JPS63255529A - 気密シール組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複数個の回転可能な部材の間に形成される環
状空隙のためのシールに係わる。

従来の技術 二つの同心の部材の間に気密障壁を形成するために環状
シールを使用することはよく知られている。同様に、か
かるシールを使用して回転可能な互に同心の部材の周り
に気密障壁を形成することも知られている。軸線方向に
延在する突起を有し局部的に苛酷な環境に曝される複数
個の互に同心の回転可能な部材を有するより一層複雑な
構造に於ては、それらの回転可能な部材の運動を阻害す
ることなく所望のシール効果を達成するのに有効且実用
的な環状シールを形成するためにはある程度の改良が必
要である。

かかる分野の一例は、例えば、エンジンの高温の排気ガ
スと相互作用する複数個の推力方向制御フラップ及び面
を有するガスタービンエンジンの排気ノズルである。環
状シールを要する一つの特定の構造は、排気ノズル流路
の横方向の境界を郭定する互に隔置された一対の垂直の
側壁と、ガス流路の可変の上部境界及び下部境界を郭定
する可動の上部及び下部フラップ組立体とを有し、これ
らの上部及び下部フラップ組立体が操作されることによ
ってノズルの喉部面積及び推力の方向が変更されるよう
構成された二次元型推力方向制御式排気ノズルである。

特に二次元型排気ノズルのなかには、互に隔置された第
一及び第二の側壁の間に横方向に延在しスパン方向両端
部にて対応する側壁内に配置された回転可能なディスク
に固定された先細フラップを含むものがある。またかか
る特定のノズル構造体は先細フラップと共通の軸線の周
りに回転可能な半円筒形のアーク弁を含み、アーク弁は
先細フラップのディスクの周りに同心に配置された第一
及び第二の環状リムの間に延在する半円筒形の部材を含
んでいる。

適正な時間にアーク弁を回動することにより、排気ガス
の流れが必要に応じて推力の逆転や推力の方向制御を行
なうための他の排気ガス流路内へ導入される。各対応す
る先細フラップのディスク、環状リム、及びその周囲の
側壁の間に郭定される環状空間は、ノズル内を流れる高
温且高圧の排気＝　　５　− ガスが支持軸受、リンク機構、及び比較的温度に敏感な
他の構造体を含む周囲のフラップ構造体内へ漏洩するこ
とを回避するためには、排気ガスが流通することがない
ようシールされなければならない。アフタバーナが作動
されている場合に於ける排気ガスの温度は４０００°Ｆ
　（２２００°Ｃ）又はそれ以上になり、圧力は３０〜
５０ｐｓｉｇ（２００〜３５０ｋＰａ）にもなるので、
かかる領域のための環状シールは先細フラップのディス
ク、その周囲の環状リム及び半円筒形のアーク弁の互に
独立した運動を許容するだけでなく、排気ノズル内の高
温且高圧の排気ガスが漏洩することがないよう高温に耐
える効果的な気密シールの機能を達成しなければならな
い。

発明の概要 従って本発明の一つの目的は、互に同心で相互に共通の
軸線の周りに回転可能な二つの部材とその周囲の静止構
造体との間に郭定される環状空隙をシールするシール組
立体を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、回転可能な部材の一方が該
部材より延在する半円筒形のフード等を含む場合に於て
上述の如き環状空隙をシールするシール組立体を提供す
ることである。

本発明の更に他の一つの目的は、ガスタービンエンジン
の排気ノズルの如く高温且高圧の環境に於てもシールの
機能を達成し得るシール組立体を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、環状空隙に隣接して共
通の軸線の周りに回転可能な部材の間に配置された軸受
構造体等を保護し冷却するシール組立体を提供すること
である。

本発明によれば、静止壁構造体と該壁構造体の平面内に
配置された回転可能なディスクとの間に形成された環状
領域にシール組立体が設けられる。

このシール組立体は壁構造体とディスクとの間に配置さ
れ半円筒形のフードが固定された同一の軸線の周りに回
転可能な環状リムを含んでいる。フードは後に説明する
実施例に於ては、反対側の側壁に設けられた対応するリ
ムまでノズルのガス流路を横切ってリム及びディスクの
回転軸線に沿って延在している。

本発明によるシール組立体は互に共働するようリンク接
続された二つのシール要素を有し、一方のシール要素は
静止壁構造体とリムとの間に配置され、他方のシール要
素はディスクの周りに配置され且ディスクにシール係合
している。シール組立体は二つのシール要素をリンク接
続して壁構造体の平面を横切って排気ガスが漏洩するこ
とを阻止する間断のない気密障壁を形成する円形のウェ
ブを含んでいる。環状領域のうち半円筒形のフードに対
応する部分に於ては、シール組立体のウェブはフードを
受入れるための半円形の孔を有している。

更に本発明によるシール組立体はガスタービンエンジン
の排気ノズルの場合の如く、壁構造体に隣接した領域の
高温の環境よりシール要素及び軸受等の近傍のノズルの
機械的構成要素を保護する。

このことを達成すべく、シール組立体は空気の如き冷却
気体の流れをシール組立体の周りに周方向に導くための
一つ又はそれ以上の環状の内部空間を有している。後に
説明する実施例に於ては、シール組立体及びこれに隣接
する構造体の冷却効果を向上させるべく、空気はシール
要素に設けられ排気ノズルのガス流路内に開口する制御
される内部漏洩通路を経てシール組立体より流出する。

壁に隣接するガスに比して高い圧力にて冷却空気を環状
空間へ供給することにより、好ましからざるガスの漏洩
が更に低減され、また上述の冷却効果が向上される。半
径方向外方へ開いたシール要素を有する本発明によるシ
ール組立体に於ては、かかる高圧の冷却空気は半径方向
外方に開いたシール要素を付勢してそれを周囲の側壁に
より一層確実にシール接触させる作用をなす。これと同
様の確実な付勢効果がディスクの周りに配置されたシー
ル要素に於ても達成され、本発明によれば、対応する環
状空間内へ導入される高圧の冷却空気によりディスクに
対し付勢される断面り形のシールが設けられる。

かくして本発明によるシール組立体によれば、互に同心
の二つの回転可能な部材（その一方はそれより軸線方向
に突出する半円筒形のフードを含んでいる）とその周囲
の静止構造体とよりなる機械的構造体のための気密シー
ルが得られる。更にコノシールは、シール組立体へ供給
される高圧の冷却気体の流れによりシールを積極的に冷
却する機能及び各シール要素を付勢する機能を統合する
よう構成されている。

以下に添付の図を参照しつつ本発明を実施例について詳
細に説明する。

実施例 添付の各図、特にその第１図を参照して本発明によるシ
ール組立体の一つの例示的実施例の一般的な作動環境に
ついて説明する。第１図はガスタービンエンジンのため
の排気ノズル１０の一部を破断して示す斜視図である。

排気ノズル１ｏはそのガス流路の横方向の境界を郭定す
る互に隔置された一対の垂直の側壁（その一方の側壁１
２が第１図に示されている）を有する二次元型ノズルで
ある。ガス流路の下方の境界は実質的に水平の静止構造
体１４及び必要に応じて推力の方向制御や＝　　１０　
− 逆転等を行なうべく排気ガス２０の流れ方向を制御する
一つ又はそれ以上の可動の面１６．１８により郭定され
ている。同様にガス流路の上方の境界が設けられている
が、第１図に於ては省略されている。

第１図の排気ノズル１０に於ては、排気ガスの流れを案
内する面１６及び１８は第一の側壁ディスク２２と反対
側の側壁（図示せず）内に配置された第二の側壁ディス
ク（図示せず）との間に延在する先細フラップ１６を含
んでいる。ディスク２２、従ってフラップ１６は横断方
向に延在する軸線２４の周りに回転可能であり、必要に
応じて排気ガス２０を偏向し、閉塞し、又は排気ガスと
相互作用するよう位置決めされるようになっている。第
二のガス案内面１８はアーク弁と呼ばれる半円筒形の部
材を含んでおり、この部材は側壁ディスク２２の周りに
これと同軸に配置され第一の側壁１２と第二の側壁（図
示せず）との間に軸線方向に延在している。アーク弁１
８の機能は他の一つの排気ガス流路２６内へ流入する排
気ガス２０の流量を制御することであり、流路２６内へ
流入した排気ガスは推力を逆転させるべく前方へ導かれ
、或いはノズル及び対応する航空機に於けるピッチ制御
運動を増強させるべく横方向に導かれる。アーク弁１８
及び先細フラップ１６は、所望の推力及び排気ガス流路
に応答して図には示されていない機械的アクチュエータ
システムにより互に独立して位置決めされる。

排気ガス２０は一般に周囲の環境に比して比較的高い温
度及び圧力の状態にてノズル１０内を通過する。かくし
て４０００°Ｆ　（２２００℃）又はそれ以上の温度及
び３０〜５０　ｐｓｉｇ　（２００〜３５０　ｋｐａ　
）の圧力が存在するので、第一のディスク２２とその周
囲の側壁との間に形成される環状空隙が該空隙を経て排
気ガス２０が漏洩することがないようシールされなけれ
ばならない。本発明によるシール組立体２８は上述の如
く形成された環状領域に気密障壁を形成し、流れ案内面
１６及び１８がノズルの制御に応答して相互に独立に回
動する場合にもその障壁を維持する。

第２図は側壁１２に隣接する領域を共通の回転軸線２４
を通る平面にて切断した断面を示す断面図である。ディ
スク２２は静止側壁１２内に配置されており、共通の軸
線２４の周りに回転可能である。ディスク２２を回動さ
せるための駆動力はディスクシャフト３０を経て又は当
技術分野に於てよく知られた他の同様の装置により供給
される。

ディスク２２の周りにはこれと同心に環状リム３２が配
置されており、該リムはその一部に固定され回転軸線２
４に沿って延在する半円筒形のアーク弁１８を含んでい
る。ディスク２２の外周縁とリム３２の内周部との間に
は環状の支持軸受３４が配置されている。リム３２はリ
ムのノ１ブ３６に対し作用する機械的手段によって同様
に回動されるようになっている。

当業者には理解され得る如く、排気ガス２０が通過する
ノズルの内部空間３８は、高温の排気ガスが軸受３４及
び他の構造体内へ漏洩することを防止すべく、気密障壁
により軸受３４及び他のノズル構造体より隔離されなけ
ればならない。このことは、側壁１２の軸線方向に延在
する環状部１２′と環状リム３２との間に配置された第
一のシール要素４０を含む本発明によるシール組立体２
８によって達成される。

シール組立体２８の図示の実施例によれば、第一のシー
ル要素４０は軸線２４に対し半径方向外方に開き、静止
構造体１２．１２′とリム３２との間に圧縮されたシー
ル要素を含んでいる。この第一のシール要素は、断面Ｃ
形のシール要素４０の中央部を貫通してリム３２内へ挿
入された複数個の半径方向に延在する位置決めピン４２
により、リム３２に対し相対的に周方向に運動すること
がないよう保持されている。

第二のシール要素４４が設けられており、該シール要素
はディスク２２の周縁にシール接触する軸線方向に延在
する環状のシール脚部４４′と半径方向外方に延在する
脚部４４′とを有する断面り形のシール要素である。シ
ール脚部４４′の撓んでいない状態に於ける半径は、第
二のシール要素４４がディスク２２の周りに配置された
場合にディスク２２の外周縁に対しばね付勢される大き
さに設定されている。

本発明によるシール組立体２８は、リムの周縁のうちア
ーク弁１８に固定されていない部分に於て第一のシール
要素４０と第二のＬ形のシール要素４４との間に固定さ
れた円形のウェブ４６により完成される。透過性を有し
ないウェブ要素４６により互に接続された第一のシール
要素４ｏ及び第二のシール要素４４は、静止側壁１２．
１２′とディスク２２との間に間断のない気密障壁を形
成している。シール組立体２８は回転可能なリム３２を
跨いでおり、その周縁部のこの特定の部分に於ては、ノ
ズルの内部空間３８に隣接した位置に気密障壁の一部を
形成してはいない。

リム３２のうちアーク弁１８に固定された部分に対応す
るシール組立体２８の部分に於ては、リム３２と静止側
壁１２′との間を第一のシール要素４０によりシールし
、アーク弁１８とディスク２２との間をＬ形の第二のシ
ール要素４４によりシールすることにより気密障壁が形
成されている。

シール組立体２８のこの部分に於ては、軸線方向に延在
するアーク弁１８は第一のシール要素４０と第二のシー
ル要素４４との間に気密的な橋を形成している。アーク
弁のリム３２に固定された部分に於けるＬ形のシール要
素は、半径方向に延在する第二の脚部４４′を貫通して
軸線方向に延在するピン４８によりアーク弁に固定され
ている。

アーク弁１８はそれがノズルの内部空間３８内まで延在
しているのでウェブ４６に設けられた対応する孔内に受
入れられている。

第３図は本発明によるシール組立体２８の詳細を示す断
面図であり、この第３図に於ては、第一のシール要素４
０及び静止構造体１２′により形成された環状空間とウ
ェブ４６、第二のＬ形のシール要素４４、環状リム３２
、及び軸受３４により郭定された第二の環状空間５４と
の間を流体的に連通接続する内部流路５０が明瞭に図示
されている。本発明によるシール組立体２８がガスター
ビンエンジンの排気ガス流の如き高温の環境に隣接した
領域に於て作動する場合には、静止側壁構遺体１２’に
設けられた一つ又はそれ以上の冷却空気通路５６を経て
第一の環状空間５２内へ冷却空気が導入される。冷却空
気は第一の環状空間５２内へ流入し、シール組立体２８
の周りを周方向へ流れ、内部流路５０へ流入し、流路５
ｏにより冷却空気は第二の環状空間５４内へ導かれ、こ
れによりウェブ４６及びこれに隣接する軸受３４を冷却
する。冷却空気はＬ形のシール要素の脚部４４′に設け
られた孔を経て、或いは軸受３４を横切る漏洩により、
或いはシール要素やノズルの構成要素に設けられた吹出
し孔の如き他の手段を経て第二の環状空間５４より排出
される。

本発明によるシール組立体は、その内部に冷却空気の流
れを導くための一つ又はそれ以上の環状空間が郭定され
ていることにより、シール組立体に対しそれに隣接する
高温のガスの影響が及ぶことを低減し、また環状の軸受
３４の如き隣接する温度に敏感な構造体をそれが過熱さ
れることより保護するよう構成されている。

リム３２のうちアーク弁１８に固定された部分に対応す
るシール組立体２８の部分に於ても同様に冷却気体が流
れるようになっており、冷却気体は連続的な第二の環状
空間５４を経て周方向に流れ、上述の如くＬ形のシール
要素４４に設けられた孔を経て半径方向外方へ流れる。

リム３２のうちアーク弁１８に固定された部分に隣接し
て配置された第一の環状空間５２の一部へ供給される冷
却空気も第一の空間５２より流出して第二の環状空間の
半径方向外方の部分５４′へ流入するが、アーク弁１８
に隣接するシール、弁、軸受、及び他の構造体は、内部
冷却されるアーク弁１８がそれらに隣接して存在するこ
とにより、ノズルの内部空間３８内の高温のガスより既
に保護されていることに留意されたい。従って所定量の
局部的な冷却を達成し、これにより必要以上に多量の冷
却空気が流れることを回避すべく、本発明によるシール
組立体２８の周縁の周りに冷却空気孔５６．５０及び他
の冷却空気案内構造体を設けることも本発明の範囲内に
属するものである。

本発明によるシール組立体２８の他の一つの特徴は、環
状空間５２及び５４内に高圧の冷却気体が存在すること
によってシールが付勢されるということである。添付の
図面、特に第２図及び第３図を参照することにより解る
如く、第一のシール要素４０及びＬ形の第二のシール要
素４４はそれぞれ隣接する対応する環状空間５２．５４
内に高圧のガスが存在することによって対応するシール
面に対しより一層強固に押付けられる脚部４０′、４４
′を有している。高圧の冷却空気が存在することはシー
ル要素４０．４４を上述の如く確実に付勢するだけでな
く、冷却空気が必要に応じてノズルの内部空間３８内へ
流入することを確保するための所要の圧力水頭を与える
。

環状の軸受３４の構造によっては、軸受３４を経て冷却
空気が不用意に過剰に流れることを防止するための環状
のシールワッシャ５７等を設けることが必要である。か
かるシールワッシャ５７は環状の軸受３４と第二の環状
空間５４との間に配置され、軸受のインナレースとアウ
タレースとの間に存在する空隙を跨ぐよう半径方向外方
へ延在している。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は内部に同心の回動可能なフラップ部材が組込ま
れた排気ノズルを一部破断して示す斜視図である。 第２図は本発明によるシール組立体を回転軸線を通る平
面に沿って切断して示す断面図である。 第３図は本発明によるシール組立体の要部を示す拡大部
分断面図である。 １０・・・排気ノズル、１２・・・側壁、１４・・・静
止構造体、１６．１８・・・面、２０・・・排気ガス、
２２・・・ディスク、２６・・・排気ガス流路、２８・
・・シール組立体、３０・・・ディスクシャフト、３２
・・・リム、３４・・・軸受、３６・・・ハブ、３８・
・・内部空間、４０・・・第一のシール要素、４２・・
・位置決めピン、４４・・・第二のシール要素、４６・
・・ウェブ、４８・・・ビン。 ５０・・・内部流路、５２・・・第一の環状空間、５４
・・・第二の環状空間、５７・・・シールワッシャ特許
出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイ
ション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互に同心をなし且同一の回転軸線の周りに回転可
   能な第一及び第二の部材とこれらの周囲の静止壁との間
   に郭定された環状領域のための気密シール組立体であっ
   て、前記第一の部材は実質的にディスクの形状をなし且
   前記壁に平行に配向されており、前記第二の部材は前記
   回転軸線に対し前記第一の部材より半径方向外方に配置
   された環状リムを有し、更に前記環状リムの一部に固定
   され且該一部より軸線方向に延在する半円筒形のフード
   を含み、前記第一及び第二の部材の前記回転軸線は前記
   壁に対し実質的に垂直である気密シール組立体にして、 前記第二の部材の前記リムと前記壁との間に半径方向に
   圧縮された半径方向外方に面するシール部材と、 軸線方向に延在し且前記第一の部材の周縁に接触する環
   状のシール脚部と、半径方向外方へ延在する第二脚部と
   を有するＬ形の環状シール部材と、前記環状領域を半径
   方向に跨ぎ前記半径方向外方に面するシール部材と前記
   Ｌ形の環状シール部材との間に固定された円形のウェブ
   であって、前記環状領域のうち前記半円筒形のフードに
   固定された前記リムの前記一部に対応する部分に対応し
   て設けられた半円形の孔を含む円形のウェブと、を含み
   、 前記Ｌ形のシール部材のうち前記半円筒形のフードに固
   定された前記リムの前記一部に対応する部分の半径方向
   内方へ延在する脚部は前記第二の部材とシール係合して
   いる気密シール組立体。
2. （２）壁内に配置された円形のディスクにより郭定され
   た環状領域のためのシール組立体であって、前記ディス
   クと前記壁との間に配置された同心の環状リムを有し、
   前記ディスク及び前記リムはそれぞれ前記壁に対し実質
   的に垂直に配向された共通の軸線の周りに相互に独立に
   回転可能であり、前記リムは更に前記共通の軸線に平行
   に延在し且前記リムの一部に固定された半円筒形のフー
   ドを含むシール組立体にして、 前記壁と前記リムとの間をシールする第一の環状シール
   と、 前記ディスクの半径方向外方に配置され、前記ディスク
   にシール係合する第二の環状シールであって、その第一
   の部分に於て前記半円筒形のフードに固定された前記リ
   ムの一部と係合する第二の環状シールと、 前記第一の環状シールと前記第二の環状シールとの間に
   シール可能に固定され且これらの間に半径方向に延在す
   る円形のウェブであって、前記環状領域のうち前記半円
   筒形のフードに対応する部分の周りにて周方向に延在す
   る半円形の孔を含む円形のウェブと、 を含むシール組立体。