(57)【要約】【課題】潤滑剤がシールを通って漏出するのを防止するターボ機械を提供する。【解決手段】ターボファンエンジン１０のハウジング１２は、コンプレッサの抽気を受けるバッファ室３３を画定する壁２３およびドーム２５を備える。潤滑側および空気側３０を含むシール２６，２８は、タービンシャフト１６とハウジング２１との間に配設され、かつベアリング室２０およびバッファ室３３を分離する。バッファチューブ３８は、入口３６を介してバッファ室３３の本体２２に接続されるとともに、チューブ３８の出口に配設されたベンチュリ管５０などの流速制御装置４６を含む。チューブ３８は、コンプレッサ抽気源４０から本体２２に空気を供給し、かつ内部表面２４に対して接線方向に流れを導入してバッファ室３３内に旋回流を生じさる。これにより、均一な半径方向の圧力勾配が生じて、アイドル状態におけるシールを通る潤滑剤の漏出が防止される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に円筒形の内部表面を付与する壁部を備える本体と、
前記内部表面に対して実質的に接線方向に流れを導入して、前記本体内に旋回流を生じさせるチューブと、
を含むターボ機械。
【請求項２】
前記内部表面が、周縁を含み、
前記旋回流が、前記周縁に沿って実質的に均一な圧力を生じさせることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
シールが、互いに対向する空気側および油側を含み、
前記空気側が、前記周縁と流体的に連通していることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記本体から離れたチャンバが、前記空気側に配設され、
前記周縁に入口を有する第２のチューブが、前記本体を前記チャンバに流体的に接続することを特徴とする請求項３に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記チューブが、所望の流速で前記流れを供給するように、前記壁部に近接して配設されたベンチュリ管を含むことを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記チューブが、前記ベンチュリ管への前記流れを制限するように、前記ベンチュリ管の上流側に配設されたオリフィスプレートを含むことを特徴とする請求項５に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記チューブが、前記内部表面に対して実質的に接線方向に流れを導入するとともに、前記内部表面に隣接する出口を含むことを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項８】
シールへ流体を供給する方法であって、
（ａ）本体における隣接する湾曲した表面に対して実質的に接線方向に流れを導入するステップと、
（ｂ）前記本体をシールの一方の側に流体的に接続するステップと、
を含むシールへの流体供給方法。
【請求項９】
前記（ａ）のステップが、前記本体に供給される前記流体を加速するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のシールへの流体供給方法。
【請求項１０】
前記（ａ）のステップを行なった後、前記湾曲した表面に沿って実質的に均一な圧力をもたらすように、前記本体内において前記流体に旋回を生じさせるステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のシールへの流体供給方法。
【請求項１１】
前記（ａ）のステップを行なう前に、前記流体の流れを制御するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のシールへの流体供給方法。
【請求項１２】
前記（ｂ）のステップを行なった後で、前記シールに亘る所望の圧力差を生じさせるステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のシールへの流体供給方法。
【請求項１３】
潤滑剤を受けるベアリング室および空気を受けるバッファ室を有するハウジングと、
前記ハウジング内において、前記ベアリング室内に配設されたベアリング上に支持された前記ハウジングに対して回転するタービンシャフトと、
ベアリング室およびバッファ室を分離するとともに、前記ベアリング室および前記バッファ室にそれぞれ露出する互いに対向した潤滑側および空気側を有するシールと、
前記バッファ室の本体に流体的に接続されたバッファチューブであって、前記本体の内部表面に対して実質的に接線方向の流れを導入して、前記内部表面に沿った流れに旋回を生じさせるバッファチューブと、
を備えるターボ機械。
【請求項１４】
前記シールが、前記内部表面の近傍に配設されていることを特徴とする請求項１３に記載のターボ機械。
【請求項１５】
前記タービンと前記ハウジングとの間に第２のシールが配設され、
他のチューブが、前記本体と前記第２のシールの空気側とを流体的に接続することを特徴とする請求項１３に記載のターボ機械。
【請求項１６】
前記タービンが、前記ハウジングに対して回転するシャフトを含み、
前記シールが、前記シャフトおよび前記ハウジングを相互に接続することを特徴とする請求項１３に記載のターボ機械。
【請求項１７】
前記バッファチューブが、所望の流速で流れを導入するベンチュリ管を含むことを特徴とする請求項１３に記載のターボ機械。
【請求項１８】
前記バッファチューブが、前記流れを制御するとともに、前記ベンチュリ管への前記流れを制限するオリフィスプレートを含むことを特徴とする請求項１７に記載のターボ機械。
【請求項１９】
前記本体に前記流れを供給するように、コンプレッサの抽気源が前記バッファチューブに流体的に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国空軍契約Ｎｏ．Ｆ３３６５７−９１−０００７の遂行に当たってなされた。政府が本発明における一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、ターボ機械におけるシールを加圧するために用いられる流れ供給システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
航空機に使用されるターボファンエンジンのようなターボ機械には、バッファ室からベアリング室を分離するように、カーボンシールが組み込まれている。ベアリング室は、例えば、エンジンのハウジングに対して回転するタービンを支持するベアリングを含む。ベアリング室は、ベアリングを潤滑する潤滑剤を含む。バッファ室は、シールを通って漏出した加圧空気を含み、それにより、シールを通って潤滑剤がしみ出るのを防ぐ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カーボンシールは、シールを通って潤滑剤が漏出するのを防ぐために、シールに亘る所定の圧力差を必要とする。周知である１つの問題として、シールに亘る圧力差が不十分なため、不使用時のアイドル状態において潤滑剤がカーボンシールを通って漏出してしまうことがある。
【０００５】
バッファ室は、実質的に円筒形の本体からなる。コンプレッサの抽気は、本体に対して接線をなす平面に対して垂直な方向に本体へと流入する。その結果、流れが本体に流入する箇所と反対の側において、本体内に滞留領域が形成されてしまう。これにより、本体の円筒形の壁部に沿った圧力分布が均等でなくなり、また、カーボンシールのうちの１つが円筒形の壁部に近接して配設されている場合には、シール上の均等でない圧力により、漏出が生じてしまうことがある。シールの位置に関わらず、アイドル状態でのバッファ室内の圧力は不十分である。
【０００６】
シールを効果的にするためには、カーボンシールの近傍においてバッファ室内の圧力を高める必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、潤滑を受けるベアリング室を有するハウジングを含んだターボ機械を提供する。また、ハウジングは、空気、例えば、コンプレッサの抽気を受けるバッファ室を提供する。ハウジングに対して回転するタービンシャフトは、ハウジング内においてベアリング上に支持される。ベアリングは、ベアリング室内に配設される。タービンシャフトとハウジングとの間に、シールが配設されており、ベアリング室およびバッファ室を分離する。シールは、互いに対向する潤滑側および空気側を含み、これらは、ベアリング室およびバッファ室に露出している。バッファ室の本体には、バッファチューブが流体的に接続されている。バッファチューブは、本体の内部表面に対して実質的に接線方向に流れを導入して、バッファ室内に旋回流を生じさせる。
【０００８】
バッファチューブは、本体に流入する流れの速度を制御するように、チューブの出口に配設されたベンチュリ管などの流速制御装置を含む。オリフィスプレートなどの流量制御装置が、流れを所望の流量に制御するように、ベンチュリ管の上流側に配設される。本体内における所望の流量および流速を有する旋回流により、均一な半径方向の圧力勾配が生じる。不使用時のアイドル状態においては、半径方向の圧力勾配により、シールに亘って所望の圧力差を生じさせるのに十分な大きさの圧力がバッファ室の周縁に生じる。この周縁での圧力が高まることにより、アイドル状態において潤滑剤がシールを通って漏れることが防止される。
【０００９】
本発明の上記および他の特徴は、下記の明細書および以下に簡単に説明する図面により、最も良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１にターボファンエンジン１０の一部を示す。エンジン１０は、複数の部分を互いに固定して構成されるハウジング１２を含む。図２に詳細に示すように、ハウジング１２は、ハウジング１２に対して回転するタービンシャフト１６をベアリング２１によって支持する。タービンシャフト１６はハブ１５を支持する。複数のタービンブレード１８は、固定具１７によってハブ１５に固定される。
【００１１】
ベアリング２１は、ベアリング室２０内に配設される。第１のシール２６および第２のシール２８により、潤滑剤がベアリング室２０内に含有される。一例として、カーボンシールであるシールに亘る圧力差が不十分なため、油がベアリング室２０から漏出してハウジング１２内およびタービン流路１９の底部に溜まることがある。
【００１２】
図２および図３を参照すると、ハウジング１２は、バッファ室３３を部分的に画定する円筒形の壁部２３およびドーム２５を備える。バッファ室３３は、第１および第２のシール２６，２８の空気側３０に加圧空気を供給する。該シールは、所定の圧力差が得られると効果を発揮する。バッファ室３３内の圧力が不十分であると、アイドル状態において第１および第２のシール２６，２８を通る漏出が生じる可能性がある。
【００１３】
図２で模式的に示されるチューブ３４は、入口３６を介して本体２２に接続されている。チューブ３４は、第２のシール２８の空気側３０にあるチャンバに加圧空気を送る。バッファチューブ３８は、コンプレッサの抽気源４０から本体２２に空気を供給する。もちろん、空気側３０への空気の供給は、任意の適切な空気源を使用して任意の適切な方法で行なうことができる。図２で模式的に示されている排気口６０は、ベアリング室２０から圧力を開放するために使用される。
【００１４】
図４に示すように、本発明では、バッファチューブ３８の出口からの流れ５４を、円筒形の壁部２３の隣接する内部表面２４へと実質的に接線方向の平面Ｔの方向に導入する。このように流れ５４を導入することにより、渦流（旋回流）が生じて、圧力の均一化が促進されるが、これは、流れを円筒形の壁部２３に対して垂直に導入した場合に生じてしまう滞留領域とは対照的である。図４には垂直平面Ｎも示す。バッファチューブ３８からの空気の流速および流量は、流速制御装置４６および流量制御装置４８によって制御される。図示した例では、流速制御装置は、流れがバッファチューブ３８から本体２２へと流入する箇所に近接して配設されたスロート部５６を有するベンチュリ管５０である。また、流量制御装置４８は、図示した例では、ベンチュリ管５０の上流側に配設されたオリフィスプレート５２である。オリフィスプレート５２は、流れを制御するとともに、その結果、ベンチュリ管５０から流出する流れ５４の流速を制限する寸法を有するオリフィス５８を含む。本体内の半径方向の位置の変化に対する本体内の圧力の変化の関係は、次式で表される。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
ここで、ρは空気の密度、ｗはベンチュリ管から流出する空気の流速、ｒは圧力が計算される半径方向の位置である。シール２６における圧力は、空気がバッファ室に導入される流速、または空気が導入される半径位置を変更することにより所望の値に調節され得る。さらに、シール２８における圧力は、供給空気がバッファ室内から抽出される半径位置を変更することにより調節され得る。
【００１７】
本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば本発明の範囲内である種の変更を行なえることを認識するであろう。そのため、本発明の範囲と内容は請求項を検討することにより定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ターボファンエンジンの一部の部分的な断面図。
【図２】図１に示したターボファンエンジンの一部の拡大図。
【図３】図２に示したターボファンエンジン内のバッファ室の一部の拡大図。
【図４】バッファ室の本体内に流れを導入するチューブをエンジンの軸に平行な方向から見た模式図。
【符号の説明】
【００１９】
１０…ターボファンエンジン
１２…ハウジング
１５…ハブ
１６…タービンシャフト
１７…固定具
１８…タービンブレード
１９…タービン流路
２０…ベアリング室
２１…ベアリング
２６…第１のシール
２８…第２のシール
３３…バッファ室
【図１】
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【図２】
2008014299.tif 000005
【図３】
2008014299.tif 000006
【図４】
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