(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力差が大きいときのシールの過早の摩耗を防止し、有効寿命を長くする。【解決手段】回転面に対するシールを形成すべく多数のリーフシールがハウジング内に提供されるリーフシール装置は既知である。シール装置２１は、回転面の回転軸線と整合されたリーフシールを有し、回転面に対して先端の対称なリフトアップ及びブローダウンが存在する。かかる状況において、シール装置はシールの剛性に依存して、望ましい作動性能を実現する。リーフシール２２を回転軸線ＲＲに対して斜角度にて提供することにより、入口側３０と出口側３１との間に非対称の偏向が実現され、入口及び出口の流れ面積が変化し、このため、リフトアップ／ブローダウン力を制御してリーフシール２２にて磨耗の虞れが少ない作動性能となるように、回転面に対する先端２５のより最適な配置を実現することができる。【選択図】図２
2008261498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転構成要素用のシール装置において、回転面の回転軸線と整合する状態から離れる傾斜角度にて回転面に向けて半径方向内方に突き出す複数のリーフシールを備える、回転構成要素用のシール装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、使用中、一側部にてリーフシールの反対側部と比較して比較的高い圧力を有する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、リーフシールは、実質的に矩形の断面を有する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、リーフシールは、面取り加工した端縁又は隅部を有する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、リーフシールは、リーフシールと回転面の間に隙間空隙を有しており、該隙間空隙に、使用時、リーフシールを偏向させるであろう流体の流れが存在する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、傾斜角度は、リーフシールの望ましい非対称の偏向を提供し得るよう決定される、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、非対称の偏向は、入口流れ面積をリーフシールの出口流れ面積に対して変化させる、装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置において、非対称の偏向は、リーフシールの先端の軸方向配置を回転面に対して変位させる、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、リーフシールは、回転面の回りにてハウジング内に提供され且つ、互いに隣接して並置される、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、リーフシールは、ハウジングの正面板又はカバー板と係合し、使用時、圧力差に起因するクロス流れを受けたとき、リーフシールをリフトアップ方向に向けて偏倚させるよう配置され、また、リフトアップ方向に向けた偏倚は、ハウジングの補強板との係合を提供し、リーフシールのブローダウンを促進する傾斜角度によって制限される、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、傾斜角度の値は、使用中、リーフシールのリフトアップとブローダウンとの均衡を図り得るように決定される、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のシール装置を含むガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置、より詳細には、高圧力側と比較的低圧力側との間にて回転構成要素の回りにシールを提供すべく利用される、いわゆるリーフシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転構成要素の回りにて狭い隙間及び半径方向に順応性のあるシールを実現するブラシシールを利用するシール装置が提供されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ブラシシールの不利益な点は、圧力差が大きいとき、剛毛は、その作動寿命を制限するであろう２つの形態の振舞いを示す点である。第一に、いわゆるブローダウン状態の間、剛毛は、ロータを強く擦るようにされる一方、剛毛を密封した補強リングに対して係止する圧力の力の傾向は、同様に、ロータ構成要素の運動に対応するための動きの点にて可撓性を制限することになる。剛性シール装置に対するこれらの効果は、シールの過早の磨耗を引き起こし、また、その有効寿命を短くする可能性がある。
【０００４】
より最近、ブラシシール装置の難点、特に、過剰な磨耗に対処し得るようリーフシールが設計されている。リーフシールは、実質的に、シール装置にて剛毛に置換して使用される金属リーフを備えている。これらのリーフは、半径方向に順応性であるが、軸方向には剛性である。かかる状況において、圧力が加えられたとき、リーフシールがその位置にて係止する傾向は減少し、このため、リーフの磨耗は少なくなる。
【０００５】
英国特許出願番号９９３０００９０．０（ロールスロイス（Ｒｏｌｌｓ  Ｒｏｙｃｅ））には、リーフシール要素が矩形の性質であり、回転構成要素の面に向けて適正に提供される基本的なリーフシール装置の設計が示されている。上述したようなかかる状況において、リーフは、半径方向に、すなわち回転構成要素の回転軸線に対して垂直方向に順応性である一方、リーフの軸方向幅を通して軸方向には剛性である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従い、回転面の回転軸線と整合する状態から離れる傾斜角度にて回転面に向けて半径方向内方に突き出す複数のリーフシールを備える、回転構成要素用のシール装置が提供される。
【０００７】
一般に、シール装置は、使用中、一側部にてリーフシールの反対側と比較して比較的高い圧力を有する。
通常、リーフシールは、実質的に矩形の断面を有する。これと代替的に、リーフシールは、面取り加工した端縁又は隅部を有している。
【０００８】
可能であれば、リーフシールは、回転面の間に隙間空隙を有しており、該隙間空隙に、使用時、リーフシールを偏向させるであろう流体の流れが存在する。可能であれば、傾斜角度は、リーフシールの望ましい非対称の偏向を提供し得るよう決定される。望ましくは、非対称の偏向は、入口流れ面積をリーフシールの出口流れ面積に対して変化させる。
【０００９】
これと代替的に、又は追加的に、非対称の偏向は、リーフシールの先端の軸方向配置を回転面に対して変位させる。
一般に、リーフシールは、回転面の回りにてハウジング内に提供され且つ、互いに隣接して並置されている。
【００１０】
可能であれば、リーフシールは、ハウジングの正面板又はカバー板と係合し、使用時、圧力差に起因するクロス流れを受けたとき、リーフシールをリフトアップ方向に向けて偏倚させるよう配置され、また、リフトアップ方向に向けた偏倚は、ハウジングの補強板との係合を提供し、リーフシールのブローダウンを促進する傾斜角度によって制限される。
【００１１】
更に、傾斜角度の値は、使用中、リーフシールのリフトアップとブローダウンとの間にて均衡を図り得るよう決定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、添付図面を参照して、単に一例として本発明の１つの実施の形態について説明する。
上述したように、リーフシール装置は既知である。このように、図１に示したように、従来のシール装置１は、回転面４に対してハウジング３内にて固定された複数のリーフシール２を備えている。シール装置１の作用可能な位置は、その非変位状態にて、すなわちリーフシール２の偏向が生じていない状態にて図１ａ、図１ｂに示される一方、図１ｃ、図１ｄにおいて、リーフシール２の偏向は、使用中、リーフシール２をわたる流体の流れによって生じる。図１ｂには、図１ａに示した断面ＡＡにおけるリーフシール２ａが概略平面図にて示されている。リーフシールは、従来の矩形の断面であり、また、理解し得るように、底部先端部５は、回転面４に向けて提供される。隙間空隙６は、漏洩流体がシール装置１をわたって高圧力側Ｘから低圧力側Ｙまで流れるのを制限し得るように選ばれる。リフトアップ及びブローダウンの特徴は、主として、リーフシール２とハウジング３との間の軸方向空隙によって制御される。更に、リーフシール２は、端部５により面４に対して提供される流体流れの流入及び流出の制限による影響を受ける一方、かかる制限は、隙間空隙６に影響を与える。
【００１３】
図１に示した従来の装置において、流入及び流出の制限は、リーフシール２の半径方向及び軸方向隙間により調節される。使用中にて示したように、一般に、側部Ｘと側部Ｙとの間には、リーフシール面をわたって流体の流れを駆動する大きい圧力差がある一方、ハウジング内にてリーフシール間の軸方向空隙間の間に流体流れがあり、この流体の流れはリーフシール２を偏向させる。リーフシール２２が図１に示したように従来のリーフシール装置１内にて流体流れにより撓み又は偏向されるとき、流体の流入及び流出状態は、実質的に一定のままであり、このため、半径方向の空気動力学的力も一定であり且つ、偏向時、リーフの剛性をわたって均衡するようにされる。
【００１４】
上記の状況において、図１ａを図１ｃ、図１ｂを図１ｄとそれぞれ比較することから理解し得るように、リーフシール２は、リーフシール２ａとして図１ａ及び図１ｂに示した非変位形態から偏向し且つ撓み、また、変位し又は撓んだシール２Ｃは図１ｃ及び図１ｄに示されていることが理解されよう。かかる状況において、変位したリーフシール２ｃの底部と回転面４との間には、変位した隙間空隙７が形成される。
【００１５】
図１に示した従来のシール装置１において、リーフシール２の偏向は対称であることが理解されよう。シール装置１に対して磨耗特性及び性能を最適化するための能動的な制御は行われない。理想的には、磨耗及び密封効率の点にて優れた性能が得られるようシールのリフト偏向を調節すべく流体流れを使用する制御機能を提供すべきである。かかる制御機能は、リーフとそれらのハウジングとの間、それらの間の空隙内にてリーフをわたる流れに対する隙間と、リフトアップ又はブローダウン特徴の点にて回転面４に対して提供されるであろうリーフの先端縁５の荷重圧力とに関する。
【００１６】
図２には、本発明に従ったシール装置２１が示されている。このように、上記と同様に、リーフシール２２は、ハウジング２３内にて回転面２４に向けて半径方向に突き出す全体として矩形の断面を有する。図２ｂは、図２ａに示した方向ＣＣに向けた断面に関する一方、図２ｄは、図２ｃに示した断面ＤＤに関する。かかる状況において、面２４に向けた半径方向に突き出すシール２２にて、図２に示したシール装置２１は、図１に示したものと同様である。しかし、リーフシール２２は、面２４に対する回転軸線Ｒ−Ｒに対して斜角度を有する形態とされていることが理解されよう。かかる状況において、本発明のシール装置にて偏向特徴は異なる。
【００１７】
リーフシール２２は、最早、回転軸線ＲＲと整合されていないため、個々のリーフ２２の各々が偏向すると、リーフシール２２とハウジング２３のカバー板２９との間の隙間が増大し又は減少することが理解されよう。要するに、リーフの間の空隙を通る流体流れは、ハウジング２３と共に、入口側３０と出口側３１との間にてリーフシール２２を非対称に偏向させることになろう。このように、入口及び出口の流れ面積は変化し、リフトアップ／ブローダウン力は、表面２４の回りの組立体としてリーフシール２２に対する最適な移動位置を提供し得るよう制御することができる。
【００１８】
リーフシールを回転軸線ＲＲに対して斜角度にて提供することにより、入口側と出口側との間に非対称の偏向が実現され、入口及び出口の流れ面積が変化し、このため、リフトアップ／ブローダウン力を制御してリーフシールにて磨耗の虞れが少ない作動性能となるように、回転面に対してより最適な先端の配置を実現することができる。
【００１９】
図２ａ及び図２ｂには、シール装置２１が休止しており、又は高圧力側ＸＸと低圧力側ＹＹとの間に不十分な流体又は圧力差がある非変位位置にあるシール装置２１が示されている。かかる状況において、理解し得るように、先端部２５と表面２４との間の隙間２６は制御されて、空隙２６を通ってシール装置２１をわたって高圧力側ＸＸと低圧力側ＹＹとの間に僅かだけの漏洩が生じる効果的なシールを提供するようにする。漏洩流れが制限され、また、力は比較的小さいため、リーフシール２２ａの斜角度又は傾動によってリーフシール２２の偏向又は変位が生ずることはない。
【００２０】
シール装置２１をわたって側部ＸＸと側部ＹＹとの間に十分な圧力差がある場合、リーフ間及びリーフとハウジングとの間を流体が流れる結果としてより大きい駆動力が存在し、リーフシール２２ｃの偏向を生じさせる。この偏向は、リーフシール２２ｃが回転軸線Ｒ−Ｒに対し斜角度にて提供されるためである。ハウジングのカバー又は前側板２９と当接する位置にリーフが配置された場合、リーフは、流れの方向変更のため、斜角度にて提供されないときでもリフトアップする傾向となることが理解されよう。しかし、リーフがハウジングの補強板に対して押されたならば、リーフはブローダウンされて磨耗を生じる傾向となるであろう。斜角度を提供することは、当初の第一の位置にてリーフと組み立てることを許容する、すなわち、リーフが前側板に対して位置する状態にて組み立てることを許容するが、リフトアップが過度になれば、補強板との過早の（先行技術のシール装置の場合と比較して）係合によりブローダウンが生じる。斜角度にて提供することは、流れに抗力を生じさせ、この抗力によってリーフ２２とカバー板２９との間の隙間空隙が変化し、先端２５が出口側３１に向けて入口側３０から変位されることになる。かかる状況において、回転軸線に対するリーフシール２２の斜角度を慎重に選ぶことにより、使用中、リーフシール２２を制御し且つその最適な作用位置を提供することが可能であることが理解されよう。
【００２１】
斜角度は、リーフシール２２の材料及び可撓性に依存することが理解されよう。上述したように、耐磨耗性及びシール装置による許容可能なシールの実現は、相反することである。しかし、回転軸線ＲＲに対して斜角度にて提供することにより、許容可能な材料及びリーフシールの厚さに対し実現可能な性能基準を拡張する設計のため、最適な性能を実現すべく特定的な調節を許容する更なる制御されたパラメータが提供されることが理解されよう。
【００２２】
個々のリーフシール２２ｃは、隙間２７内及びリーフシール２２間の空間内の流体流れを通して撓むことが理解されよう。実質的に、リーフシール２２に対し斜角度を提供することにより、リーフシール２２間の空隙又は空間内での流体流れＸは、伴流することにより偏向されるが、流れＸは、個々のリーフシール２２から荷重を付与し、この荷重により、リーフシール２２は入口側３０から出口側３１まで変形することが理解されよう。かかる状況において、本発明のシール装置２１のリーフ厚さは、先端部２５を半径方向にのみならず、軸方向に変位されるときにも使用され、このため、上述したように、先端部２５の位置を制御することに関し更なるアプローチを提供し、このため、回転面２４と接触したリーフシール２２にて磨耗の虞れが最小の優れた密封性能を提供する。
【００２３】
本発明の改変例及び変更例は、当該技術の当業者により理解されよう。このため、上述したように、矩形のリーフシールを提供せずに、リーフシールは所定の輪郭外形とし且つ、非矩形の形状とすることができることが理解されよう。かかる状況において、リーフシールは、リーフの偏向及び制御程度を更に向上させ得るよう面取り加工し又は截頭円錐形の隅部を斜角度にて除去することができる。
【００２４】
リーフシールの端縁又は隅部のかかる面取り加工は、図２に破線４０で示した端縁に沿ってリーフシールの一部分を潜在的に除去することにより示されている。このように、リーフシールの前縁は、実質的に矩形のリーフシール要素と比較して、異なる作動性能を有することになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】非変位状態及び変位した作用可能な状態にあるリーフシールを利用する先行技術によるシール装置の概略図である。
【図２】非変位状態及び変位した作用可能な状態にある本発明に従ったシール装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    シール装置
２    リーフシール
２ａ    リーフシール
２ｃ    リーフシール
３    ハウジング
４    回転面
５    底部先端部
６    隙間空隙
７    隙間空隙
２１    シール装置
２２    リーフシール
２２ａ    リーフシール
２２ｃ    リーフシール
２３    ハウジング
２４    回転面
２５    先端部
２６    隙間／空隙
２７    隙間
２９    カバー板／前側板
３０    入口側
３１    出口側
４０    破線
ＣＣ    方向
ＤＤ    断面
Ｒ−Ｒ    回転軸線
Ｘ    高圧力側／流体流れ
Ｙ    低圧力側
【図１】
2008261498.tif 000003
【図２】
2008261498.tif 000004