(57)【要約】【課題】潤滑オイルを回収するための装置を提供する。【解決手段】本装置は、タービンエンジンロータ（２０）と共に回転可能であり且つガスタービンエンジン（１０）のアイドリングから離陸速度までの全ての運転状態時及び停止非運転時においてガスタービンエンジンの前方ベアリング（１４）のオイルサンプ（１６）からのオイルの漏出を減少させる一体形のスリンガ／ランナを含む。本装置は、軸方向前方セクション（３１）及び切頭円錐形後方セクション（３６）と、後方の切頭円錐形後方セクションに同軸に且つ一体に接合されたスリンガ（３２）とを含む。本装置は、切頭円錐形後方セクションから軸方向前方セクションに向かうオイルの流れを阻止するための手段を含む。【選択図】      図２
2006312938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体形のスリンガ／ランナ装置であって、回転可能な略円筒形のランナ（３０）と略円形のディスクスリンガ（３２）とを有し、
前記ランナ（３０）は、軸方向前方セクション（３１）と、切頭円錐形後方セクション（３６）と、該ランナに沿って前記切頭円錐形後方セクションから軸方向前方セクションに向かう軸方向前方へのオイル流れを阻止するための手段と、を含み、
前記ディスクスリンガ（３２）は、前記切頭円錐形後方セクションの下流端部において前記ランナに一体に且つ同軸に取付けられている、スリンガ／ランナ装置。
【請求項２】
前記軸方向前方へのオイル流れを阻止するための手段が、前記軸方向前方セクション（３１）と前記切頭円錐形後方セクション（３６）との軸方向間で前記ランナ（３０）の半径方向外表面内に設けられた円周方向溝（３８）を含む、請求項１記載のスリンガ／ランナ装置。
【請求項３】
前記軸方向前方へのオイル流れを阻止するための手段が、前記円周方向溝（３８）の軸方向上流に配置され且つ前記軸方向前方セクション（３１）の外表面（４７）から半径方向外向きの段になった段表面（４８）を有する半径方向外向き段付きリング（４９）をさらに含む、請求項２記載のスリンガ／ランナ装置。
【請求項４】
前記軸方向前方へのオイル流れを阻止するための手段が、前記切頭円錐形後方セクション（１０２）の半径方向外表面から、該半径方向外表面に対してほぼ垂直に延びる少なくとも１つのほぼ環状の分離壁（１０４、１０６）を含む、請求項１記載のスリンガ／ランナ装置。
【請求項５】
ガスタービンオイルサンプシール（２２）のためのオイル回収装置であって、
軸方向に細長いほぼ円筒形のランナ（３０）を含み、
前記ランナが、
外部円筒形半径方向外側接触表面（４６）を有する軸方向前方セクション（３１）と、
前記軸方向前方セクションに一体に結合され且つ後方方向に半径方向外向きにテーパした半径方向外向きテーパ外部表面（３４）を有する切頭円錐形後方セクション（３６）と、
前記ランナに沿って前記切頭円錐形後方セクションの半径方向外向きテーパ外部表面から前記軸方向前方セクションの半径方向外側接触表面に向かう軸方向前方へのオイル流れを阻止するための手段と、
前記ほぼ円筒形のランナの切頭円錐形後方セクションの軸方向後端部に同軸に一体に結合されたほぼ円筒形のディスク状スリンガ（３２）と、を含む、
オイル回収装置。
【請求項６】
サンプシール（２２）を支持するための固定シール支持構造体（２６）と、
前記固定シール支持構造体から軸方向下流方向に延び且つその半径方向外表面内に円周方向捕集溝（４２）を有する円筒形スリーブ（４０）と、
をさらに含む、請求項５記載のオイル回収装置。
【請求項７】
前記オイル流れを阻止するための手段が、前記軸方向前方セクション（３１）の半径方向外側接触表面（４６）と前記切頭円錐形後方セクション（３６）の半径方向外向きテーパ外部表面（３４）との軸方向間に配置された、前記ランナ（３０）の半径方向外表面内の円周方向溝（３８）を含む、請求項５又は６に記載のオイル回収装置。
【請求項８】
それに対して再循環させるためにオイルを回収するようになったオイルサンプ（１６）内でオイルにより潤滑される少なくとも1つの前方ベアリング（１４）によって固定ステータ内に回転支持された回転可能なロータ（２０）と、前記オイルサンプからの潤滑オイルの漏れを防止するための空気加圧式サンプシールとを含むガスタービンエンジン（１０）における、一体形のスリンガ／ランナ装置であって、
固定シール支持構造体（２６）によって支持された第１のほぼ環状の接触ブラシシール（２３）を有する環状のサンプシール（２２）と、
前記ロータと共に回転可能であり、且つ前記サンプシールと接触するための半径方向外側接触表面（４６）を含む軸方向前方セクション（３１）と前記前方セクションから後方に延びる環状の半径方向外向きテーパ外部表面（３４）を有する切頭円錐形後方セクション（３６）とそれに沿って前記半径方向外向きテーパ外部表面から前記半径方向外側接触表面への軸方向前方へのオイル流れを阻止するための手段とを含むほぼ環状のランナ（３０）と、
前記ランナの軸方向後端部において該ランナと一体に結合され且つ該ランナと同軸に取付けられたほぼ円形のディスクスリンガ（３２）と、
を含むスリンガ／ランナ装置。
【請求項９】
前記固定シール支持構造体（２６）から軸方向下流方向に延び、その半径方向外表面内に円周方向捕集溝（４２）を有し、且つ前記ランナ（３０）の軸方向前方セクション（３１）及び隣接する半径方向外側接触表面を囲む円筒形スリーブ（４０）をさらに含む、請求項８記載のスリンガ／ランナ装置。
【請求項１０】
それに対して再循環させるためにオイルを回収するようになったオイルサンプ（１６）内でオイルにより潤滑される少なくとも1つの前方ベアリング（１４）によって固定ステータ内に回転支持された回転可能なロータ（２０）と、前記オイルサンプからの潤滑オイルの漏れを防止するための空気加圧式サンプシールとを含むガスタービンエンジン（１０）における、潤滑オイル回収装置であって、
固定接触シールホルダ（１１０）によって固定シール支持構造体（１２０）上に取付けられた接触シール（１１２）と、
半径方向外部表面（１１４）を有し且つほぼ環状の切頭円錐形後方セクション（３６）と一体形になったほぼ円筒形の前方セクション（３１）を含むほぼ円筒形のランナ（３０）と、
前記切頭円錐形後方セクションの軸方向後端部において一体に且つ同軸に接合されたディスク状スリンガ（３２）と、
前記切頭円錐形後方セクションの半径方向外表面からほぼ半径方向に且つ該半径方向外表面に対してほぼ垂直に延びる少なくとも1つのほぼ環状の分離壁（１０４、１０６）と、
前記固定接触シールホルダから軸方向下流方向に延び、その半径方向内側に配置された固定アブレイダブルストリップ（１１８）を有し、且つ前記少なくとも1つのほぼ環状の分離壁とほぼ軸方向に整列した第１のほぼ円筒形の軸方向延長部（１１６）と、
を含む潤滑オイル回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、全ての運転状態時においてベアリング構造から潤滑オイルを回収するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンエンジンは、コアエンジンを含み、コアエンジンは、該コアエンジンに流入する空気を加圧するための圧縮機と、その中で燃料を加圧空気と混合しその後に燃焼させて高エネルギーガスストリームを作り出す燃焼器と、ガスストリームからエネルギーを取り出して圧縮機を駆動する第１タービン又は高圧タービンとを有する。航空機用ターボファンエンジンでは、高圧タービンの下流に設置した第２タービン又は低圧タービンが、ガスストリームからさらにエネルギーを取り出してファンを駆動するようにする。ファンは、エンジンによって生成される主推進スラストをもたらす。
【０００３】
一般的に、ロータシャフトは、タービンエンジン内で使用するベアリングによって非回転ステータ内に支持されて、ステータに対してロータを正確に位置決めし且つ回転可能に支持する。ベアリングは一般的に、該ベアリング上に噴霧される潤滑オイルを収容したオイルサンプによって囲まれる。ベアリング及びオイルサンプは、該オイルサンプからのオイル漏れを防止し且つ該オイルサンプ内への高温ガスの侵入を防止するシールによって高熱ガス通路から隔離される。このシールは、一般的には非金属ブラシシール又はカーボンシールのような接触シールである。エンジン運転時の低出力状態では、潤滑オイルは、シールから漏出する傾向がある。接触シール近くでのオイルの蓄積は、シール面上へのコークス化又はバーニッシュの発生を引き起こす可能性があり、このことによりシール性能の低下が生じるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
潤滑オイルを回収するための装置の1つの実施形態は、ほぼ円筒形の前方セクション及びほぼ切頭円錐形の後方セクションと、その軸方向後端部に一体に且つ同軸に接合されたほぼディスク状のスリンガとを含むロータを使用する。ランナはまた、その外側の表面に沿った前方方向へのオイル流れを阻止するための手段を含み、この手段は、第１の実施形態では、前方セクションと後方セクションとの間でランナの外側の表面内に設けられた円周方向溝を含む。
【０００６】
前段落に記述したような装置の別の実施形態では、ランナの外側の表面に沿った前方へのオイルの流れを阻止するための手段はさらに、接触表面の下流に半径方向段付きリングを含む。
【０００７】
別の実施形態では、潤滑オイルを回収するための装置は、ほぼ円筒形の前方セクションと、ディスクス状リンガと一体形になった半径方向外向きにテーパした切頭円錐形後方セクションとを含み、切頭円錐形後方セクションは、その切頭円錐形後方セクションから半径方向外向きに延びる少なくとも1つの分離壁を備えたランナに沿った前方向へのオイルの流れを阻止するための手段を有する。
【０００８】
さらに別の実施形態では、潤滑オイルを回収するための装置、すなわちランナに沿った前方向へのオイルの流れを阻止するための手段は、ロータ回転軸線と平行に配向された固定シールホルダのほぼ円筒形の延長部上に取付けられてランナのテーパセクション上に取付けられた少なくとも1つの分離壁に接触するようになったアブレイダブルストリップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、固定エンジンステータ構造と長手方向軸線１２の周りで回転するように取付られたロータ構造とを含むガスタービンエンジン１０を概略的に示す。本明細書で使用する場合、「前（方）」というのは、矢印１３で示すような軸方向上流方向を意味し、「後（方）」というのは、矢印１５で示すような空気流の軸方向下流方向を意味する。ロータ２０の前端部は、前方ベアリング１４によってステータ１８内部に回転可能に支持される。オイルサンプ１６は前方ベアリング１４の周りに形成され、また、オイルサンプ１６は空洞２４に供給される空気によって加圧される。
【００１０】
図２は、一体形のスリンガ／ランナの1つの実施形態を含むガスタービンベアリング構造を概略的に示す。ステータ１８は、前方ベアリング１４によってロータ２０を支持する。オイルサンプ１６内で前方ベアリング１４を潤滑するオイルは、導管１７を介して供給される。ほぼ環状の接触ブラシシール２３を含むオイルサンプシール２２は、オイルサンプ１６の前端部をシールするようにオイルサンプ１６の前方に設置される。空洞２４内の加圧空気は、サンプシール２２の外部側に正の空気圧力を与える。ランナ３０は、ロータ２０の回転軸線と同心であり且つサンプシール２２と軸方向に整列した円周方向の半径方向外側接触表面４６を有するほぼ円筒形の軸方向前方セクション３１と、半径方向外向きテーパ外部表面３４を有する切頭円錐形後方セクション３６とを含む。円周方向溝３８は、軸方向前方セクション３１の半径方向外側接触表面４６と切頭円錐形後方セクション３６の半径方向外向きテーパ外部表面３４との軸方向間においてランナ３０の半径方向外表面の周りに延びる。スリンガ３２は、ランナ３０の切頭円錐形後方セクション３６の軸方向後端部に取付けられて一体形のスリンガ／ランナを形成したほぼ円形のディスクを含む。スリンガ３２は、オイルサンプ１６と流れ連通状態になった複数の排出ポート４４にほぼ軸方向に整列する。
【００１１】
固定シール支持構造体２６は、ほぼ環状の接触ブラシシール２３を、シール表面２３がランナ３０の半径方向外側接触表面４６と軸方向に整列するように支持する。Ｏ−リング２７は、オイルサンプ１６からのオイル漏れを阻止し且つオイルサンプ１６内への高温ガス漏れを阻止するようにオイルサンプをシールする。固定シール支持構造体２６は、該固定シール支持構造体２６から軸方向後方に延びる円筒形スリーブ４０を含む。円筒形スリーブ４０の半径方向外部表面は、円周方向捕集溝４２として形成され、また円筒形スリーブ４０の半径方向内側円周部は、半径方向外面接触表面４６の軸方向後方部分と接触した状態になった円周方向のらせん状溝２８を含む。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０の回転作動中には、噴霧機構（図示せず）によって潤滑オイルをベアリングに供給し、またサンプシール２２の外部側に加圧空気を供給してサンプシール２２を通り抜けるオイル漏れを防止する。オイルサンプ１６は、該オイルサンプ１６の外部のボリュームと該オイルサンプ１６の内部との間で適切な圧力バランスを保つために通気される。ガスタービンエンジンの通常運転時における潤滑オイルの回収では、遠心力を受ける前方ベアリング１４からのオイルは、円周方向のらせん状溝２８と接触した状態のランナ３０と半径方向外向きテーパ外部表面３４との回転によってサンプシール２２から離れる方向にポンプ作用を受け、スリンガ３２によって排出ポート４４に向かって押し流される。低速運転時或いはエンジン回転が停止している時には、オイルは、重力によってランナ３０の表面に沿って前方にサンプシール２２に向かって引かれるが、サンプシール２２とのオイルの接触は円周方向溝３８によって阻止され、円周方向溝３８は、半径方向外向きテーパ外部表面３４からオイルを回収し、そのオイルをランナ３０の底部に向かって導き、ランナ３０の底部において、オイルは重力によってスリンガ３２に沿って底部排出ポートに向かって引き寄せられる。円周方向捕集溝４２は、全ての運転状態において、固定シール支持構造体２６からオイルを回収し、そのオイルを環状の構造体の底部おける排出ポート４４に流す。
【００１３】
図３は、図２に示す一体形のスリンガ／ランナの変更形態の詳細部分断面図である。ランナ３０の軸方向前方セクション３１は、半径方向外側接触表面４７を含む。半径方向外側接触表面４７の軸方向下流において、ランナ３０には、半径方向外方向接触表面４７から半径方向外向きに突出した段表面４８を有する半径方向外向き段付きリング４９が組み入れられる。円周方向溝３８は、半径方向外向き段付きリング４９と下流方向に1度〜４度の角度で半径方向外向きにテーパした半径方向外向きテーパ外部表面３４との軸方向間に配置される。段表面４８は、オイルが軸方向上流方向に円周方向溝３８からオーバフローするのを阻止するのに十分な高さだけ半径方向外向きに突出し、且つ軸方向上流方向へのオイルの流れを阻止するに十分な表面粗さを有する。スリンガ３２は、ランナ３０の切頭円錐形後方セクション３６と一体になっている。エンジン運転時に、半径方向外向き段付きリング４９は、円周方向のらせん状溝２８と接触した状態になっており、ランナ３０の回転時にサンプシール２２に向かうオイルの漏出を阻止する。半径方向外向き段付きリング４９はまた、低速回転時又は停止状態時のオイルの回収において円周方向のらせん状溝２８がランナ３０表面に沿った前方へのオイルの流れを阻止する効力を高める。
【００１４】
図４は、一体形のスリンガ／ランナを含む潤滑オイルを回収するための装置のさらに別の実施形態を概略的に示す。ほぼ円筒形のランナ１００は、ほぼ円筒形の前方セクション１０１と切頭円錐形後方セクション１０２とを含み、切頭円錐形後方セクション１０２から少なくとも1つの分離壁がほぼ半径方向に且つ回転軸線に対して垂直に突出する。2つの分離壁１０４、１０６を図示しているが、１つ又は複数の壁の材料特性及び予想エンジン運転状態に応じて単一の分離壁又は幾つかの分離壁を使用することができることが分かるであろう。固定接触シールホルダ１１０は、ほぼ円筒形のランナ１００の半径方向外部表面１１４と接触する接触シール１１２を支持する。その軸方向後端部において、切頭円錐形後方セクション１０２は、ディスク状スリンガ１０８に一体に結合される。固定接触シールホルダ１１０はさらに、接触シール１１２の軸方向後方に延びる円筒形軸方向延長部１１６を含み、またその半径方向内側切頭円錐形表面１２８上に固定アブレイダブルストリップ１１８を支持する。円筒形軸方向延長部１１６は、回転軸線に対して下流方向に半径方向外向きにテーパして、固定アブレイダブルストリップ１１８を分離壁１０４、１０６の半径方向外側先端と整列させる。固定接触シールホルダ１１０は、溶接又は他の適切な堅牢な方法によって固定シール支持構造体１２０に固定され、Ｏ−リング１２２は、サンプ内への空気漏れ及びサンプからのオイル漏れを防止する。円周方向溝１２４は、円筒形軸方向部材１２６の周りで円周方向に延びる。図４における切頭円錐形後方セクション１０２のテーパ構造では、複数の分離壁１０４、１０６が固定アブレイダブルストリップ１１８に対してほぼ垂直に延びており、エンジン運転時にオイルを接触シール１１２から離れる方向に押し流して接触シールに向かう軸方向上流方向へのオイルの流れを阻止する。ディスク状スリンガ１０８の円盤ポンプ作用により、大部分のオイルはオイルサンプ内部に収容されることになる。ディスク状スリンガ１０８の上を流れる残留オイル又はオイル／空気混合物は、遠心力により排出ポート（図４には図示せず）に戻されることになる。何らかのメカニズムにより固定アブレイダブルストリップ１１８のテーパ表面に達したオイル／空気混合物は、分離壁１０４、１０６の1つと接触し、サンプ内に排出され戻されることになる。この提案した設計は、加圧マージンが殆どないか又はゼロの状況下でも、オイル漏れの可能性をほぼゼロにする。円周方向溝１２４は、全ての運転状態において、固定シール支持構造体１２０からオイルを回収して、そのオイルを支持構造体の底部及びオイル排出ポートに向けて導く。
【００１５】
図５は、一体形のスリンガ／ランナを含む潤滑オイルを回収するための装置のさらに別の好ましい実施形態である。ランナ２００は、ほぼ円筒形の前方セクション２０１と、分離壁２０４、２０６を有し且つディスク状スリンガ２０８と一体になった切頭円錐形後方セクション２０２とを含む。図５の設計では、少なくとも１つの分離壁が必要となる。固定接触シールホルダ２１０は、ほぼ円筒形の前方セクション２０１の半径方向外部接触表面２１４と接触するように軸方向に整列した接触シール２１２を支持する。固定接触シールホルダ２１０はまた、その半径方向内側円筒形表面２２６を覆うアブレイダブルストリップ２１８を備えた軸方向延長中空円筒形部材２１６を含む。この軸方向延長中空円筒形部材２１６及びアブレイダブルストリップ２１８は、回転軸線に対して軸方向にほぼ平行に延びる。それぞれの分離壁２０４、２０６の半径方向高さは、対応するアブレイダブルストリップ２１８と接触を保つように選択される。固定接触シールホルダ２１０は固定シール支持構造体２２０に取付けられ、Ｏ−リングシール２２２が固定接触シールホルダ２１０と固定シール支持構造体２２０と間の漏れを防止する。軸方向延長円筒形部材２２８は、固定シール支持構造体２２０から軸方向に延び、全ての運転状態時に支持構造体からオイルを回収するための円周方向溝２２４を形成する。
【００１６】
図５の設計は、熱サイクル、回転速度の変化又はその他の運転状態によって起こるステータ構成部品に対するロータ構成部品の大きな軸方向の動きに適応することが必要なタービンエンジン設計に好適である。軸方向延長中空円筒形部材２１６は、分離壁２０４、２０６に対して大きな軸方向荷重を加えずに或いは分離壁２０４、２０６とアブレイダブルストリップ２１８との間の接触を低下させずに、切頭円錐形後方セクション２０２の軸方向の動きに適応し、またアブレイダブルストリップ２１８に対する分離壁２０４及び２０６の軸方向の動きに適応する。接触シール２１２を通り抜けた空気の流れは、第１の分離壁空洞２３０内に拡散し、その旋回流によりサンプ内への空気漏れが防止されることになる。加えて、アブレイダブルストリップ２１８の使用は、より緊密な半径方向間隙を可能にしてサンプ内への空気漏れをさらに減少させるのを可能にする。この提案した特徴は、接触シール２１２近くにオイルが集まるのを防ぎ、同時にサンプ内への空気流を最小にする。本設計は、主接触シール２１２が機能を果たさなくなった場合或いは加圧マージンが失われた場合でも、潤滑オイル漏れを防止し続けるという付加的特徴を備えている。
【００１７】
本発明を様々な実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】潤滑オイルを回収するための装置を組み入れたガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】一体形のスリンガ／ランナ装置を組み入れた、潤滑オイルを回収するための装置の概略部分断面図。
【図３】一体形のスリンガ／ランナを組み入れた、潤滑オイルを回収するための装置の別の実施形態の概略部分断面図。
【図４】一体形のスリンガ／ランナを組み入れた、潤滑オイルを回収するための装置のさらに別の実施形態の概略部分断面図。
【図５】一体形のスリンガ／ランナを組み入れた、潤滑オイルを回収するための装置のさらに別の実施形態の概略部分断面図。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ガスタービンエンジン
１２  長手方向軸線
１３  矢印
１４  前方ベアリング
１５  矢印
１６  オイルサンプ
１７  導管
１８  ステータ
２０  ロータ
２２  サンプシール
２３  環状の接触ブラシシール
２４  空洞
２６  固定シール支持構造体
２７  Ｏ−リング
２８  らせん状溝
３０  ランナ
３１  前方セクション
３２  スリンガ
３３  シール表面
３４  半径方向外向きテーパ外部表面
３６  切頭円錐形後方セクション
３８  円周方向溝
４０  円筒形スリーブ
４２  円周方向捕集溝
４４  排出ポート
４６  半径方向外側接触表面
４７  半径方向外側接触表面
４８  段表面
４９  半径方向外向き段付きリング
１００  ほぼ円筒形のランナ
１０１  ほぼ円筒形の前方セクション
１０２  切頭円錐形後方セクション
１０４  分離壁
１０６  分離壁
１０８  ディスク状スリンガ
１１０  固定接触シールホルダ
１１２  接触シール
１１４  半径方向外部表面
１１６  円筒形軸方向延長部
１１８  固定アブレイダブルストリップ
１２０  固定シール支持構造体
１２２  Ｏ−リングシール
１２４  円周方向溝
１２６  円筒形軸方向部材
１２８  半径方向内側切頭円錐形表面
２００  ランナ
２０１  ほぼ円筒形の前方セクション
２０２  切頭円錐形後方セクション
２０４  分離壁
２０６  分離壁
２０８  ディスク状スリンガ
２１０  固定接触シールホルダ
２１２  接触シール
２１４  半径方向外部接触表面
２１６  軸方向延長中空円筒形部材
２１８  アブレイダブルストリップ
２２０  固定シール支持構造体
２２２  Ｏ−リングシール
２２４  円周方向溝
２２６  半径方向内側円筒形表面
２２８  軸方向延長円筒形部材
２３０  第１の分離壁空洞
【図１】
2006312938.tif 000003
【図２】
2006312938.tif 000004
【図３】
2006312938.tif 000005
【図４】
2006312938.tif 000006
【図５】
2006312938.tif 000007
【外国語明細書】
2006312938000001.pdf