(57)【要約】【課題】摩耗寿命の向上をもたらすことができ、動作中にコンパートメント内へ引き込まれる空気の量を減らすことができ、専用のシール冷却の必要性を排除できるガスタービンエンジン用のベアリングコンパートメントシールシステムを提供すること。【解決手段】１つの態様において、本開示は、シャフトを支持するためのベアリングを含むベアリングコンパートメントシールシステムを対象とする。ハウジングが、ベアリングを密封するとともに、内部に潤滑剤を保持するためのコンパートメントを画定する。少なくとも２つのシールがシャフトとハウジングとの間に位置される。少なくとも２つのシール、ハウジング、及び、シャフトが共同してコンパートメントを密封する。少なくとも２つのシールのうちの一方のみがハイドロダイナミックシールである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（３０）を支持するためのベアリング（１１８）と、
前記ベアリング（１１８）を密封するハウジング（１０２）であって、前記ハウジング（１０２）が内部に潤滑剤を保持するためのコンパートメント（１２０）を画定する、ハウジング（１０２）と、
前記シャフト（３０）と前記ハウジング（１０２）との間に位置される少なくとも２つのシール（１０４，１０６）であって、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）、前記ハウジング（１０２）、及び、前記シャフト（３０）が共同して前記コンパートメント（１２０）を密封し、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のうちの一方のみがハイドロダイナミックシール（１０６）である、少なくとも２つのシール（１０４，１０６）と、
を備えるベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項２】
使用中、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のそれぞれの外面に作用する外圧がほぼ同じであり、使用中、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のそれぞれの内面に作用する内圧がほぼ同じであり、更に前記外圧が前記内圧よりも大きい、請求項１記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のうちの一方は、前記シャフト（３０）と前記ハウジング（１０２）との間に位置されるラビリンスシール（１０４）を備え、前記ラビリンスシール（１０４）が内面と外面とを備える、請求項１記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項４】
前記ハイドロダイナミックシール（１０６）は、前記シャフト（３０）のヘアピン形状部材（１４６）付近にあって前記ヘアピン形状部材（１４６）とシール係合状態にある、請求項１記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項５】
前記コンパートメント（１２０）から潤滑剤及び空気を除去するための排出ポンプ（１４８）を更に備える、請求項１記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項６】
前記排出ポンプ（１４８）は、潤滑剤を前記コンパートメント（１２０）から潤滑剤冷却器（１５４）を介して潤滑剤リザーバ（１５０）へ送出する、請求項５記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項７】
潤滑剤から空気を除去するための脱気装置（１５６）を更に備える、請求項５記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項８】
新鮮な前記潤滑剤リザーバ（１５０）からの潤滑剤を前記コンパートメント（１２０）へ送出するための新鮮潤滑剤ポンプ（１５８）を更に備える、請求項７記載のベアリングコンパートメントシールシステム（１００）。
【請求項９】
コンプレッサ（２４）と、
燃焼器（２６）と、
タービン（２８）と、
前記コンプレッサ（２４）と前記タービン（２４）とを回転可能に結合するシャフト（３０）と、
前記シャフト（３０）と前記コンプレッサ（２４）又は前記タービン（２８）のうちの一方との間に位置されるベアリング（１１８）と、
前記ベアリング（１１８）を密封するハウジング（１０２）であって、前記ハウジング（１０２）が内部に潤滑剤を保持するためのコンパートメント（１２０）を画定する、ハウジング（１０２）と、
遠隔潤滑剤リザーバ（１５０）と、
潤滑剤を前記コンパートメント（１２０）と前記遠隔潤滑剤リザーバ（１５０）との間で再循環させるための少なくとも１つのポンプと、
前記シャフト（３０）と前記ハウジング（１０２）との間に位置される少なくとも２つのシール（１０４，１０６）であって、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）、前記ハウジング（１０２）、及び、前記シャフト（３０）が共同して前記コンパートメント（１２０）を密封し、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のうちの一方のみがハイドロダイナミックシール（１０６）である、少なくとも２つのシール（１０４，１０６）と、
を備えるガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
使用中、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のそれぞれの外面に作用する外圧がほぼ同じであり、使用中、前記少なくとも２つのシール（１０４，１０６）のそれぞれの内面に作用する内圧がほぼ同じであり、更に前記外圧が前記内圧よりも大きい、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記シャフト（３０）は、前記ハイドロダイナミックシール（１０６）付近にあって前記ハイドロダイナミックシール（１０６）とシール係合状態にあるヘアピン形状部材（１４６）を含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのポンプは、潤滑剤を前記コンパートメント（１２０）から前記潤滑剤リザーバ（１５０）へ送出するための排出ポンプ（１４８）と、潤滑剤を前記潤滑剤リザーバ（１５０）から前記コンパートメント（１２０）へ送出するための新鮮潤滑剤ポンプ（１５８）とを更に備える、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記ハイドロダイナミックシール（１０６）の外面（１４２）にコンプレッサブリード空気を供給するとともに前記ラビリンスシール（１０４）の外面（１３８）に作用する圧力を供給するためのコンプレッサブリード空気ポート（１２６）を更に備える、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
潤滑剤から空気を除去するための脱気装置（１５６）を更に備える、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
複数のファンブレード（４４）を有するファンセクション（１６）を更に備え、前記シャフト（３０）がその回転のために前記ファンセクション（１６）に直接に取り付けられる、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
複数のファンブレード（４４）を有するファンセクション（１６）と、
ギアボックス（３７）であって、前記シャフト（３０）が前記ギアボックス（３７）に取り付けられ、前記ギアボックス（３７）が前記ファンセクション（１６）を回転させる、ギアボックス（３７）と、
を更に備える、請求項９記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
ガスタービンエンジン（１０）内のベアリングコンパートメント（１２０）をシールするための方法（２００）であって、
少なくとも１つのベアリング（１１８）を用いて長手方向軸（１２）を有するシャフト（３０）を少なくとも部分的に支持するステップ（２０２）と、
前記長手方向軸（１２）の周りで前記シャフト（３０）を回転させるステップ（２０６）と、
前記少なくとも１つのベアリング（１１８）を潤滑するための潤滑剤を保持するためのコンパートメント（１２０）を画定するハウジング（１０２）によって前記少なくとも１つのベアリング（１１８）のそれぞれを少なくとも部分的に密封するステップ（２０４）と、
ハイドロダイナミックシール（１０６）の外面（１４２）及びラビリンスシール（１０４）の外面（１３８）に作用する第１の圧力を生成するステップ（２０８）と、
前記ハイドロダイナミックシール（１０６）の内面（１４４）及び前記ラビリンスシール（１０４）の内面（１３６）に作用する第２の圧力を生成するステップ（２１０）であって、前記第１の圧力は、空気が前記ハイドロダイナミックシール（１０６）を通じて前記コンパートメント（１２０）内へ引き込まれるように前記第２の圧力よりも相対的に大きい、ステップ（２１０）と、
を備える方法（２００）。
【請求項１８】
前記第１の圧力を形成する前記ステップ（２０８）は、コンプレッサ（２４）からのブリード空気を用いて前記第１の圧力を形成するステップを更に備える、請求項１７記載の方法（２００）。
【請求項１９】
排出ポンプ（１４８）を用いて前記コンパートメント（１２０）から潤滑剤を送出するステップを更に備える、請求項１７記載の方法（２００）。
【請求項２０】
脱気装置（１５６）を使用して潤滑剤から空気を除去するステップを更に備える、請求項１９記載の方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンにおけるベアリングコンパートメントシールシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、ロータアセンブリ、コンプレッサ、及び、タービンを含む。ロータアセンブリは、ロータシャフトから径方向外側に延びるファンブレードの配列を有するファンを含む。タービンからの出力及び回転動作をコンプレッサ及びファンの両方に伝えるロータシャフトは、複数のベアリングアセンブリを使用して長手方向で支持される。公知のベアリングアセンブリは、対を成す軌道輪の内側に支持される１つ以上の転動要素を含む。ロータの臨界速度マージンを維持するために、ロータアセンブリは、一般に、３つのベアリングアセンブリ、すなわち、１つのスラストベアリングアセンブリと２つのローラベアリングアセンブリとに支持される。スラストベアリングアセンブリは、ロータシャフトを支持して、ロータシャフトの軸方向及び径方向の動作を最小限に抑え、一方、ローラベアリングアセンブリは、ロータシャフトの径方向の動きを支持する。
【０００３】
一般に、これらのベアリングアセンブリは、ベアリングアセンブリの周囲に径方向に配置されるハウジング内に密封される。ハウジングは、ベアリングを潤滑するための潤滑剤（例えば、油）を保持するコンパートメント又は貯留槽を形成する。この潤滑剤は、潤滑剤ギア又は他のシールであってもよい。ハウジングとロータシャフトとの間の隙間は、ハウジングに対するロータシャフトの回転を可能にするために必要である。ベアリングシールシステムは、通常、２つのそのような隙間を含む。すなわち、一方の隙間が上流側端部にあり、もう一方の隙間が下流側端部にある。この点において、それぞれの隙間に配置されるシールは、潤滑剤がコンパートメントから抜け出ることを防止する。公知のシールは、ラビリンスシール又はナイフエッジシールとカーボンシールとを含む。
【０００４】
しかしながら、カーボンシールは、動いているロータシャフトと直接に接触する場合があり、そのため、シールの摩耗寿命が減少するとともに、その専用の冷却を必要とする場合がある。この点において、多くのガスタービンは、現在、高速で回転するロータシャフトと接触しないハイドロダイナミックシールを使用する。具体的には、ハイドロダイナミックカーボンシールは、シールを通じて空気をコンパートメント内へ引き込み、それにより、移動構成要素と固定構成要素との間の隙間を維持する。コンパートメント内に引き込まれる空気の圧力は、潤滑剤が抜け出すことを防止する。それにもかかわらず、接触シールの代わりに２つのハイドロダイナミックシールを使用すると、ベアリングコンパートメントシールシステムのサイズ、重量、コスト、及び、設置の複雑さが増大する。
【０００５】
したがって、当該技術分野においては、摩耗寿命の向上をもたらすことができ、動作中にコンパートメント内へ引き込まれる空気の量を減らすことができ、専用のシール冷却の必要性を排除できるガスタービンエンジン用のベアリングコンパートメントシールシステムが歓迎される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０２５５１５６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、以下の説明に部分的に記載され、或いは、説明から明らかである場合があり、或いは、本発明の実践を通じて学習されてもよい。
【０００８】
１つの態様において、本開示は、シャフトを支持するためのベアリングを含むベアリングコンパートメントシールシステムを対象とする。ハウジングが、ベアリングを密封するとともに、内部に潤滑剤を保持するためのコンパートメントを画定する。少なくとも２つのシールがシャフトとハウジングとの間に位置される。少なくとも２つのシール、ハウジング、及び、シャフトが共同してコンパートメントを密封する。少なくとも２つのシールのうちの一方のみがハイドロダイナミックシールである。
【０００９】
本開示の別の態様はガスタービンエンジンに関する。ガスタービンエンジンは、コンプレッサと、燃焼器と、タービンと、コンプレッサとタービンとを回転可能に結合するシャフトとを含む。ベアリングがシャフトとコンプレッサ又はタービンのうちの一方との間に位置決めされる。ハウジングが、ベアリングを密封するとともに、内部に潤滑剤を保持するためのコンパートメントを画定する。潤滑剤をコンパートメントと遠隔潤滑剤リザーバとの間で再循環させるための少なくとも１つのポンプ。少なくとも２つのシールがシャフトとハウジングとの間に位置される。少なくとも２つのシール、ハウジング、及び、シャフトが共同してコンパートメントを密封する。少なくとも２つのシールのうちの一方のみがハイドロダイナミックシールである。
【００１０】
本開示の更なる態様は、ガスタービンエンジン内のベアリングコンパートメントをシールするための方法を含む。方法は、少なくとも１つのベアリングを用いて長手方向軸を有するシャフトを少なくとも部分的に支持することを含む。シャフトは長手方向軸の周りで回転される。少なくとも１つのベアリングのそれぞれは、少なくとも１つのベアリングを潤滑するための潤滑剤を保持するためのコンパートメントを画定するハウジングによって少なくとも部分的に密封される。第１の圧力がハイドロダイナミックシールの外面及びラビリンスシールの外面に作用して生成される。第２の圧力がハイドロダイナミックシールの内面及びラビリンスシールの内面に作用して生成される。第１の圧力は、第２の圧力よりも相対的に大きく、それにより、空気をハイドロダイナミックシールを通じてコンパートメント内へ引き込む。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様、及び、利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲に関連してより良く理解できる。この明細書に組み入れられてこの明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示すとともに、明細書本文と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
当業者に向けられた、本発明の最良の形態を含む、本発明の完全な且つ権能を与える開示が、添付の図を参照する明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本主題の態様に係る航空機内で利用されてもよいガスタービンエンジンの１つの実施形態の断面図である。
【図２】本主題の態様に係るガスタービンエンジンのシャフトに対してベアリングコンパートメントハウジングをシールするためのベアリングコンパートメントシールシステムの１つの実施形態の断面図である。
【図３】ベアリングコンパートメントハウジングの軸方向両端に配置されるラビリンスシール及びハイドロダイナミックカーボンシールを特に示す、図２に示されるベアリングコンパートメントシールシステムの拡大断面図である。
【図４】本主題の態様に係る、ガスタービン内、より具体的にはコンパートメント内の潤滑剤を脱気するための潤滑剤循環システムの概略図である。
【図５】本主題の態様に係るベアリングコンパートメントシールシステムを使用する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、本発明の実施形態について詳しく言及し、実施形態の１つ以上の例が図面に示される。それぞれの例は、本発明の説明として与えられており、本発明の限定として与えられていない。実際に、当業者に明らかなように、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本発明において様々な改変及び変形を行なうことができる。例えば、１つの実施形態の一部として図示され或いは説明される特徴は、また更なる実施形態をもたらすべく別の実施形態と共に使用され得る。したがって、本発明がそのような改変及び変形を添付の特許請求の範囲内及びその等価物の範囲内に入るように網羅することが意図される。
【００１５】
改良されたベアリングコンパートメントシールシステムは一般にガスタービンエンジンのために提供される。具体的には、幾つかの実施形態において、シールシステムは、シャフトを支持するベアリングを少なくとも部分的に密封するハウジングを含んでもよい。ハウジングは、ベアリングを潤滑するための潤滑剤を保持するためのコンパートメントを画定する。シールシステムは、ハウジングとシャフトとの間をシールするためのハイドロダイナミックカーボンシール及びラビリンスシールを更に含む。ハイドロダイナミックシール及びラビリンスシールの外面は第１の圧力を受ける。ハイドロダイナミックシール及びラビリンスシールの内面は第２の圧力を受ける。第１の圧力は第２の圧力よりも相対的に大きく、それにより、潤滑剤がコンパートメントから抜け出ることが防止される。
【００１６】
加えて、以下で説明されるように、シールシステムは、コンパートメント内の潤滑剤を脱気して再循環させるための脱気システムを含んでもよい。例えば、排出ポンプが潤滑剤をコンパートメントから潤滑剤冷却器を介して潤滑剤リザーバへ送出してもよい。脱気装置が潤滑剤中に混入された空気を除去してもよい。その後、ベアリング潤滑を進めるために、新鮮潤滑剤ポンプが新鮮な潤滑剤を潤滑剤リザーバからコンパートメントへ送出してもよい。
【００１７】
ここで、図面を参照すると、図１は、本主題の態様に係る航空機内で利用されてもよいガスタービンエンジン１０の１つの実施形態の断面図を示し、この場合、エンジン１０は、基準目的のためにエンジンを貫通して延びる長手方向中心線軸又は軸方向中心線軸１２を有して示されている。一般に、エンジン１０は、コアガスタービンエンジン（参照文字１４によって全体的に示される）と、その上流側に位置決めされるファンセクション１６とを含んでもよい。コアエンジン１４は、一般に、環状入口２０を画定する略管状の外側ケーシング１８を含んでもよい。加えて、外側ケーシング１８は、コアエンジン１４に入る空気の圧力を第１の圧力レベルまで増大させるためのブースタコンプレッサ２２を更に密封して支持してもよい。その後、高圧多段軸流コンプレッサ２４が、ブースタコンプレッサ２２からの加圧空気を受けて、そのような空気の圧力を更に増大させもよい。高圧コンプレッサ２４から出る加圧空気は、その後、燃焼器２６へと流れてもよく、燃焼器２６内では燃料が加圧空気流中へ噴射され、その結果として生じる混合物が燃焼器２６内で燃焼される。高エネルギー燃焼生成物は、燃焼器２６から、エンジン１０の高温ガス経路に沿って、第１の（高圧）駆動シャフト３０を介して高圧コンプレッサ２４を駆動させるための第１の（高圧）タービン２８へと方向付けられた後、第１の駆動シャフト３０と略同軸の第２の（低圧）駆動シャフト３４を介してブースタコンプレッサ２２及びファンセクション１６を駆動させるための第２の（低圧）タービン３２へと方向付けられる。燃焼生成物は、各タービン２８，３２を駆動させた後、推進力のあるジェット推力を与えるために排気ノズル３６を介してコアエンジン１４から排出されてもよい。
【００１８】
加えて、図１に示されるように、エンジン１０のファンセクション１６は、一般に、環状ファンケーシング４０により取り囲まれる回転可能な軸流ファンロータアセンブリ３８を含んでもよい。当業者であれば分かるように、ファンケーシング４０は、複数の略径方向に延びる周方向に離間された出口ガイドベーン４２によってコアエンジン１４に対して支持されてもよい。したがって、ファンケーシング４０は、ファンロータアセンブリ３８及びその対応するファンロータブレード４４を密封してもよい。更に、ファンケーシング４０の下流側セクション４６は、推進力のある追加のジェット推力を与える第２の空気流導管又はバイパス空気流導管４８を画定するべくコアエンジン１４の外側部分を覆って延びてもよい。
【００１９】
幾つかの実施形態では、直接駆動形態をもたらすために第２の（低圧）駆動シャフト３４がファンロータアセンブリ３８に直接に結合されてもよいことが理解されるべきである。或いは、間接駆動形態又はギア駆動形態をもたらすために、第２の駆動シャフト３４は、減速装置３７（例えば、減速ギア又は減速ギアボックス）を介してファンロータアセンブリ３８に結合されてもよい。そのような減速装置は、望み通りに或いは必要に応じて任意の他の適したシャフト及び／又はエンジン内のスプール間に設けられてもよい。
【００２０】
エンジン１０の動作中、初期空気流（矢印５０により示される）がファンケーシング４０の関連する入口５２を介してエンジン１０に入ってもよいことが理解されるべきである。その後、空気流５０は、ファンブレード４４を通過して、導管４８を通じて移動する第１の圧縮空気流（矢印５４により示される）と、ブースタコンプレッサ２２に入る第２の圧縮空気流（矢印５６により示される）とに分かれる。その後、第２の圧縮空気流５６の圧力は増大されて（矢印５８により示されるように）高圧コンプレッサ２４に入る。燃料と混合して燃焼器２６内で燃焼された後、燃焼生成物６０は、燃焼器２６から抜け出て、第１のタービン２８を通過して流れる。その後、燃焼生成物６０は、第２のタービン３２を通過して流れて、エンジン１０のための推力を与えるべく排気ノズル３６から出る。
【００２１】
ここで、図２−図４を参照すると、ガスタービンエンジン１０内で使用するのに適したベアリングコンパートメントシールシステム１００の１つの実施形態の様々な図が本主題の態様にしたがって示される。具体的に、図２は、ガスタービンエンジン１０のシャフトに対してベアリングコンパートメントハウジング１０２をシールするためのシールシステム１００の断面図である。図３は、ベアリングコンパートメントハウジング１０２の軸方向両端に配置されるラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６を特に示す、図２に示されるシールシステム１００の拡大断面図である。加えて、図４は、コンパートメント１０２からの潤滑剤を脱気するための随意的な潤滑剤脱気システム１０８の概略図である。更に、図５は、シールシステム１００を使用してコンパートメント１２０をシールする方法２００のフローチャートである。
【００２２】
図２に示されるように、シールシステム１００は、一般に、ベアリングコンパートメントハウジング１０２とこのベアリングコンパートメントハウジング１０２に対して回転する高圧駆動シャフト３０との間をシールしてもよい。シールシステム１００は、エンジン１０内の任意の固定された構成要素と任意の回転するシャフト（例えば、低圧駆動シャフト３４）との間をシールしてもよい。前述の相対的な回転は、１つ以上のステータベーン１１２がコンプレッサ導管１１４を通じて流れる燃焼生成物６０を高圧駆動シャフト３０に結合される１つ以上のタービンブレード１１６へと方向付けるときに起こる。ベアリングアセンブリ１１８は、エンジン１０内の様々な固定された構成要素に対して高圧駆動シャフト３０を支持する。ベアリングコンパートメントハウジング１０２は、ベアリングアセンブリ１１８を少なくとも部分的に径方向に密封し、それにより、ベアリングアセンブリ１１８が内部に配置される好ましくは放射形状を有する貯留槽又はコンパートメント１２０を形成する。ベアリングアセンブリ１１８の様々な構成要素を潤滑するための潤滑剤（例えば、油）がコンパートメント１２０を通じて循環する。高圧キャビティ１２４がベアリングコンパートメントハウジング１０２の外側に配置される。好ましくは、タービン２８からのブリード空気は、コンパートメント１２０内の圧力よりも相対的に大きい圧力まで高圧キャビティ１２４を加圧するためにブリード空気ポート１２６を通過して流れる。
【００２３】
ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６などの少なくとも２つのシールが高圧駆動シャフト３０とベアリングコンパートメントハウジング１０２との間にある。しかしながら、少なくとも２つのシールは、一方の１つだけがハイドロダイナミックシール１０６である限り、任意の適したタイプのシールであってもよい。すなわち、シールシステム１００には多くて１つのハイドロダイナミックシール１０６が存在し得る。ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６は、高圧キャビティ１２４とコンパートメント１２０とを分離する。図２は、ハイドロダイナミックシール１０６の上流側に配置されるラビリンスシール１０４を示すが、同様にハイドロダイナミックシール１０６がラビリンスシール１０４の下流側に位置決めされてもよい。
【００２４】
この点において、ベアリングコンパートメントハウジング１０２、少なくとも２つのシール（例えば、ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６）、及び、高圧駆動シャフト３０は、共同してコンパートメント１２０を密封する。すなわち、ベアリングコンパートメント１０２、少なくとも２つのシール、及び、高圧駆動シャフト３０の組み合わせは、コンパートメント１２０を軸方向で、径方向で、及び、周方向で完全に取り囲む。更に、少なくとも２つのシール（例えば、ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６）は、コンパートメント１２０を密封する唯一のシールである。
【００２５】
図３に示される実施形態では、ベアリングアセンブリ１１８がローラーベアリングであってもよい。しかしながら、ベアリングアセンブリ１１８がスラストベアリング又は当該技術分野において知られる任意の他のタイプのベアリングであってもよい。より具体的には、ベアリングアセンブリ１１８は、高圧駆動シャフト３０の外面の周りで周方向に延びる内軌道輪１２８を含む。内軌道輪１２８よりも径方向外側には外軌道輪１３０が配置され、この外輪１３０は、ベアリングコンパートメントハウジング１０２の内面に嵌まる。内軌道輪１２８及び外軌道輪１３０が分割軌道輪形態を有してもよい。内軌道輪１２８及び外軌道輪１３０は、それらの間で少なくとも１つの転動要素１３２を挟持する。好ましくは、軌道輪１２８及び外軌道輪１３０は、それらの間で少なくとも３つの転動要素１３２を挟持する。転動要素１３２は、一般に、ボール又はローラなどの任意の適したベアリング要素に対応してもよい。
【００２６】
また、図３は、ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６を更に厳密に示す。重要なことには、ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６は、高速での動作時に固定構成要素と移動構成要素との間の接触を必要としない非接触シールである。非接触シールは、一般に、接触シールよりも長い耐用年数を有する。しかし、それぞれのタイプのシールは異なる態様で作用する。ラビリンスシール１０４は内面１３６と外面１３８とを含む。内外面１３６，１３８間で延びる曲がりくねった経路（図示せず）は、潤滑剤がコンパートメント１２０から抜け出ることを防止する。ラビリンスシール１０４の外面１３８に作用する空気圧（すなわち、高圧キャビティ１２４内の空気圧）は、ラビリンスシール１０４の内面１３６に作用する空気圧（すなわち、コンパートメント１２０内の空気圧）よりも大きい。この点において、固定構成要素及び回転構成要素は、これらの間の相対的な回転中に空気膜によって分離される。
【００２７】
それにもかかわらず、ハイドロダイナミックシール１０６は、固定構成要素と回転構成要素とを分離する１つ以上の溝１４０を含む。ハイドロダイナミックシール１０６の外面１４２に作用する空気圧（すなわち、高圧キャビティ１２４内の空気圧）は、ハイドロダイナミックシール１０６の内面１４４に作用する空気圧（すなわち、コンパートメント１２０内の空気圧）よりも大きい。したがって、高圧キャビティ１２４からの空気は、溝１４０を通じてコンパートメント１２０内へと流れ、それにより、固定構成要素と回転構成要素との間に空気膜を生成する。
【００２８】
１つの実施形態において、ハイドロダイナミックシール１０６は、高圧駆動シャフト３０のヘアピン部材１４６付近にあってこのヘアピン部材１４６とシール係合状態にある。より具体的には、ヘアピン部材１４６は、径方向壁１６６によって径方向内側シャフト部１６４から径方向にオフセットされる径方向外側シャフト部１６２を含む。この点において、径方向外側シャフト部１６２、径方向内側シャフト部１６４、及び、径方向壁１６６は、これらの間にキャビティ１６８を画定する。１つの実施形態では、径方向外側シャフト部１６２がハイドロダイナミックシール１０６とシール係合状態にある。この点において、径方向外側シャフト部１６２は、高圧駆動シャフト３０が静止している或いは低速で回転しているときにハイドロダイナミックシール１０６と接触する。それにもかかわらず、ハイドロダイナミックシール１０６は、高圧駆動シャフト３０が高速で回転するときに径方向外側シャフト部１６２から離昇する。
【００２９】
ヘアピン部材１４６は、ガスタービンエンジン１０の性能を向上させてもよい。より具体的には、コンパートメント１２０からの潤滑剤は、ヘアピン部材１４６の径方向外側シャフト部１６２の径方向内側面と接触してこの径方向内側面を冷却することができる。これは、今度は、低速でハイドロダイナミックシール１０６と接触状態にあり且つ高速でハイドロダイナミックシール１０６の近傍にある径方向外側シャフト部１６２の径方向外側面を冷却する。すなわち、径方向外側面からの熱は、径方向外側シャフト部１６２を通じて、潤滑剤により冷却される径方向外側シャフト部の径方向内側面に伝導する。これは、ハイドロダイナミックシール１０６を更に冷えた状態に保ち、今度は、ガスタービンエンジン１０が更に熱く且つ高速で作動できるようにし、それにより、ガスタービンエンジンの性能を向上させる。
【００３０】
重要なことには、ラビリンスシール１０４の外面１３８に作用する圧力及びハイドロダイナミックシール１０６の外面１４２に作用する圧力はほぼ同じでなければならない。すなわち、高圧キャビティ１２４内の空気圧は、空気流の流れの生成を防止するべく全体にわたってほぼ同じでなければならない。これらの空気の流れは、ハイドロダイナミックシール１０６から離れるように空気を方向付ける可能性がある。
【００３１】
図４は、随意的な潤滑剤循環システム１０８の１つの実施形態の概略図である。前述したように、空気は、ラビリンスシール１０４及びハイドロダイナミックシール１０６を通じてコンパートメント１２０内へと流れる。したがって、この空気及びそれと関連付けられる熱は、適切な潤滑剤特性を維持するべく除去されなければならない。この点において、脱気システム１０８は、空気が混入した潤滑剤をコンパートメント１２０から潤滑剤リザーバ１５０へ送出する排出ポンプ１４８を含んでもよい。潤滑剤は、リザーバ１５０に達する前に、随意的に、内部の任意の不純物又は汚染物を除去するべく排出フィルタ１５２を通過してもよい。タービン２８からの高温ブリード空気又はベアリングアセンブリ１１８からの摩擦によって加熱されてしまう場合がある潤滑剤を潤滑剤冷却器１５４が冷却してもよい。潤滑剤をリザーバ１５０内に蓄える前に潤滑剤中に混入される空気を脱気装置１５６が除去する。排出ポンプ１４８によってコンパートメント１２０から送出された潤滑剤を交換するために新鮮潤滑剤ポンプ１５８が必要に応じて潤滑剤を潤滑剤リザーバ１５０からコンパートメント１２０へ送出してもよい。潤滑剤は、随意的に、コンパートメント１２０に入る前に供給フィルタ１６０を通過してもよい。
【００３２】
図５は、ベアリングコンパートメントハウジング及び関連するシャフトをシールするための典型的な方法を示すフローチャートである。ステップ（２０２）では、高圧駆動シャフト３０などのシャフトが１つ以上のベアリングアセンブリ１１８によって少なくとも部分的に支持される。ステップ（２０４）では、１つ以上のベアリングアセンブリ１１８のそれぞれがベアリングコンパートメントハウジング１０２によって少なくとも部分的に密封される。次に、ステップ（２０６）では、高圧駆動シャフト３０が長手方向軸１２の周りで回転される。先において更に詳しく論じられたように、高圧駆動シャフト３０は、一般に、燃焼生成物６０がタービン２８を通過して流れるときに回転する。ステップ（２０８）では、第１の圧力（すなわち、高圧キャビティ１２４内の圧力）がラビリンスシール１０４の外面１３８及びハイドロダイナミックシール１０６の外面１４２に作用して生成される。１つの実施形態では、この第１の圧力がタービン２８からのブリード空気によって供給されてもよい。その後、ステップ（２１０）では、第２の圧力がラビリンスシール１０４の内面１３６及びハイドロダイナミックシール１０６の内面１４４に作用して生成される。第１の圧力は第２の圧力よりも相対的に大きい。したがって、空気が高圧キャビティ１２４からコンパートメント１２０へと流れ、それにより、固定構成要素と回転構成要素との間に空気膜が生成される。ステップ（２０８）及びステップ（２１０）は逆の順序で或いは同時に行なわれてもよい。
【００３３】
ベアリングコンパートメントシールシステム１００は、公知のシールシステムと比べて特に有利である。多くの接触シール構成とは異なり、シールシステム１００は非接触シール構成である。非接触シールに伴う摩擦の減少は、公知の接触シール構成よりも長い耐用年数、低いメンテナンスコスト及び修理コスト、及び、大きなオンウイング時間（ＴＯＷ）をもたらす。更に、シールシステム１００は、接触シールとは異なり、専用の冷却を必要としない。１つのハイドロダイナミックシールと１つのラビリンスシールとを有するシールシステム１００は、２つのラビリンスシールを伴うシール構成よりもコンパートメント内への空気の引き込みが少ない。すなわち、空気流は、ハイドロダイナミックシールよりもラビリンスシールの方が多く通過する。したがって、コンパートメント１２０内へ引き込まれる熱が少なく、それにより、ガスタービンエンジン熱システムに作用する負荷が減少し、コンパートメント１２０内でより高い温度限界が可能となる。また、シールシステム１００は、２つのハイドロダイナミックシールを伴うシール構成よりも軽量で、安価であるとともに、小型である。
【００３４】
この書かれた説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示するとともに、任意の装置又はシステムを作製して使用すること、及び、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が発明を実践できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、或いは、それらが特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガスタービンエンジン
１２  軸方向
１４  エンジン
１６  ファンセクション
１８  外側ケーシング
２０  環状入口
２２  ブースタコンプレッサ
２４  軸流コンプレッサ
２６  燃焼器
２８  タービン
３０  高圧駆動シャフト
３２  低圧タービン
３４  低圧駆動シャフト
３７  減速装置
３８  ファンロータアセンブリ
４０  環状ファンケーシング
４２  出口ガイドベーン
４４  ファンロータブレード
４６  下流側セクション
４８  空気流導管
５０  空気流
５２  入口
５４  矢印
５６  空気流
５８  矢印
６０  燃焼生成物
１００  ベアリングコンパートメントシールアセンブリ
１０２  ベアリングコンパートメントハウジング
１０４  ラビリンスシール
１０６  ハイドロダイナミックシール
１０８  潤滑剤脱気システム
１１０  使用せず
１１２  ステータベーン
１１４  コンプレッサ導管
１１６  タービンブレード
１１８  ベアリングアセンブリ
１２０  コンパートメント
１２４  高圧キャビティ
１２６  ブリード空気ポート
１２８  内輪
１３０  外輪
１３２  転動要素
１３６  ラビリンスシールの内面
１３８  ラビリンスシールの外面
１４０  溝
１４２  ハイドロダイナミックシールの外面
１４４  ハイドロダイナミックシールの内面
１４６  ヘアピン形状部材
１４８  排出ポンプ
１５０  潤滑剤リザーバ
１５２  排出フィルタ
１５４  潤滑剤冷却器
１５６  脱気装置
１５８  新鮮潤滑剤ポンプ
１６０  供給フィルタ
１６２  径方向外側シャフト部
１６４  径方向内側シャフト部
１６６  径方向壁
１６８  キャビティ
【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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【外国語明細書】
2017048781000001.pdf