をもたらす。油をベアリングコンパートメントを囲繞する絶縁物34内に移動させることによって、可燃性物質の供給源が提供され、絶縁物の絶縁性能の劣化が起こり、ベアリングの温度が上昇し、ベアリングコンパートメント内での燃焼が発生する可能性が生ずる。
スペーサ84の端部は、シャフトの半径方向の突出部の長さh1と等しい半径方向の長さh2を有し、このシャフトの半径方向の突出部は、複雑に入り組んだシール要素を介してスペーサ要素から伝達される軸方向の負荷を受けとめる。これによって、スペーサ要素が、シャフトの半径方向の突出部を越えて半径方向に延在するときに発生する曲げモーメントが、スリーブ要素に加えられることが防止される。
これまで本発明は、ある詳細な実施例に関して例示及び説明されてきたが、本発明の技術的視点を逸脱することなしに、形状及び寸法を様々に変更することが可能なことは当業者には明らかである。
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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