(57)【要約】  バックプレート（３８）と、サイドプレート（３６）と、剛毛体リング（４０）とを有し、脱着可能なファスナ（４２）の使用を介して全体的に一体に固定されるブラシシール（４４）が開示される。バックプレート（３８）には円周リップ（７０）を設けることができ、それによって、バックプレート（３８）をサイドプレート（３６）に押圧するためにファスナ（４２）の頭部（７８）を当てて使用することができる面を提供し、その結果、バックプレートとサイドプレートとの間に剛毛体リング（４０）が捕捉される。それによって、ブラシシールは、溶接を必要とする場合には製造することができないような、異種の種々の材料からの製造を行うことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイドプレート（３６）と、バックプレート（３８）と、前記サイドプレートと前記バックプレートの間に配置された剛毛体リング（４０）とを有するブラシシール（２０）であって、
前記バックプレートを前記サイドプレートに固定する複数のファスナ（４２）をさらに備え、各ファスナが頭部（７８）を有し、前記頭部が、前記バックプレートの外周端に位置する半径方向リップ（７０）のみと係合し、前記バックプレートおよび剛毛体リングを前記サイドプレートに押圧することを特徴とする、ブラシシール（２０）。
【請求項２】
前記サイドプレート（３６）が円環形状であり、前記複数のファスナ（４２）を受け入れるようになされた複数の開口（８２）を有する、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項３】
前記バックプレート（３８）が、前記剛毛体リング（４０）を受け入れる凹部（７２）を有する、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項４】
前記サイドプレート（３６）が、ピンチ点（６０）を形成する凹部（６１）を有する、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項５】
前記複数のファスナ（４２）がねじ式である、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項６】
前記複数のファスナ（４２）がキャップスクリューである、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項７】
前記サイドプレート（３６）、バックプレート（３８）、および剛毛体リング（４０）の少なくとも１つが、他の２つのサイドプレート、バックプレート、または剛毛体リングを製作した材料とは異なる材料で製作されている、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項８】
前記サイドプレート（３６）、バックプレート（３８）、および剛毛体リング（４０）の少なくとも１つが金属製であり、前記サイドプレート、バックプレート、および剛毛体リングの少なくとも１つがプラスチック製である、請求項７に記載のブラシシール。
【請求項９】
剛毛体リング（４０）をサイドプレート（３６）に隣接して配置するステップと、バックプレート（３８）を剛毛体リング（４０）上に重ね合わせるステップとを含むブラシシール（２０）を形成する方法であって、
前記バックプレートの外周端に位置する半径方向リップ（７０）のみと係合するファスナ（４２）を用いて、前記バックプレートを前記サイドプレートに固定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
ねじ式ファスナ（４２）を用いて、前記バックプレート（３８）を前記サイドプレート（３６）に固定する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各ねじ式ファスナ（４２）が頭部（７８）を有し、各頭部が前記バックプレート（３８）を前記サイドプレート（３６）に締め付ける、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バックプレート（３８）の半径方向リップ（７０）は減少した厚さを有し、前記ファスナの頭部（７８）は、この厚さが減少したリップと係合する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記バックプレート（３８）が、前記剛毛体リング（４０）を受け入れるようになされた凹部（７２）を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブラシシール（２０）をガスタービンエンジン（２２）に取り付けるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ファスナの頭部（７８）を、前記バックプレート（３８）およびサイドプレート（３６）の一方にタック溶接するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記ファスナ（４２）を取り外すことにより前記ブラシシール（２０）を分解するステップと、前記バックプレート（３８）、サイドプレート（３６）、および剛毛体リング（４０）の少なくとも１つを交換するステップと、前記ブラシシールを再組立てするステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記バックプレート（３８）、サイドプレート（３６）、および剛毛体リング（４０）の少なくとも１つがプラスチックである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
サイドプレート（３６）と、バックプレート（３８）と、前記サイドプレートと前記バックプレートとの間に固定された剛毛体リング（４０）と、を有するモジュール式ブラシシール（２０）であって、
前記剛毛体リング、ならびに前記サイドプレートおよびバックプレートの一方を貫通することなく、前記サイドプレート、バックプレート、および剛毛体リングを一体に着脱可能に固定する手段をさらに備え、前記着脱可能に固定する手段は前記バックプレートの外周端に位置する半径方向リップ（７０）のみと係合することを特徴とする、モジュール式ブラシシール（２０）。
【請求項１９】
前記着脱可能に固定する手段が複数のねじ式ファスナ（４２）を有し、前記複数のファスナがそれぞれ頭部を有する、請求項１８に記載のモジュール式ブラシシール。
【請求項２０】
各頭部が内側肩部（８０）を有し、各肩部が、前記バックプレート（３８）の外周端に位置する半径方向リップ（７０）のみと係合する、請求項１９に記載のモジュール式ブラシシール。
【請求項２１】
前記バックプレート（３８）の外周端に位置する半径方向リップ（７０）が、第１の厚さ（８４）を有し、前記バックプレート（３８）の隣接する環部（６８）が、第２の厚さ（８６）を有し、前記第１の厚さとファスナ頭部の厚さ（８８）との和が前記第２の厚さより小さい、請求項２０に記載のモジュール式ブラシシール。
【請求項２２】
前記バックプレート（３８）が凹部（７２）を有し、前記剛毛体リング（４０）が前記凹部内に配置される、請求項１８に記載のモジュール式ブラシシール。
【請求項２３】
前記サイドプレート（３６）、バックプレート（３８）、および剛毛体リング（４０）が、異なる材料で製作されている、請求項１８に記載のモジュール式ブラシシール。
【請求項２４】
前記サイドプレート（３６）、バックプレート（３８）、および剛毛体リング（４０）の少なくとも１つが金属製であり、前記サイドプレート、バックプレート、および剛毛体リングの少なくとも１つがプラスチック製である、請求項２３に記載のモジュール式ブラシシール。
【請求項２５】
圧縮機部（２４）と、燃焼器部（２６）と、タービン部（２８）と、前記圧縮機部と前記タービン部とを連結するシャフト組立体（３０）と、圧縮機部、燃焼器部、タービン部、およびシャフトを囲むエンジンケーシング（２３）と、を有するガスタービンエンジン（２２）であって、
前記圧縮機部、燃焼器部、およびタービン部の１つと、前記シャフトおよびエンジンケーシングの１つとの間に配置されたブラシシール（２０）をさらに備え、前記ブラシシールが、サイドプレート（３６）と、外周端位置に半径方向リップ（７０）を持つバックプレート（３８）と、前記サイドプレートと前記バックプレートとの間に配置された剛毛体リング（４０）と、前記バックプレートを前記サイドプレートに固定する複数のファスナ（４２）とを有し、各ファスナが、前記バックプレートの外周端に位置する半径方向リップのみに係合して前記バックプレートおよび剛毛体リングを前記サイドプレートに押圧する頭部（７８）を有することを特徴とする、ガスタービンエンジン（２２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般にシールに関し、より詳細にはブラシシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールは、所与の隙間を通って流体が流れるのを防止したいときに用いられる一般的な機械的装置である。ブラシシールと呼ばれるシールの一形式は、シールすべき領域を横切って所定位置に保持された複数の剛毛体を利用する。ブラシシールの長所は、シールされるべき領域を形成する面自体が動くとき、動いてシールを維持し続けるブラシシール固有の能力である。
【０００３】
ブラシシールが一般的に使用される環境の１つは、航空機に推力を与えるために、航空機または他の移動体に補助動力を与えるために、または陸上発電施設内に使用するタイプのガスタービンエンジン内である。ガスタービンエンジン内に用いられるブラシシールは、エンジンの主流路から作動媒体空気が漏れ出すのを防止するために使用される。そのような漏洩を最低限に抑えることが重要なのは、いかなる漏洩もエンジンの効率を低下させ、それによってエンジンの燃料消費を増加させ、エンジンの運用コストを上昇させるからである。さらに、エンジンの主流路から漏れ出した加圧空気または燃焼ガスは、高温であり、そのような温度に対して許容度が限られているエンジン構成部品に接触することがあり得る。たとえば、ブラシシールは、ディフューザ、エンジンケーシング、またはステータなどの静止部品とタービンブレード、シャフト、またはロータなどの回転部品との間に形成される隙間に使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように効果的であるが、時間経過に従ってブラシシールを交換する必要がある。たとえば、そのような交換は、所与の作動時間数の後に行うよう計画され得る。しかし、従来製造されているブラシシールは、必然的に取り外しを困難にする溶接された組立体である。さらに、ブラシ組立体を形成している構成部品が一体に溶接されているので、その組立体を構成する個々の構成部品を交換するのは不可能である。その結果、組立体全体を、資材の点だけではなく、労力およびエンジンの不稼働時間の点でもかなりの費用を掛けて交換する必要がある。
【０００５】
最近、組立体を一体に保持するためにクリップまたはファスナを使用してブラシシールを製造することが知られてきた。これら２つは効果的であるが、比較的厳しい公差の下での機械加工を追加する必要があり、したがって製造費が高くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様によれば、サイドプレート、バックプレート、剛毛体リング、および複数のファスナを備えることができるブラシシールが開示される。バックプレートは円周リップを有し得、剛毛体リングがサイドプレートとバックプレートとの間に配置され得る。複数のファスナによってバックプレートをサイドプレートに固定することができ、各ファスナは、バックプレートの外周部のみに係合する頭部を有し、バックプレートおよび剛毛体リングをサイドプレートに押圧する。
【０００７】
本開示の別の態様によれば、剛毛体リングをサイドプレートに隣接して配置するステップと、バックプレートを剛毛体リング上に重ね合わせるステップと、バックプレートの外周部のみに係合するファスナを用いてバックプレートをサイドプレートに固定するステップとを含むことができるブラシシールを形成する方法が開示されている。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、サイドプレートと、バックプレートと、サイドプレートとバックプレートとの間に固定された剛毛体リングと、剛毛体リング、ならびにサイドプレートおよびバックプレートの一方を貫通することなく、サイドプレート、バックプレート、および剛毛体リングを一体に着脱可能に固定する手段とを備えることができるモジュール式ブラシシールが開示されている。
【０００９】
本開示の別の態様によれば、圧縮機部、燃焼器部、タービン部、シャフト組立体、エンジンケーシング、およびブラシシールを備えることができるガスタービンエンジンが開示されている。ブラシシールは、サイドプレートと、外周部を持つバックプレートと、サイドプレートとバックプレートとの間に配置された剛毛体リングと、バックプレートをサイドプレートに固定する複数のファスナとを有する。各ファスナは、バックプレートの外周部のみに係合し、バックプレートおよび剛毛体リングをサイドプレートに押圧する頭部を有する。
【００１０】
本開示のこれらおよびその他の態様および特徴は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことにより、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本開示は、様々な変更および別の構造を包含し得るが、そのいくつかの例示的実施形態が添付図面に示され、以下に詳細に記述される。ただし、本開示を、開示された特定の形態に限定するものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲によって定義された開示の精神および範囲に従って、全ての変更形態、代替構造、および同等物を包含するものであることが理解されるべきである。
【００１２】
ここで図面を参照し、特に図１および２を参照すると、本開示の教示に従って構成されたブラシシールが、全体を参照番号２０によって示されている。ブラシシール２０はガスタービンエンジン２２内に使用することができるが、ブラシシールはまた、無数の異なる環境に用いることができ、ガスタービンエンジン２２は、主として例示および状況設定の目的で図示され、以下に記述されるものと理解されるべきである。
【００１３】
当業者には容易に理解されるように、ガスタービンエンジン２２は、エンジンケーシング２３、圧縮機部２４、燃焼器チャンバ２６、およびタービン部２８を備える。簡潔に概観すると、圧縮機部２４は、大気を吸い込み、燃焼器チャンバ２６に導くためにその空気を加圧する。燃焼器チャンバ２６内で、燃料が噴射、着火され、生成された熱および燃焼ガスはタービン部２８に導入される。タービン部２８および圧縮機部２４は共通のシャフト組立体３０に取り付けられているので、タービン部２８が回転することにより、圧縮機部２４も回転させられ、それによってエンジンの作動サイクルを継続させる。
【００１４】
ガスタービンエンジン２２が作動する前提は、流体を効果的に圧縮しその流体をタービン部へ放出することである。したがって、いかなる流体の漏洩も、必然的にエンジンの効率に支障をきたす。したがって、最大限に可能な限りその漏洩を最低限に抑えるためにガスタービンエンジン内の多数の箇所をシールしなければならない。そのようなシーリングが望ましい領域の一例が、図２に示すように、ガスタービンエンジン２２内で、圧縮機部２４のロータ３２とそれを取り囲むステータ３４との間に示されている。やはり、これは単に例示の目的のために提示されたものであり、ブラシシール２０は、それに限定はされないが、エンジン２２の２つの静止部品間などガスタービンエンジン２２内の異なる無数の箇所、ならびにガスタービンエンジン２２以外の多数の用途に使用することができることが理解されるべきである。
【００１５】
図２〜６を参照すると、ブラシシール２０は、サイドプレート３６、バックプレート３８、および、それらの間に配置された剛毛体リング４０を備え得る。以下により詳しく述べるように、複数のファスナ４２が、３つの構成部品、すなわちサイドプレート３６、バックプレート３８、および剛毛体リング４０を一体に固定するのに使用されていることに留意されたい。形成されたブラシシール組立体４４は、次いでステータ３４、またはその他のあらゆるシールすべき構造体に装着される。図示されている実施形態では、スプリットリング４６が、ブラシシール組立体４４をステータ３４の円周壁４８に固締するのに使用されているが、Ｌ字形リング、ねじ式ファスナ、リベット、クランピング組立体などを含む様々な無数の他の形状の機械的ファスナも、それらに限定はされないが、採用することができることが理解されるべきである。
【００１６】
サイドプレート３６について詳細に言及すると、実質的に、外周５０、内周５２、第１の側面５４、第２の側面５６を有する環形状であることが図２〜６それぞれに示されている。第１の側面５４は実質的に平面であるが、第２の側面５６は、厚さが減少したスキャロップ部５８を有し、これによってピンチ点６０が形成されている。スキャロップ部５８は、剛毛体リング４０がある程度動くことができて作動し易くなる空隙６１を形成し、他方、ピンチ点６０は、３つの主要構成部品３６、３８、４０間に強固な結合を確保する。スキャロップ部５８は、ピンチ点６０で剛毛体が僅かに広がることを可能にしながら、空気摩擦の影響から剛毛体リング４０を護る空気摩擦カバーとして機能する。
【００１７】
剛毛体リング４０に関し、溶接されて外周部６４を形成する複数の剛毛体６２を有することが図７に最もよく示されている。より詳細には、剛毛体６２は、通常、剛毛体の個別の束６６の形に形成され、次いでそれらの間を溶接することにより外周部６４を形成するようにそれぞれが一体に溶接される。したがって、剛毛体６２は、通常、それらに限定はされないが、ステンレス鋼またはコバルト合金などの金属から製造される。シールすべき領域の大きさによって、寸法が異なる外周部６４、あるいは、同じ寸法の外側リング６４で寸法の異なる剛毛体６２を採用することができることが理解されるべきである。別の実施形態では、束６６が溶接される独立した別個の外輪を用いてもよい。
【００１８】
再び図２〜６を参照すると、バックプレート３８は、実質的に円環状の形をなし、周縁つまり円周に沿ったリップ７０が半径方向外向きに延在する主環部６８を有している。図２に最もよく示されるように、円周リップ７０および主環部６８は、実質的に段付の構造を形成し、それによって内側凹部７２および外側凹部７４を形成する。その重要性は、より詳細に本明細書に記述される。剛毛体リング４０上への正のねじ締結力を確保し、それによりシールピンチ点６０を維持して緩みを防止するように、剛毛体リング４０の幅を凹部７２の幅より大きくすべきである。
【００１９】
製造性の点からは、ブラシシール組立体４４は、サイドプレート３６を準備し、サイドプレート３６の上に剛毛体リング４０を配置し、剛毛体リング４０の上にバックプレート３８を、剛毛体リング４０が内側凹部７２内に収まるように置き、サイドプレート３６、バックプレート３８、剛毛体リング４０を複数のファスナ４２を用いて一体に固定することによって組み立てることができる。より詳細には、図５に最もよく示されるように、複数のファスナ４２のそれぞれは、軸７６ならびに頭部７８を有することができる。それには限定されないが、キャップスクリューを含む無数の様々なタイプのファスナを使用することができる。このようなファスナによって、頭部７８および軸７６は、内側肩部８０を形成し、この内側肩部８０がバックプレート３８の円周リップ７０に係合してブラシシール組立体４４を一体に固定するのに用いることができることに留意すべきである。より詳細には、サイドプレート３６には複数の開口８２が設けられているので、ブラシシール組立体４４を組み立てたいとき、上記のように各構成部品が積み重ねられた後、頭部７８の肩部８０が円周リップ７０を押圧するまでファスナ４２を開口８２に単にねじ込めばよく、それによってバックプレート３８をサイドプレート３６に向かって締め上げ、その結果それらの間の剛毛体リング４０を締め上げることになる。必要により、ファスナ４２は、バックプレート３８にタック溶接してもよい。ファスナの頭でないほうの端をサイドプレート３６と面一になるように機械仕上げする必要がある場合もある。それにより、使用される保持装置との干渉が避けられる。
【００２０】
外側凹部７４の重要性の１つは、空間を節約する目的で、その中にファスナ４２の頭部７８を手軽に配置することができることである。言い換えれば、バックプレート３８の主環部６８は、第１の幅８４を有し、円周リップ７０は第２の幅８６を有し、ファスナ頭部７８は第３の幅８８を有することに留意されたい。第２の幅８６と第３の幅８８との和は、第１の幅８４より実質的に小さく、それによって、ファスナ頭部７８がブラシシール組立体４４中に完全に凹まして収められ、したがって、特別な、より費用が掛かる座ぐりなどを用いることなしに全体の幅を実質的に減らしたブラシシール組立体４４を実現する。
【００２１】
このような構造は、従来のブラシシールを凌ぐ多数の利点を提供する。たとえば、取り外し可能なファスナ４２の使用を介して全体的に一体に固定されるブラシシール組立体４４を提供することにより、溶接が不必要なことによって製造時間が大幅に削減される。さらに、たとえば定期整備間隔で、または所与の作動時間数後に、剛毛体リング４０を交換したいとき、ファスナ４２は簡単に取り外すことができ、それによって交換用のリング４０を挿入するために剛毛体リング４０を取り外すことができる。
【００２２】
さらに別の利点は、組立体構造のモジュール性である。前述のように、個々の構成部品が固定的に取り付けられるのではなく、ねじ式ファスナ４２を使用して取り外し可能に取り付けられているので、溶接などによって取り付けることができない異種材質同士の構成部品であっても、前述の構造により、その使用が可能となる。また、組立体４４全体がねじ式ファスナを使用して一体に固定されているので、プラスチックのサイドプレート３６、バックプレート３８、または剛毛体リング４０を用いることができる。これは、溶接が必要である場合には、可能性のない選択肢である。その結果、非融和性金属同士、プラスチックと金属の組合せ、そして中でも、高温カーボンベース材料を使用することができる。
【００２３】
同様に、組立体４４全体を分解することができるので、材質または直径が異なる剛毛体リング４０、ならびに直径および他の寸法が異なるサイドプレート７６およびバックプレート３８と容易に交換することができる。このような特徴は、装置、エンジン、またはブラシシールの開発試験中に特に有利であり得る。
【００２４】
前述の構造によって提供されるさらに別の利点が、ファスナ４２の使用ならびに円周リップ７０の使用に起因して生じ得る。バックプレート３８内に開口を設ける必要があり、バックプレートの開口がサイドプレートの開口８２と確実に位置が合うように厳しい許容誤差を満足する必要がある構造に対して、本発明の構造では、バックプレート３８は、いかなる回転位置にでもサイドプレート３６上に単に重ねればよく、次いで、ファスナ４２を使用して、素早く、繰り返しが効くやり方で組立体を一体に固定することができる。より詳細には、上記のように、頭部７８および肩部８０は、バックプレート３８をサイドプレート３６に向かって締め上げ、それによってそれらの間に剛毛体リング４０を捕捉することにより、組立体を一体に固定する。そのような構造は、この種のシールに関する製造および労務費を大幅に削減する。
【００２５】
上記により、本開示は、現在市場に提供されている公知のブラシシールに対して著しく有利なブラシシールを提供することが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示の教示に従って構成されたブラシシール組立体が組み込まれているガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】本開示の教示に従って構成されたブラシシール組立体の断面図である。
【図３】図２のブラシシールの斜視図である。
【図４】図３のブラシシールの前面の切欠図である。
【図５】図４の線５−５に沿った図４のブラシシールの拡大断面図である。
【図６】図３のブラシシールの後視切欠図である。
【図７】本開示の教示に従って構成された剛毛体リングの平面図である。
【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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【国際調査報告】
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2007518038.tif 000011
2007518038.tif 000012