(57)【要約】      （修正有）【課題】相対的に回転する同軸の構成要素の間を密封するためのリーフシールを製造する方法で、リーフシールの各々は、公差限界の範囲内でシーリング表面の半径に適合するパック半径を有し、リーフがシーリング表面と過度に干渉することが防止される。【解決手段】（ａ）所与の半径を有するシーリング表面３７と共に使用される複数のリーフシールを製造するための製造パラメータを決定するステップであって、製造されたリーフシールの少なくとも一部が過度な干渉を防止するための公差限界に適合しないパック半径を有するように、パラメータが決定される、ステップと、（ｂ）決定された製造パラメータを使用してリーフシールを製造するステップと、（ｃ）過度な干渉を防止するための公差限界に適合しない製造されたリーフシールの一部のパック半径を修正し、修正されたパック半径が公差限界の範囲内でシーリング表面３７に適合するようにする、ステップとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転する同軸の構成要素の間を密封するためのリーフシールであって、前記リーフシールの各々は、リーフの環状パックを備え、前記リーフは、前記環状パック内で互いに面するように重ねられており、前記リーフは、前記リーフの各々の根元部分で前記構成要素のうちの一方に装着可能であり、これにより、前記リーフは他方の前記構成要素のシーリング表面に向かって延在し、前記リーフの各々の縁部は前記シーリング表面とワイピング接触するように配置され、前記環状パックは、ワイピング接触する前記縁部において、公差限界の範囲内で前記シーリング表面の半径に適合するパック半径を有し、これにより、一方では前記リーフが前記シーリング表面と過度に干渉することが防止され、他方では密封が不十分になることが防止される、リーフシールを製造する方法であって、
前記方法は、
（ａ）所与の半径を有するシーリング表面と共に使用される複数のリーフシールを製造するための製造パラメータを決定するステップであって、製造された前記リーフシールの少なくとも一部が過度な干渉を防止するための前記公差限界に適合しないパック半径を有するように、前記パラメータが決定される、ステップと、
（ｂ）決定された前記製造パラメータを使用して前記リーフシールを製造するステップと、
（ｃ）過度な干渉を防止するための前記公差限界に適合しない前記製造されたリーフシールの前記一部のパック半径を修正し、修正された前記パック半径が前記公差限界の範囲内で前記シーリング表面に適合するようにする、ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）における前記製造パラメータが、リーフ間の隙間に対するリーフ厚さの比、溶接半径、リーフ設置角度、リーフ長さ、および、リーフの数、のうちのいずれか１つ、幾つか、または、すべてを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）において、前記決定がパック半径の予想されるポピュレーション分布に基づいて行われ、前記分布が前記製造パラメータの関数である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ａ）において、前記製造されたリーフシールの実質的にすべてが、（ｉ）前記公差限界の範囲内で前記シーリング表面に適合するパック半径、または、（ｉｉ）過度な干渉を防止するための前記公差限界に適合しないパック半径、のいずれかを有するように、前記パラメータが決定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）において、前記製造されたリーフシールの実質的にすべてが、過度な干渉を防止するための前記公差限界に適合しないパック半径を有するように、前記パラメータが決定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｃ）において、前記パック半径が、前記リーフの前記ワイピング接触する縁部から材料を除去することにより修正される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
前記リーフが径方向外側の構成要素に装着され、前記リーフの根元部分から、径方向内側の他の構成要素の前記シーリング表面まで径方向内向きに延在する、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に回転する同軸の構成要素の間を密封するためのリーフシールを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、全体が１０で示されるダクテッドファンガスタービンエンジンが、主軸である回転軸Ｘ−Ｘを有する。このエンジンは、軸流の流れの中に、空気取り入れ口１１と、推進ファン１２と、中圧圧縮器１３と、高圧圧縮器１４と、燃焼装置１５と、高圧タービン１６および中圧タービン１７と、低圧タービン１８と、コアエンジン排気ノズル１９とを有する。ナセル２１が概してエンジン１０を囲んでおり、またこのナセル２１は、取り込み口１１と、バイパスダクト２２と、バイパス排気ノズル２３とを画定している。
【０００３】
ガスタービンエンジン１０は、推進力を発生させるために、取り込み口１１に入る空気がファン１２によって加速されて２つの空気流れ：中圧圧縮器１３に入る第１の空気流れＡと、バイパスダクト２２を通過する第２の空気流れＢと、を発生させるような、従来の方式で動作する。中圧圧縮器１３が、さらなる圧縮が行われる高圧圧縮器１４に空気を送る前に、中圧圧縮器１３に誘導される空気流れＡを圧縮する。
【０００４】
高圧圧縮器１４から排気される圧縮空気が燃焼装置１５内に誘導され、そこで、圧縮空気が燃料と混合されてその混合物が燃焼される。次いで、得られるこの高温の燃焼生成物は、高圧タービン１６、中圧タービン１７および低圧タービン１８を通るように膨張してそれらの高圧タービン１６、中圧タービン１７および低圧タービン１８を駆動させ、その後、ノズル１９を通して排気されて追加の推進力を発生させる。高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンは、それぞれ、相互接続させている適切なシャフトを介して、高圧圧縮器１４、中圧圧縮器１３およびファン１２を駆動させる。
【０００５】
リーフシールは、１つの組立体内で個別のリーフの並列されるリーフ縁部からシール表面を形成するために適切に提供されるリーフ材料の複数の区間から形成される。通常、これらのリーフは、シールバリアを形成することを目的として、回転するシャフトに向けてリーフ縁部ひいてはシール表面を形成するために、回転するシャフトの周りに円周状に配置される。通常、リーフ縁部ひいてはシール表面を形成することを目的として、シール要素を正確に配置するため各リーフの間にスペーサ部材が設けられる。
【０００６】
ガスタービンエンジン内では、リーフシールが、固定される構成要素と回転する構成要素との間、２つの相対的に回転する構成要素の間、さらには、固定される２つの構成要素の間にシールを形成するのに使用され得、それにより、シールの一方側で相対的に高い圧力が維持されてさらにはシールの他方側で相対的に低い圧力が維持される。図２は、例えば、カバープレート３５を備えるバッキング（backing）リング３４を有するハウジング内で固定されるスペーサ要素３３から延在するリーフ３２を有するリーフシール組立体３１の一部分の破断斜視図を概略的に示している。リーフ３２が、矢印３８で示される方向に全体が回転する回転構成要素のシーリング表面３７に向けてリーフ縁部３６を形成する。リーフ３２、より詳細には、リーフ３２のリーフ縁部３６は、組立体３１を横断するシールを形成するために表面３７に対してワイピング接触（wiping contact）する。各リーフ３２は、一般に、良好な密閉作用が確実に得られるようにするために表面３７の回転ならびに径方向および軸方向の移動に対応できるように、柔軟性を有する。スペーサ３３は、一般に、表面３７に対してリーフ３２が適切に配置されるようにするための柔軟性が得られるようにするために必要であり、ここでは、図示されるように、リーフ３２と表面３７との間の角度は概して傾斜している。
【０００７】
スペーサ３３は、リーフ３２の根元部分の間に挿置される分離した構成要素であってよく、または、リーフ３２の根元部分のところで余分な材料を折り曲げることによって形成されてもよい。リーフ３２は、リーフと径方向との間の角度を変更するために、例えばスペーサ３３と出合うところで曲げられ得る。リーフの間でスペーサ３３を調整することにより、および／または、曲げ角度を変更することにより、リーフ間の間隔および／またはリーフ設置角度（ｌａｙ  ａｎｇｌｅ）が変更され得る。
【０００８】
このパック（pack）幾何形状は６つのパラメータ（一部が図３に示される）によって効果的に制御される：
・リーフ間の隙間Ｇに対するリーフ厚さＴの比
・リーフがスペーサと出合うところの半径Ｒ（溶接、接着または蝋付けにより、一般に、この位置でリーフが一体に接着される場合、しばしば「溶接半径（ｗｅｌｄ  ｒａｄｉｕｓ）」と称される）
・リーフの数
・リーフ設置角度α（すなわち、溶接半径のところのリーフと径方向の線との間の角度）
・リーフ長さＬ（すなわち、溶接半径から、ワイピング接触するリーフ縁部までの、リーフ長さ）
・リーフの軸方向長さ
上記の値が既知である場合、リーフ厚さおよびリーフ先端部の半径などの、別のパラメータも計算され得る。
【０００９】
シールの製造中、リーフパック幾何形状を正確に画定する６つのパラメータを得ることは不可能である。これは、原材料の変量（例えば、リーフ材料の厚さ）、および、シール製造中の形成処理で見られる変量（例えば、ハウジング内でのリーフの固定、または、リーフの曲げ）が原因となる場合がある。結果として、一束のリーフシールは一定範囲のシールボア半径（すなわち、リーフ縁部３６のところの半径）を有することになる。束が十分に大きい場合、ボア半径は概して通常は公称半径付近に分布される。
【００１０】
ボア半径の範囲によっては、標準サイズのロータにシールを装着するときに、多数のシールが干渉することになり（すなわち、シールボア半径がロータのシーリング表面の半径より小さい）、過剰に摩擦して熱を発生させ、それによりロータおよび／またはシールを損傷させる可能性がある。しかし、クリアランスを有しながら機能する別のシールでは（すなわち、シールボア半径がロータのシーリング表面の半径より大きい）、空気がその隙間を通って漏洩することから、漏洩特性が低下する。これらの事例はいずれも望ましいものではなく、シールが不適合となる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、リーフシールの製造方法の効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明は、相対的に回転する同軸の構成要素の間を密封するためのリーフシールを製造する方法を提供し、ここでは、各リーフシールは、リーフの環状パックを備え、リーフは、環状パック内で互いに面するように重ねられており、リーフは、リーフの各々の根元部分で構成要素のうちの一方に装着可能であり、これにより、リーフは他方の構成要素のシール表面に向かって延在し、リーフの各々の縁部はシール表面とワイピング接触するように配置され、環状パックは、ワイピング接触する縁部において、公差限界の範囲内でシール表面の半径に適合するパック半径を有し、これにより、一方ではリーフがシール表面と過度に干渉することが防止され、他方では密封が不十分になることが防止される。
【００１３】
この方法は、
（ａ）所与の半径を有するシール表面と共に使用される複数のリーフシールを製造するための製造パラメータを決定するステップであって、製造されたリーフシールの少なくとも一部が過度な干渉を防止するための公差限界に適合しないパック半径を有するように、パラメータが決定される、ステップと、
（ｂ）決定された製造パラメータを使用してリーフシールを製造するステップと、
（ｃ）過度な干渉を防止するための公差限界に適合しない製造されたリーフシールの一部のパック半径を修正し、修正されたパック半径が公差限界の範囲内でシール表面に適合するようにする、ステップと
を含む。
【００１４】
故意に過度に干渉するようなパック半径が得られるように製造パラメータを使用し、その干渉を排除するためにそれらのパック半径を修正することにより、製造方法全体の効率を向上させることが可能となる。詳細には、干渉するパックを修正する必要があることを認識した上で、パックの密閉が不十分になる問題を軽減または排除することができる。漏洩特性が低いために不適合となるシールを減らすことは、干渉するパックを修正するための追加のコストを補って余りある。
【００１５】
さらに、ステップ（ｂ）において、過度に干渉することを防止するための公差限界に適合しないパック半径を有するシールを故意に作ることにより、材料の変量に対するおよび形成プロセスの変量に対する許容範囲を制御することを緩和することができ（少なくとも、過度に干渉するような方向において）、それにより製造コストも低減することができる。
【００１６】
次に、本発明の任意選択の特徴を説明する。これらの特徴は、単独で、または、任意の組み合わせで、上述した本発明と共に適用可能である。
通常、ステップ（ａ）での製造パラメータには、以下のうちのいずれか１つ、幾つかまたはすべてが含まれる：リーフ間の隙間に対するリーフ厚さの比；溶接半径；リーフ設置角度；リーフ長さ；および、リーフの数。好適には、これらの製造パラメータには、リーフ間の隙間に対するリーフ厚さの比；溶接半径；および、リーフ設置角度、が少なくとも含まれる。
【００１７】
通常、ステップ（ａ）では、パック半径の予想されるポピュレーション分布（例えば、正規分布）に基づいて決定が行われ、この分布は製造パラメータの関数である。
ステップ（ａ）では、パラメータは以下のように決定されてよい：作られたリーフシールのうちの少なくとも４０％、６０％または８０％が、過度に干渉するのを防止するための公差限界に適合しないパック半径を有すること。
【００１８】
ステップ（ａ）では、パラメータは以下のように決定されてよい：作られたリーフシールのうちの５％以下、１％以下または０．５％以下が、密閉が不十分になることを防止するための公差限界に適合しないパック半径を有すること。
【００１９】
好適には、ステップ（ａ）では、パラメータは以下のように決定される：作られたリーフシールの実質的にすべてが、（ｉ）公差限界の範囲内でシーリング表面に適合するか、または、（ｉｉ）過度に干渉するのを防止するための公差限界に適合しない、のいずれかのパック半径を有すること。
【００２０】
ステップ（ａ）では、パラメータは以下のように決定されてよい：作られたリーフシールの実質的にすべてが過度に干渉するのを防止するための公差限界に適合しないパック半径を有すること。
【００２１】
ステップ（ａ）では、パラメータは以下のように決定されてよい：過度に干渉するのを防止するための公差限界に適合しない作られたリーフシールの実質的にすべてが、過度に干渉するのを防止するための公差限界をリーフの長さの１０％以下、５％以下または２％以下の長さだけ超えるパック半径を有すること。この場合、ステップ（ｃ）での過度に修正を行うこと（例えば、材料を除去すること）が回避され得る。
【００２２】
ステップ（ｃ）では、パック半径は、リーフのワイピング接触用縁部から材料を除去することにより修正され得る。例えば、これは、適宜、研削、研磨、電気加工または化学加工により、実施され得る。
【００２３】
この方法は、修正処理で発生する細片をすべて除去するために、修正されたシールを洗浄するステップをさらに含むことができる。
この方法は、ステップ（ｂ）と（ｃ）との間に、過度に干渉するのを防止するための公差範囲に適合しないパック半径を有する作られたリーフシールの部分を特定するステップを含んでよい。例えば、リーフシールは、較正された半径を有するシーリング表面を有するロータに装着することにより、特定され得る。接触部またはロータトルクを評価することにより、パック半径が決定され得る。別法として、作られたリーフシールをすべてステップ（ｃ）の修正処理で処理してもよいが、実際には、過度に干渉するのを防止するための公差限界に適合しないパック半径を有するリーフシールのみがこの処理で修正される。
【００２４】
通常、リーフは径方向外側の構成要素に装着され、それらの根元部分から、径方向内側の別の構成要素のシーリング表面まで、径方向内向きに延在する。したがって、パック半径は環状パックのボア半径（内径）であってよく、ステップ（ｃ）での修正はボア半径を増加させる修正であってよい。しかし、これは、シールのリーフパックが径方向内側の構成要素に装着され得ることおよびリーフが径方向外側の構成要素に向かって延在し得ることの可能性を排除するものではない。この場合、パック半径は環状パックの外径であってよく、ステップ（ｃ）での修正はこの外径を減少させる修正であってよい。
【００２５】
本発明のさらなる任意選択の特徴を以下で説明する。
次に、例として添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガスタービンエンジンを通る概略的な長手方向の断面図である。
【図２】リーフシール組立体の一部分を示す概略的な破断斜視図である。
【図３】リーフシール組立体のリーフスタックの一部を示す概略的な端面図である。
【図４】製造パラメータを決定するための手法における段階４０〜８０を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図２に示されるタイプのシールにおけるパック幾何形状を決定する６つのパラメータの、リーフパックのボア半径に対する影響を以下の表に示す。ここでの変量はこれらのパラメータで通常見られるものである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
得られるボア半径に対する入力変量の影響は、モンテカルロ分析またはロバスト設計法プロセスで一般に使用される別の方法などの手法を使用して決定され得る。入力パラメータの既知の統計的変量と共にこれらの手法を使用することにより、ボア半径の統計的変量を決定することが可能となる。
【００３０】
したがって、入力パラメータの公称値および／またはそれらの統計的変量を調整することにより、ボア半径の所望のポピュレーション（population）分布を有する一束のリーフシールを作るためのパラメータを決定することが可能となる。
【００３１】
図４は、本発明の方法における製造パラメータを決定するための手法の段階４０〜８０を示すフローチャートを示している。最初の段階４０で示されるこの手法への入力はシールの設計および必要なボア半径である。次に、段階５０で、製造経験に基づき（例えば、同じ設計のシールが以前に製造されている場合）、または、分析モデルに基づき、上記の表からの入力パラメータとボア半径との関係式が得られる。この関係式は以下の並びに沿った関数であってよい：
ボア半径＝関数（厚さの比、溶接半径、設置角度、リーフ長さ、リーフの数）
段階６０では、適用される所与の統計的変量と共に入力パラメータのための所与の値に基づいて製造試行で得られると予想されるリーフボア半径の分布を決定するために、段階５０で得られた関数が統計的に分析される。この分布は必要なボア半径と比較され（段階７０）、必要なボア半径より小さい実際のボア半径を有するシールの数（または、割合）が決定される。次いで、入力パラメータの公称値および／またはそれらの統計的変量が変更され、シールの所望の部分（または、全体）が必要なボア半径より小さい実際のボア半径を有するようになるまで、段階６０、７０および８０が繰り返される。
【００３２】
次に、決定されたパラメータを使用してリーフシールが作られる。次いで、過度に緊密なボア半径を有するように作られたシールが、必要なボア半径が得られるまでリーフボアから材料を除去するための次のプロセスを受ける。例えば、この次のプロセスは、ボア研削、電気加工（例えば、スパークエロージョン：接触するリーフ先端部が一体に接着されないように注意するべきであることに留意されたい）、化学加工（例えば、エッチング）、または、研磨ロータの上でシールを移動させること、であってよい。しかし、制御された形でシールボアから材料を除去する別のプロセスも採用されてよい。シールは、通常、材料除去処理で残った細片をすべて除去するために洗浄される。
【００３３】
有利には、作られたシールはすべて、リーフパック幾何形状を画定する製造パラメータの値および変量に関係なく正確なボア半径を有することになる。このようにして、不適合となるシールの数を減少させることができる。さらに、より大きい製造パラメータの変量を許容できるようになり、これはすなわち、公差制限を緩和できるということである。
【００３４】
例えば、必要なボア半径を有するシールを作るのではなく（公差を厳密に制御することが必要となることから、これは困難である）、必要なボア半径より実際のボアが小さくなるようにほとんどまたはすべてのシールを作ることができる。次いで、これらのシールは、必要なボアが得られるまで材料除去プロセスを受ける。材料除去プロセスで最終的なボアが得られることから、別の方式では適用する必要があるような厳密な公差制限を緩和することができる。
【００３５】
上述した例示の実施形態と併せて本発明を説明してきたが、本開示を読んだ当業者には多くの等価の修正形態および変更形態が明白であろう。例えば、図４で概説される手法は、適切な製造パラメータを決定するのに使用され得る複数の考えられる手法のうちの１つにすぎない。したがって、上述した本発明の例示の実施形態は例示的なものであり、限定的であるとみなされない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、説明された実施形態に対して種々の変更がなされ得る。
【符号の説明】
【００３６】
１０  エンジン
１１  空気取り入れ口
１２  推進ファン
１３  中圧圧縮器
１４  高圧圧縮器
１５  燃焼装置
１６  高圧タービン
１７  中圧タービン
１８  低圧タービン
１９  コアエンジン排気ノズル
２１  ナセル
２２  バイパスダクト
２３  バイパス排気ノズル
３１  リーフシール組立体
３２  リーフ
３３  スペーサ要素
３４  バッキングリング
３５  カバープレート
３６  リーフ縁部
３７  シーリング表面
３８  矢印
４０、５０、６０、７０、８０  段階
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2013087948000001.pdf