(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸Ａを有し、第１の領域と第２の領域との間でシール空間を画成し、かつ第１のシール面と第２のシール面が、前記軸Ａを中心として共に周方向に延ばされ、互いに径方向に離間して前記空間を形成しているシールにおいて、
前記空間の一部を画成し、前記軸Ａを中心として周方向に延びるとともに、Ｃ−形状の断面を有する第１のシール要素であって、閉塞されて、前記第１の領域に面した前面と、前記前面から前記第１のシール面へと延びた第１の側壁と、前記前面から前記第２のシール面へと延びた第２の側壁と、を有する第１のシール要素と、
前記第１のシール要素内部に配設され、複数の前記側壁を離間させその間に開口を形成し、前記複数の側壁を離間して複数の前記シール面に結合させ、前記第１のシール面に対向する前記第１の側壁に第１のシール力を与え、かつ前記第２のシール面に対向する前記第２の側壁に第２のシール力を与えるようになっている第２のシール要素手段と、
前記軸Ａを中心として周方向に延ばされるとともに、かつ径方向に延ばされて前記第１のシール要素の前面に結合されている面を備えてなる第３のシール要素と、を有しており、
前記シールは、前記第２のシール要素手段によって、複数の前記側壁を複数の前記シール面に押圧して、前記第１の領域から流体がリークするのを防止しており、さらにこのシールは、前記開口により、前記第２の領域からの加圧された流体から複数の前記側壁に対してシール力を付与されるようになっていて、前記第２の領域の圧力が前記第１の領域の圧力を実質的に超えた運転条件においては、前記第２のシール要素手段による前記シール力を増加させるようになっているとともに、前記第３のシール要素は、前記第２の領域からの前記圧力に耐えて、前記第１のシール要素を軸方向において位置決めしており、
前記シールは、さらに、前記第１の領域に近接する第１の端部と、前記第２の領域に近接する第２の端部とを備えたカーボンシールリングを有し、前記第１のシール面は、前記各端部の間に延びており、前記第１のシール要素の前面は、前記第１の端部に面しており、前記カーボンシールリングは、周方向に延び、前記第２のシール面に極接近するまで径方向内側に延ばされているとともに、該第２のシール面から径方向に離間してその間で第２の通路を形成している突起を有しており、この突起は、さらに、径方向高さがT1であり、前記第１のシール要素の前面の反対側に面した第１の径方向面と、前記径方向高さT1よりも高い、高さT2の第２の径方向面と、を有しており、この第２の径方向面は、前記第１のシール要素に面しており、前記２つの径方向面は、前記第２の領域の一部を画成しており、これにより、前記第２の領域内の圧力が、第１の領域の圧力よりも高くなると、前記第１のシール要素が第１の軸方向に押圧され、前記シールリングが反対方向に押圧されるようになっており、前記第１の径方向面へ圧力を加えることによって、前記第２の径方向面への圧力に対向させて、運転中には、前記カーボンシールリングに加えられる力を均衡化させていることを特徴とするシール。
【請求項２】
前記第３のシール要素は、前記第２のシール面に接触しつつ軸方向に延びた第１の足と、径方向に延びて前記第１のシール要素の前面と連結するようになっている第２の足を有していることを特徴とする請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記第２のシール面は、該第２のシール面から径方向に延び、かつ、前記第１のシール要素から長さL3だけ軸方向に離間した壁を有しており、前記第３のシール要素の長さは、長さL3とされ、前記壁により、前記第１の領域の圧力よりも前記第２の領域の圧力が大きな場合にも運動しないようになっていることを特徴とする請求項２に記載のシール。
【請求項４】
前記第１のシール要素は、テフロン（登録商標）材料であることを特徴とする請求項１に記載のシール。
【請求項５】
回転軸Ａを中心として周方向に延ばされて、マシーンハウジングと回転シール面との間に配設されるように適合されている回転機械用シールアッセンブリにおいて、
軸Ａを中心として周方向と、軸方向とに延び、かつ軸方向に配列された径方向内部にある複数の溝とを有する第１のサポートと、
前記第１のサポートから径方向内側に延び、前記軸Ａを中心として周方向に延びている壁と、
前記第１のサポートから径方向内側に離間して、前記壁から軸方向に延び、その間で前記壁とともにキャビティを画成し、かつこの第２のサポート上には外側に向いたシール面が備えられている第２のサポートと、を有している軸Ａを中心として周方向に延びたシールハウジングと、
シールリングを前記第２のサポートに対して径方向に位置決めするとともに、前記シールリングが軸方向に運動することを可能とし、かつそれぞれが、前記第１のサポートの対応する溝に軸方向にスライドしうるように嵌合された複数の薄板と、
前記壁から軸方向長さL1だけ軸方向に離間して、その間に第１の通路を画成している第１の端部と、前記回転シール面に連結するように適合されている第２の端部と、
前記第２の端部で周方向に延び、かつ前記第２のサポートに極近接するまで径方向内側に延びているとともに、径方向内側において、それらの間で第２の通路を画成している突起を有し、径方向高さT1まで延び、かつ前記壁から離間しかつ、この壁と反対側にある第１の径方向面と、この突起に備えられている前記径方向高さT1よりも大きな高さT2を有しかつ、前記壁に面しかつ、この壁から軸方向に長さL2だけ離間した第２の径方向面と、が備えられている突起と、
前記第２の径方向面から延び内側に面しかつ、前記第２のサポート上の前記シール面から径方向に離間してその間にシール空間を画成し、第１の領域は第１の通路を通して前記シールアッセンブリの内部から前記空間へと延び、かつ第２の領域は、第２の通路を通して外部から前記空間へと延ばされかつ、一部が前記第１の径方向面の一部と前記突起の前記第２の径方向面とに連なっているシール面を有する、前記軸Ａを中心として周方向に延びた前記キャビティ内に配設されたカーボンシールリングと、
前記シールリングを前記壁から軸方向へ離間させるように押圧する、第２の端部と前記シールハウジングの前記壁との間に延びた手段と、
前記軸Ａを中心として周方向に延びるとともに、Ｃ−形状の断面を有し、かつ、閉塞され、前記第１の領域に面した前面と、前記前面から前記第１のシール面へと延びた第１の側壁と、前記前面から前記第２のシール面へと延びた第２の側壁と、を有する第１のシール要素と、
前記第１のシール要素内部に配設されて、複数の前記側壁を離間するように押圧してその間に開口を形成させるとともに、前記複数の側壁を離間させることで複数の前記シール面に結合させ、前記第１のシール面に対向する前記第１の側壁に第１のシール力を与え、かつ前記第２のシール面に対向する前記第２の側壁に第２のシール力を与えるようになっている第２のシール要素スプリング手段と、
前記壁から前記第１のシール要素まで軸方向に延びた第１の足と、そこから径方向に延びて前記第１のシール要素に結合した第２の足とを有し、さらに前記壁から前記シールリングの第１の端部までの軸方向距離L1よりも大きな軸方向長さL3を有し、かつ前記軸方向長さL3は、前記壁から前記シールリング上の前記第２の径方向面までの距離である前記軸方向長さL2よりも、前記第１のシール要素の第１の長さLs以上の長さLpだけ短くされ、かつ前記軸Ａを中心として周方向に延びた第３のシール要素とを有してなる、前記第１の領域と前記第２の領域の間の前記シール空間内に配設されたシールと、を有しており、
前記シールの複数の前記側壁は、前記スプリング手段によって前記シールリングと前記サポートの複数の前記シールリング面に対して押圧されて、流体の外部へのリークがこの位置で防止されているとともに、前記第２の領域が、前記第１の領域よりも加圧された流体である作動油が存在することにより、充分大きな圧力となっている運転条件下で、この加圧された作動油は、前記スプリング手段によって生じている力を付勢するような力を加えて、前記位置において前記第１の領域への作動油のリークを防止しているとともに、軸方向には前記シールリングへと作用している力を用いて、前記シールリングの前記第２の径方向面に作用している前記流体の高い圧力を、前記第１の径方向面にも作用させることで、その一部を均衡させていることを特徴とするシールアッセンブリ。
【請求項６】
回転軸Arを中心として周方向に延ばされて、ギアボックスハウジングと回転シール面との間に配設されるように適合されている回転機械用シールアッセンブリであって、
前記回転軸を中心として周方向と、軸方向とに延び、かつ軸方向に配列されかつ径方向内部に向いている複数の溝を有する第１のサポートと、
前記第１のサポートから径方向内側に延び、前記回転軸を中心として周方向に延び、かつ前記回転シール面から軸方向に離間している壁と、
前記回転軸から径方向外側に離間し、かつ前記壁から前記回転シール面に極近接するまで軸方向に延びているとともに、前記第１のサポートから径方向内側に離間して前記壁とともにその間にキャビティを画成し、かつ外側に向いたシール面を備えた第２のサポートと、を有する前記軸Arと一致する軸Ａを中心として周方向に延びたシールハウジングと、
シールリングを前記第２のサポートに対して径方向に位置決めするとともに前記シールリングが軸方向に運動することを可能とし、かつそれぞれが、前記第１のサポートの対応する溝に軸方向にスライドしうるように嵌合された複数の薄板と、
前記壁から軸方向長さL1だけ軸方向に離間してその間に第１の通路を画成している第１の端部と、前記回転シール面に連結するようになっている第２の端部と、
前記第２の端部で周方向に延び、かつ前記第２のサポートに極近接するまで径方向内側に延びているとともに、径方向内側に離間してその間に第２の通路を画成している突起を有し、さらにこの突起は、径方向に高さT1まで延びているとともに、前記回転シール面に面している第１の径方向面と、前記径方向高さT1よりも大きな高さT2を有しかつ、前記壁に面しかつ、この壁から軸方向に長さL2だけ離間した第２の径方向面と、が備えられている突起と、
前記第２の径方向面から延びかつ、内側に面し、前記第２のサポートの前記シール面から径方向に離間してその間にシール空間を画成し、第１の領域は第１の通路を通して前記ギアボックスの内部から前記空間へと連通し、かつ第２の領域は、第２の通路を通して前記ギアボックスの外部から前記空間へ連通しており、この第２の領域はさらに前記第１の径方向面の一部と前記突起の前記第２の径方向面とに連なっているシール面と、を有してなる、前記キャビティ内に配設され、かつ前記軸Ａを中心として周方向に延びたカーボンシールリングと、
前記シールリングを前記壁から軸方向へ離間させるように押圧するための、前記回転シール面と対向し、かつ前記第２の端部と前記シールハウジングの前記壁との間に延びた手段と、
前記軸Ａを中心として周方向に延びるとともに、Ｃ−形状の断面を有し、かつ、閉塞され、前記第１の領域に面した前面と、前記前面から前記第１のシール面へと延びた第１の側壁と、前記前面から前記第２のシール面へと延びた第２の側壁と、を有する第１のシール要素と、
前記第１のシール要素内部に配設されて、複数の前記側壁を離間するように押圧し、その間に前記第２の領域に向いた開口を形成させているとともに、前記複数の側壁を離間させて複数の前記シール面に接触させ、前記第１のシール面に対向する前記第１の側壁に第１のシール力を与え、かつ前記第２のシール面に対向する前記第２の側壁に第２のシール力を与えるようになっている第２のシール要素手段用スプリング手段と、
前記壁から前記第１のシール要素まで軸方向に延びた第１の足と、そこから径方向に延びて前記第１のシール要素に結合した第２の足とを有し、さらに前記壁から前記シールリングの第１の端部までの軸方向距離L1よりも大きな軸方向長さL3を有し、かつ前記軸方向長さL3は、前記壁から前記シールリング上の前記第２の径方向面までの距離である前記軸方向長さL2より前記第１のシール要素の第１の長さLs以上とされている長さLpだけ短く、かつ前記軸Ａを中心として周方向に延びた第３のシール要素を有してなる前記第１の領域と前記第２の領域の間に画成されている前記シール空間内に配設されるシールと、を有してなり、
正常な運転条件では、前記第１の領域は前記第２の領域よりも高圧条件となっており、かつ、前記シールリングは、第１の位置で前記回転シール面に向かって押圧されて作動油が前記ギアボックスからのリークを防止しているとともに、前記シールの複数の側壁は、前記スプリング手段によって、前記シールリングと前記サポートの複数のシール面とに対して押圧されて、第２の位置において、前記ギアボックスから作動油のリークを防止しており、さらに異常運転条件下において前記第２の領域が、前記第１の領域よりも加圧された流体である作動油の存在下で充分大きな圧力となっており、この加圧された作動油は、前記スプリング手段によって発生している力を付勢するような力を加えて、前記第２の位置において前記第１の領域への作動油のリークを防止しているとともに、前記シールリングへと複数の力を作用させて、前記回転シール面に対して前記シールリングを押圧し、前記シールリングの前記第２の径方向面に作用している前記流体の高い圧力を、前記第１の径方向面上にも作用させることによって調節していることを特徴とするシールアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、回転機械のギアボックス用シール装置に関するものである。本発明は、ガスタービンエンジン用に開発されているものであるが、上記シールの前後にわたって急速に逆圧勾配が発生するような加圧区画を有している、いかなる機械についても適用可能である。
背景技術
典型的な軸流ガスタービンエンジンは、圧縮機領域と、燃焼領域と、タービン領域と、を有している。作動媒体ガスの環状流路は、上記エンジンの複数の上記領域を通して軸方向に延びている。上記エンジンを作動媒体ガスが流れるにつれ、上記ガスは、圧縮機領域で圧縮され、上記燃焼領域において燃料とともに燃焼されて、前記ガスにエネルギが加えられ、上記タービン領域を通して膨張してゆき、航空機用上記エンジンに有用な仕事と推力と、を発生させている。
仕事といった形のエネルギは、上記ロータシャフトを通じて上記圧縮機領域へ伝達され、また、これとは別の複数の中間シャフトを通じて別の用途のため他の部位へと伝達される。応用例のうちの一つとしては、ギアシャフトを駆動することを挙げることができる。上記ギアシャフトは、さらに、ギアトレインを駆動させて、回転速度を低減させているとともに、補助パワーユニット又は油圧ポンプといった補助的な構造体を駆動している。例えば、上記油圧ポンプは、高圧作動油を油圧アクチュエータへと供給するために使用されている。
上記ギアトレインは、ギアボックスハウジング内に配設されている。上記ギアボックスハウジング内の上記ギアトレインといった部品は、このギアにオイルを噴霧することで潤滑されている。このギアボックス内部で形成されるオイルと空気との混合物が、このギアボックスハウジングに近接した領域へとリークすることを防止するためにシールアッセンブリが備えられている。上記した特定の一実施例においては、上記シールアッセンブリは、シールハウジングと、このシールハウジング内に配設されたカーボンシールリングと、を有している。上記カーボンシールリングは、上記ハウジング上にスライドさせて取り付けることができるとともに、上記回転シャフト面に向かって押しつけられている。この様にすることによって、上記ギアボックスハウジングの第１のシールが形成され、上記油−空気混合物が上記エンジンのこの第１の領域（上記ギアボックスの内部領域）から第２の領域、すなわち上記ギアボックスの外部へとリークしないようにされている。第２のシールは、上記ハウジングと上記スライド可能シールリングとの間に配設されており、上記シールアッセンブリの複数の非回転構造体をシールしている。一実施例では、上記シールは、Ｏ−リングが用いられている。上記Ｏ−リングと上記カーボンシールリングとの間の摩擦力は小さいため、上記シールリングは上記回転シャフトと軸方向に自由に運動ができるような結合となっている。
上記エンジンの運転に異常がある場合には、上記油圧ポンプシールは、損傷してしまい、高圧の作動油が上記エンジンの第２領域に向かって流れることとなる。この作動油は、上記ギアボックスハウジングへと流れてゆき、上記Ｏ−リングと接触する。このＯ−リング材料は、上記作動油と接触することによって劣化してしまうことが多い。加えて、作動油により通常条件下よりも上記Ｏ−リングには、逆方向へ50倍以上の圧力が加えられるため、上記Ｏ−リングは変形されることとなる。この結果、作動油は、上記ギアボックスハウジングに進入し、オイルと混合されてスラッジを形成し、これがオイルフィルタと、オイル用の小ダクトとを目詰まりさせてしまう。このことによって、上記エンジンは飛行時に停止することになる。
従って、譲渡人の指揮下に作業を行ってきた科学者及び技術者は、大きな逆圧勾配に耐えうるような上記ギアボックスハウジング用シールアッセンブリの開発を行ってきた。
発明の開示
本発明は、第１の方向においてリークを防止するための複数の側壁をもったシールを用いて、上記シールを前後に横切って反対方向にリークする油によって生じる逆圧勾配を利用して、シールを前後に横切る向きに油がリークすることを防止するものである。また、一実施例では、上記圧力は、第２シールとシールリングとにおいてシール力を増加させて、上記第１のシール位置に加えられるシール力を増加している。この際、この圧力は、上記第１のシールが早期磨損して、飛行時停止が発生してしまわないようにされている。
本発明によれば、２つの領域の間にあって、異常に大きな逆圧勾配を受けるシールアッセンブリは、通常時に高圧領域となる領域に向いた閉塞した前部と、もう一つの領域に向き、かつ後ろ側に延びる対となった複数の側壁と、を有している。また、この複数の側壁は、強制的に互いに離間されており、複数のシーリング面に対して通常運転条件において、第１の力によって結合している。また、この側壁には、それらの間にもう一つの領域に向いた開口が設けられており、逆圧が加えられた場合には常に、垂直方向へのシール力を増加させて上記した反対側領域からのリークを防止するようにされている。
本発明の一実施例によれば、上記シールは、シールリングで画成された空間内に配設される。このシールリングは、回転シャフトに対してスライド可能であるとともに、その運動の方向に平行なシール面と、上記空間に面しかつ、上記シールリングと上記回転シャフトとの結合部から離間し、これに対向した第２の面と、を有している。この様にすることによって、上記逆圧勾配は、上記シールリングを上記回転シャフトに対して押圧し、上記第１シールの効果を増加させるとともに、同時に上記第２シールの垂直方向のシール力をも増大させていることになる。
本発明の詳細な第１の実施例によれば、上記シール空間内において、受け板が設けられ、シールの前面に取り付けられ上記シール前面を上記シールの軸方向での位置ぎめを行っている。
本発明の第１の特徴は、２つのシール面の間に延びたシールにある。一実施例では、上記シールは、前記空間内に配設されている。上記空間は、２つの隣接する領域の境界に備えられている。上記シールは、２つのシール面の間に延ばされ、上記２つの隣接する領域の間をシールしている。上記シールは、前面を有しており、この前面は、上記空間の一端を画成しているとともに、通常で高圧の領域に向いている。上記シールは、後方に向かって延びた２つの側壁を有しており、これらの側壁は複数の上記シール面に結合している。一実施例では、複数の上記側壁は、スプリング手段によって強制的に離間されており、上記シール面に対するシール力が生じるようになっている。これらの互いに離間した複数の壁は、上記シールの開口を形成している。この開口は、通常で低圧の領域に向いている。別の特徴は、上記通常低圧であるが異常時には高圧になる領域にある。一実施例では、このシールは、上記ロータシャフトの回転軸を中心として周方向に延びている。別の特徴は、カーボンシールリングにある。このカーボンシールリングは、上記ロータシャフトのシール面に軸方向に押圧されている。上記シールは、上記カーボンシールリングの軸方向シール面に結合しているとともに、上記空間の一端を画成している。上記空間の他端では、上記シールリングは、径方向面を有しており、この面は、上記シールの開口に面している。この径方向面は、上記第２の領域部分に連通しているとともに、上記第２の領域部分の一部となっている。従って、上記空間内の圧力は、上記開口を通じて上記シールの内側に加えられるとともに、上記カーボンシールリングの径方向面に加えられる。
本発明の第１の効果は、２つのシール面の間にあるシールにあり、このシールは、通常条件下での一方向の圧力勾配に対してシールを行うとともに、逆方向へ急激に、又は定常的に逆圧勾配が増加するような場合でも、側壁によるシールが可能となっている。この際、これらの側壁は、機械的手段と上記逆圧勾配とによって、複数の上記シール面に接触するように互いに離間されている。別の効果としては、上記逆圧勾配が加えられた場合でも、上記シールが軸方向に安定していることにある。これは、軸方向に延びたシールプレート（受け板）によって達成されている。なお、このシールプレート（受け板）は、軸方向に剛性を有する構造体と上記シールの軸方向位置とを連結している。別の特定の一実施例においては、軸方向にスライド可能なシールリングが備えられ、このシールリングが、回転シャフトに連設されて、上記第１シールがより有効となるという別効果がある。この際の有効性は、上記逆圧勾配を用いて、上記シールリングを上記回転面に対して押圧することによって得られる。別の効果は、上記シールが配設される上記空間の高さにある。適切な高さとすることによって、シールを適切な断面積サイズとすることができるとともに、異常運転条件にある上記シールリングに対して軸方向から加えられる圧力を均衡化することができることとなる。
本発明の上記特徴及び効果については、発明を実施の最良の実施態様において、図面をもってより詳細に説明を加える。
【図面の簡単な説明】
図１は、ガスタービンエンジンといった回転機械の側面立面図である。エンジンは、その一部が切り取られており、ギアシャフトとギアシャフトが延びたギアボックスハウジングとが示されている。また、シールアッセンブリは、上記ギアボックスハウジングと上記ギアシャフトの間に延びている。
図２は、図１のシールアッセンブリ部分の側面立面図であり、上記シールアッセンブリの断面を拡大して示した図である。
図３は、図１のシールアッセンブリ部分の側面立面図であり、上記シールアッセンブリのシールを拡大してその断面が示されている。
発明の最良の実施態様
図１は、ギアシャフト12を有する回転機械10の一部分を示した側面立面図である。上記ギアシャフトは、回転軸Arを中心として周方向に延びているとともに、その径がＲとされている。ギアボックス14は、ギアボックスハウジング16を有しており、このギアボックスハウジングは、上記ギアシャフトを中心として周方向に延びているとともに、上記ギアシャフトによって駆動される複数のギア（図示せず）を有している。
シールアッセンブリ18は、上記ギアシャフト12を中心として周方向に延びている。上記シールアッセンブリは、対称軸Ａを有しており、これは、上記軸Arと一致している。上記シールアッセンブリは、上記ギアシャフトに対してスライドして、第１の配置L1において結合するようになっており、上記シールアッセンブリと上記シャフトの間で第１のシール22を画成している。また、このシールアッセンブリは、第２の位置L2において上記ギアボックスハウジングを結合しており、上記ギアボックスハウジングと、上記シールアッセンブリとの間でシール24が配設されている。
上記ギアボックス14は、その内部が上記機械の第１の領域26とされている。上記ギアボックスハウジング16内部の第１の領域は、上記シールアッセンブリ18にまで延びて、その一部が上記シールアッセンブリ18に結合されている。上記機械の第１の領域は、噴霧されたオイルと、オイル及び空気の混合物とを有しており、これらは、上記ギアボックスハウジング内の上記複数のギアを潤滑させるために使用されている。上記機械の第２の領域28は、上記シールアッセンブリとギアボックスハウジングとの外部に延びている。油圧ポンプ（図示せず）は、上記エンジンの上記第２の領域内に配設されている。
図２は、図１に示した上記回転機械の拡大図を示したものである。図２に示されているように、上記シールアッセンブリ18は、シールハウジング32と、カーボンシールリング34とを有してなる。上記シールハウジングと上記カーボンシールリングとはそれぞれ上記軸Ａを中心として周方向に延びている。上記シールアッセンブリは、シール36を有しており、これはこれまで第２シールとして引用してきたものである。これは上記シールリングと上記ハウジングとの間において、Ｌ′３の位置に配設されている。上記回転シャフト12に対向するようにして、上記シールリングを軸方向に押しつけるための手段38は、上記シールリングと上記ハウジングとの間に延びている。リップ40は、上記シールハウジングの回りに、周方向に延びており、固定していない状態で、上記シールアッセンブリ内に上記カーボンシールリングを保持させている。回転シャフトは、シール面42を有しており、上記カーボンシールリングに結合している。
上記シールハウジング32は、第１のサポート44を有しており、このサポートは、軸方向に延びているとともに、上記軸Ａを中心として周方向に延びている。このサポートは、複数の溝46を有しており、これらは、上記サポート内で軸方向及び径方向に延びている。壁48は、第１のサポートから径方向内側に延びている。上記壁は、上記軸Ａを中心として周方向に延びているとともに、上記回転シール面42からは軸方向に離間している。
第２のサポート52は、上記回転シャフト12から径方向外側に離間しており、上記回転シール面42に極近接するまで延びている。上記第２のサポートは、上記第１のサポートから径方向内側に離間しており、その間にキャビティ54を形成している。このキャビティ54は、上記壁と、上記第２のサポートと、上記第２のサポートの外側に向いているシール面56とによって画成されている。
上記カーボンシールリング34は、上記キャビティ54内に配設されている。上記カーボンシールリングは、上記軸Ａを中心として周方向に延ばされている。上記シールリングは、第１の端部58を有しており、この第１の端部は、上記壁から軸方向距離L1だけ軸方向に離間している。第１の通路62は、上記第１の壁と上記壁との間に延びている。上記シールリングは、第２の端部64を有しており、これは、回転するシールリングに結合されている。
上記カーボンシールリング34は、軸方向に延びた複数の薄板66を有している。各薄板は、第１のサポート44内の軸方向に沿って対応する溝46にスライドさせて結合させることができるようになっており、上記第１のサポートにおいて上記シールリングを径方向に位置決めしている。上記薄板により結合させることによって、上記シールリングは上記サポートに対して軸方向に運動することができるようにされているとともに、周方向への運動が防止されている。
上記カーボンシールリング34は、上記第２の端部64において突起68を有している。この突起は、上記シールリングとともに周方向に延びている。この突起は、上記第２の領域28内にまで、径方向内側が延びているとともに、上記第２のサポート52に極近接するまで延ばされている。上記突起は、上記第２のサポートから径方向に離間しており、その間に開口72が画成されている。第２の通路74は、上記開口を通して延びている。上記突起は、第１の径方向面76を有しており、この面は、上記径方向高さT1の部分を有している。この第１の径方向面は、上記回転シール42に対向しており、上記第２の領域28の一部に連なっている。この突起は、第２の径方向面78を有しているとともに、上記第２の領域28の一部分に連なっている。上記第２の径方向面は、上記壁に対向しており、かつ、この壁から軸方向距離L2だけ離間している。上記第２の径方向面は、高さT2を有していて、この高さは、上記径方向高さT1よりも大きくされている。
上記カーボンシールリング34は、内側シール面82を有しており、この面は、内側に向いている。この内側シール面82は、上記第２のサポート上の上記シール面56から径方向に離間しており、その間にシール空間84が画成されている。従って、上記第１の領域26は、上記ギアボックス14から上記第１の通路62を通じて上記シール空間まで延びている。上記ギアボックス外側の上記第２の領域28は、上記シールリングを超えて上記第２の通路74を通して上記シール空間内部にまで延びている。
上記シールアッセンブリは、上記シールリングを軸方向に上記シール面に向かって押しつけるための手段38を有する。この手段は、上記第１の端部と上記ハウジングの上記壁との間に延びている。示してある実施例では、上記手段は、軸方向に動作するスプリングであらわされており、これは周方向に延びている。上記軸方向のスプリングは、プレートを有する波形スラストワッシャ（wave  thrust  washer）である。
上記シール36は、上記シール空間84を画成しているとともに、上記第１の領域26と上記第２の領域28との間の境界を画成している。上記シールは、３つのシール要素を有している。第１のシール要素86は、上記軸Ａを中心として周方向に延びており、Ｃ−形状の断面を有している。上記シール要素は、前面88を有しており、この前面は閉塞しているとともに、上記第１の領域26に面し、かつ上記第１の領域26との境界となっている。また、この前面は、上記第２の領域28の背面側となっており、上記第２の領域28との境界となっている。第１の側壁92は、上記前面から上記第１のシール面82に向かって後方に延びている。第２の側壁94は、上記前面から上記シール面56まで上記シールハウジングの第２のサポート52の上で後方に延びている。
第２のシール要素96は、上記第１のシール要素の内側に配設されており（すなわち、外側からみて内側である）、これが、上記複数の側壁を分離させるように押圧している手段となっている。示してある実施例では、上記第２のシール要素は、スプリング手段といった機械的手段であり、これは、Ｃ−形状のスプリングで示されている。上記スプリングは、上記第１の側壁を外側に向かって押圧して、上記第１のシール面82に対して第１のシール力を発生させている。上記スプリングは、上記第２の側壁に対しても力を加えており、上記第２の側壁は、第２のシール力を上記第２のシール面56に対して発生している。
第３のシール要素98は、上記軸Ａを中心として周方向に延びている。上記第３のシール要素は、Ｌ−形状を有しており、このＬ−形状は、上記壁と上記第１のシール要素との間に延びた、第１の足102を有している。第２の足104は、上記第１の足から径方向に延びて、上記第１のシール要素を軸方向に連結している。この第３のシール要素は、軸方向長さL3を有しており、このL3は、上記壁から上記カーボンシールリング34の第１の端部までの軸方向長さL1以上となっている。上記軸方向長さL3は、上記壁から上記シールリング上の上記第２の径方向面までの長さL2よりも長さLpだけ短くされている。また、Lpは、上記第１のシール要素の長さLs以上とされている。この距離Lpは、運転条件における上記シール空間84の長さである。
図３は、取り付けていない状態での上記シール36部分を拡大した断面図である。上記シールは、径方向高さTsを有しており、この高さは、取り付けられた際の高さT3よりも大きい。示されているように、上記第１の側壁92は、曲線形状106を有しており、この形状は、上記第１のシール面82と上記シールリング上の第２の径方向面78とが交差する形状に適合されている。これによって、上記シールリングと上記第１のシール要素との間でライン−ラインのみでの接触が避けられているとともに、上記第１のシール要素は、運転条件下、又は取り付け状態では軸方向の面状に接触するようになっている。
図３に示すように、上記第１のシール要素86は、周方向に延びたリップ112を有しており、このリップは、上記第１のシール要素内側の上記スプリングをトラップしておくのを容易にしている。別実施例では、上記スプリング手段は、上記シール要素の側壁内部に配設されて、コロイド状流体と接触するのが防止されていてもよい。示されている実施例では、上記第１のシール要素は、全体がテフロン（登録商標）材料で製造されており、この材料は、フロンカンパニー（Furon  Company）の機械シール部門、4412コーポレートセンタードライブ（Corporate  Center  Drive）、ロスアラミトス（Los  Alamitos）、カリフォルニア州、から入手できる。
図３に示す上記回転機械の運転中には、オイルは、上記エンジンの上記第１の領域26へと流されて、ギアシャフト12によって駆動されているギアを潤滑する。上記区画内の圧力は、エンジンの通常運転条件下では、約15から17ポンドパースクエアインチ（PSIA）である。上記ギアボックスの外部である上記第２の領域28の圧力は、高度によって減少するような大気圧となっている。この圧力差は、１から2PSIの範囲である。
上記加圧内部26からのリークのシールは、上記第１のシール22と、上記第２のシール36と、によって行われている。上記第２のシールでは、第１のシール要素である上記複数の側壁92、94は、スプリング96によって径方向外側に押圧されており、上記カーボンシールリング34上の上記第１のシール面82と、上記シールハウジング32の上記第２のサポート52のシール面56とに対して、各アームを押圧している。この力は、高圧のハウジング内部と、より圧力の低い上記ハウジング外部との圧力差によって生じている上記各アームに作用している力に対向するに充分大きい。
第１のシールにおいて、上記シャフト12が回転すると、軸方向のスプリング38は、上記シールリングを後方へと押圧して、上記カーボンシールリングを上記ロータシャフトの上記回転シール面へと結合させる。このことによって、加圧された上記オイルと空気とのリークが上記位置で防止されることとなる。
上記エンジンは、通常運転時には加熱されるため、上記軸方向及び径方向では、上記ギアボックス16と上記回転ギアシャフト12との間の熱膨張が異なる。上記シールリング34は、その薄板型の連結44、66を介して上記ロータシャフトに対して径方向に位置決めされているとともに、容易に、上記回転シール面と上記ギアボックスとの間の径方向への膨張の差を調節することができる。上記カーボンシールリングと上記シールハウジングとの間で上記薄板による連結により上記薄板と、溝とを結合させていることで、上記２つの構造体は、熱膨張に応じ、上記カーボンシールリングを軸方向に移動するようになっている。上記シール36を上記テフロン（登録商標）材料とすることにより、上記カーボンシールリングが、上記第１のシール要素に対してスライドしうるようになっている。上記エンジンの内側と外側の圧力増加に差異があると、上記第１のシール要素は、ある場合には、上記カーボンシールリングの上記第２の径方向面78に接するまで上記軸方向に高い内圧によって押圧されることとなる。上記第２の径方向面の形状は、上記第１のシール要素の上記第１の側壁92の上記形状106に適合されている。この様に形状を適合させていることによって、上記２つの構造体は、上記シール要素に対して損傷を与えずに互いに当接するようになっている。またこのことによってアッセンブリは、損傷することがない。
例えば油圧ポンプアクセサリのシールが破断されたような場合の異常な運転条件下では、作動油は、エンジンの上記第２の領域へと流れ込み、その際の圧力は300ポンドパースクエアインチとなっている。上記第２の通路を通して作動油が流れ込み、その後上記シール空間84に流れ込むと、上記作動油は、上記第１のシール要素に大きな力を加えて、上記第１のシール要素86を、シールハウジング32の上記壁48に向けて動かす。上記第３のシール要素と、受け板98とは、この第１のシール要素が軸方向に動かないようにしているとともに、上記第１のシール要素を上記壁に向かってさらに動かさないようにサポートしている。
同時に、上記第２の領域28内での上記作動油は、上記カーボンシールリング34の、上記第２の径方向面78において、上記シールリングが上記回転シール面42に対して緊密に押付けられるような第１の力を加える。上記作動油は、また、上記第１の径方向面76において、上記カーボンシールリングに第２の力を加える。この第２の力は、上記第２の径方向面上に作用している上記第１の力にある程度対抗するようになっており、垂直方向の力と、上記カーボンシールリングと上記回転シール面との間の摩擦力とを減少させる。上記作動油によって加えられる力を均衡させることによって、上記カーボンシールリングが過度に磨耗することを避けることができる。このような補助的な圧力が、上記カーボンシールリングへの上記シール力に加えられることで、非常に高圧の作動油流体が、上記第１シールを通して漏れ出ることが防止されている。従って、上記高圧流体によって加えられる力の増加分は、作動油のリーク防止に用いられるが、この力は、上記カーボンシールリングを過度に磨耗させる程には大きくはならない。従って、異常な運転条件にあるときであっても、上記シール空間を作動油で加圧して、上記第１のシールにシール力を与えるとともに上記第２のシールに上記したようなシール力を与えることによって、良好にシールが行われることになる。
上記した薄板による連結44、66は、上記シールリングに加えられる周方向の力に対抗することができる。上記シール空間84は、上記カーボンシールリングとともに周方向に延びているため、上記作動油の径方向の力は、相殺されることになる。
本発明の特徴的な効果は、純粋なテフロン（登録商標）材料によって形成された、上記第１のシール要素86の耐久性にある。このような純粋のテフロン（登録商標）材料は、作動油、燃料及び合成タービンオイルに対して不浸透性である。上記各流体は、代替え可能な別の材料を侵すことが多い。別の効果は、上記第１のシール要素と上記シールリングとの間の摩擦が低いことにあり、これによって上記シールリングは、それ自体で自在に軸方向に位置決めされることになる。これは、上記テフロン（登録商標）材料の特性により得られている。
また、圧力を均衡化させるための上記第１の径方向面と、と第２の径方向面を用いることによる別の効果は、上記シール空間84の上記径方向高さにある。これにより、適切なＣ−形状高さのシールを挿入することが可能となる。上記第１の径方向面なしでは、上記径方向第２の径方向面上に加えられる力は、相対的に大きく、そのため、垂直方向の力が増加し、また上記回転シール面での上記カーボンシールの磨損が加速されることとなる。別の改良としては、上記空間高さを、より小さくすることを挙げることができるが、この様にすると、その製造は難しくなる。例えば、ある実施例では、上記シャフトの直径は、約２インチとされており、上記空間の高さは約0.1インチとされている。
本発明は、詳細な実施例によって説明を行ってきたが、当業者によれば、形状及び詳細にわたって、請求項に記載の発明の趣旨及び範囲内で種々の変更を行うことができることは、明白である。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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