JP2015522773A - ２つの弾性シールを含む、ターボ機械の軸受用のガスケット装置 - Google Patents

Abstract

本発明の主な目的は、装置（１０）の密封性のほとんどを提供するためのセグメント化ガスケット（７）と、セグメント化ガスケット（７）を保持するための支持ジャケット（１４）とを含む、油筐体（５）および空気筐体（６）をターボ機械から分離することが可能な、ターボ機械軸受用のガスケット装置（１０）であって、支持ジャケット（１４）は、支持ジャケット（１４）を心だしするための、第一弾性シール（１９）を収容する第一溝（２５）を含み、支持ジャケット（１４）は、支持ジャケット（１４）を心だしするための、具体的には指示ジャケット（１４）の軸を回転子の軸と一致させるための、第二弾性シール（１９）を収容する第二溝（２５）を含むことを特徴とする、ガスケット装置（１０）である。

Description

本発明は、ターボ機械の分野に関する。これはターボ機械軸受用のガスケット装置、ならびにこのような装置を含むターボ機械に関する。

本発明は、いずれのタイプの地上または航空ターボ機械にも適用可能であり、特にターボファンおよびターボプロップエンジンなどの航空機ターボ機械に適用可能である。より好ましくは、本発明はツインスプール軸流ターボファンに適用可能である。

従来、固定されたケースの中で回転するシャフトを支持するターボ機械軸受は、その潤滑が保証された筐体内に配置された、玉軸受を含む。しかしながら、ターボ機械のいくつかの区画に向かういかなる油移動も回避されるべきであり、したがって油含有軸受筐体と、油を含んではならない空気隣接筐体との間の分離において、密封性が保証されるべきである。

この目的のため、たとえば様々な実施モードに結合されたカーボンセグメント化ガスケットを用いる、いくつかの解決策がすでに提案されている。

図１は、特にカーボンセグメントからなる静止封止リングを含む、セグメント化半径方向シール（ＳＲＳ）とも称される、このようなセグメント化ガスケットの使用例を示す。この図において、シャフト１は、玉軸受３を含む、ケース２によって担持された、軸受によって回転可能に支持されている。シャフト１と回転可能に一体のスリーブ４は、ターボ機械への適用においてそれ自体周知の配置にしたがって、玉軸受３とシャフト１との間に挟まれている。玉軸受３は、それ自体周知のやり方で保証された玉軸受３の潤滑化のために空気および油が存在する筐体５内に備えられる。

支持軸受を超えて、ターボ機械のいくつかの区画内のいかなる油噴出も適切な動作にとって有害となるので、シャフト１は、油を含まないままであるべきいわゆる空気筐体６によって包囲されている。このため油筐体５と空気筐体６との間の分離において、シャフト１とケース２との間に封止装置１０が設けられている。

封止装置１０は、周方向ばね２２を用いてまとめて保持されているカーボンセグメントからなる静止封止リング７を含み、このばね２２はスリーブ４に対してカーボンセグメントを締め付ける。静止封止リング７は回転表面８に結合されており、これは上昇を提供するために溝１２を含むことができる。この回転表面８は、油粒子がカーボンセグメントに到達するのを防止するためのラビリンス油排出システム１１に関連して、円柱表面９まで延在する。

静止封止リング７は、停止継手２０によって支持体１４内に保持されているリング１８に対して押圧されて、周方向ばね２２および軸ばね２１によって金属支持ジャケット１４（または支持体１４）内に維持される。支持体１４は、支持体１４とカバーの役割を果たすケース要素２４との間に配置されたＯリング１９によって締め付けられることなく中心に置かれ、こうしてガスケット装置１０の静止部分がターボ機械のケース２に取り付けられることを可能にする。

動的密封性は、カーボンセグメント７および回転表面８のそれぞれ協働する円柱面１６および１７の間で実現される。静的密封性は、いかなる径方向の漏れも回避するために、ラビリンス油排出リング１１に位置する、カーボンセグメント７と支持体１４の静止面２３との間で実現される。このように、十分な動的密封性および静的密封性の提供において成功するためには、静止封止リング７は、使用中に、回転子に対する高い同心性および静止面２３に対する直角度を維持するように、実装されるべきである。

しかしながら、セグメント化ガスケットについて図１を参照して記載されたものなど、従来技術より周知のアセンブリは一般的に、特に本発明が目指す用途において、これらの必要性に見合うことができない。具体的には、支持体１４のために選択された材料、摩擦学的応力のため一般的に鋼は、ケース要素２４のために選択されたもの、すなわち一般的には最新のエンジンにおけるアルミニウムの半分しか実質的に膨張しないことを考えると、使用中に密封性を実現することは困難であろう。結果的に、玉継手運動がＯリング１９の周りで発生し、これは摩擦表面の間の接触を劣化させることにより、径方向空隙開口を拡大し、こうして実現された密封性効率を低下させる。

加えて、国際公開第２０１２／０２２５５０Ａ２号パンフレットは、ターボ圧縮機の２つの部分の間に配置され、２つの筐体の間の分離を異なる圧力下に置くことを可能にする、封止装置の別の例を記載している。

国際公開第２０１２／０２２５５０号

使用中の装置の気密性の改善を可能にする、ターボ機械軸受用のガスケット装置のセグメント化ガスケットの新しいアセンブリの需要がある。具体的には、ターボ機械部品の材料の選択に関する既存の要件に適したセグメント化ガスケットのアセンブリを設計する必要性がある。

本発明は、上述の必要性および従来技術の実施形態に関する不都合を、少なくとも部分的に克服することを目指す。

その態様の１つによれば、本発明の目的の１つは、２つの弾性シールを有するターボ機械軸受用のガスケット装置を提供することである。前記軸受は、シャフトと一体のスリーブとケースとの間に実装された、玉軸受を含む。スリーブは回転表面を有し、ケースはガスケット装置用のカバーの役割を果たすケース要素を含む。ガスケット装置は、玉軸受の油筐体を、ターボ機械の空気筐体から分離することができる。これは：
具体的には１つ以上のカーボンセグメントを含み、そのシールは、具体的には装置の密封性のほとんどを保証するために、スリーブの回転表面に結合して実装された、セグメント化ガスケットと、
セグメント化ガスケットを保持するための支持ジャケットであって、このジャケットはスリーブとケース要素との間に実装され、支持ジャケットは、ケース要素上で支持ジャケットを心だしするため、具体的には支持ジャケットの軸をケース要素の軸と一致させるための、第一弾性シールを収容する第一溝を含む、支持ジャケットとを含む。

ターボ機械軸受用のガスケット装置は、支持ジャケットが、ケース要素上で支持ジャケットを心だしするための、第二弾性シールを収容する第二溝を含むことを、特徴とする。

本発明によって提供される解決策は、空気筐体と油筐体との間に求められる密封性を保証しながら、周知の従来技術による解決策の様々な不都合が回避されることを可能にする。本発明のおかげで、たとえば、膨張に関してターボ機械部品の材料の間に存在する違いによる、径方向空隙開口に関する困難を、克服することが可能であるかも知れない。また、２つの弾性シールを通じてケース要素上で支持ジャケットを心だしすることで、ケース振動を減衰できるようにし、こうしてセグメント化ガスケットのカーボンセグメントの軸摩耗を低減できるようにする。

本発明によるガスケット装置はさらに単独で、または可能な技術的組み合わせで、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。

第一および第二溝は、具体的には同じ寸法および形状を有して、同一であってもよい。

第一および第二溝は、ケース要素と対面して配置された指示ジャケットの部分の上に、有利に形成されている。

支持ジャケットは、ケース要素上で支持ジャケットを心だしするための弾性シールを各々収容する３つ以上の溝、具体的には弾性シールを各々収容する少なくとも３つ、少なくとも４つ、または５つの溝さえも、含むことができる。

第一および第二弾性シールは、同じ寸法を有することができる。具体的には、第一および第二弾性シールは同じ直径を有することができる。

第一および第二弾性シールは、ケース要素と有利に接触する。

第一および第二弾性シールはいずれのタイプであってもよく、具体的にはＯリングであってもよい。

第一および第二弾性シールは、ターボ機械が使用されているとき、弾性シール、具体的にはＯリングを破砕するための設計要件のため、ケース要素と弾性シールとの間の最大径方向空隙開口が許容可能な最小および最大値の範囲内となるように、選択されることが可能である。第一および第二弾性シールは、最大許容可能な破砕値を伴ってガスケット装置を組み上げる際に、取り付けられることが可能である。

第一および第二溝は、第一および第二溝のうちの少なくとも１つの幅、具体的には第一および第二溝の各々の幅より大きい、小さい、または等しい距離だけ、互いに離間していてもよい。

第一および第二溝の間の間隙は、ケース要素上で支持ジャケットの心だしを最適にするために、最大であってもよい。

第一および第二弾性シールは、いずれのタイプの弾性材料、具体的にはエラストマ材料で作られてもよい。

スリーブの回転表面は円柱表面によって延在させられることが可能であり、支持ジャケットは、円柱表面に関連してラビリンス油排出システムを含むことができる。

セグメント化ガスケットは、１つ以上のカーボンセグメントを１組含む封止リングを含むことができ、これらは周方向ばねによってまとめて保持されること、および／または停止継手、具体的には停止リング（ＳＲＳタイプまたは面継手）に対して押圧する１つ以上の軸ばねによって支持ジャケットに対して押圧されることが、可能である。

その別の態様による、本発明のさらに別の目的は、先に定義されたようなガスケット装置を含むことを特徴とする、ターボ機械を提供することである。

本発明は、いかようにも限定しないその例示的実施形態の以下の詳細な説明を読むこと、ならびに以下の添付図面の模式的および部分的図面を検討することで、より良く理解されるだろう。

従来技術による筐体ガスケット装置を含むターボ機械軸受の一部である、シャフトの回転軸を通る平面による断面図である。 図１と類似のターボ機械軸受の拡大図であるが、しかし本発明によるガスケット装置を含む。

すべての図面において、同じ参照符号は、同一または類似の要素を示すことができる。

また、図面に示される異なる部分は、図を見やすくするために、必ずしも等しい縮尺で描かれているとは限らない。

ターボ機械軸受用のガスケット装置１０に関する本発明の例示的実施形態は、図２を参照して以下に記載される。

ターボ機械軸受は、図１を参照して記載されたものと類似である。

このため、軸受は、シャフト１と一体のスリーブ４とケース２との間に実装された玉軸受３を含み、スリーブ４は回転表面８を有し、ケース２はガスケット装置１０のカバーの役割を果たすケース要素２４を含む。ガスケット装置１０は、油筐体５を玉軸受３から、および空気筐体６をターボ機械から、分離することができる。

その一方で、図２に示される封止装置１０は、本発明により、各々が弾性シール１９を収容する２つのハウジング２５を含む支持ジャケット１４を含む点で、図１に示されるものとは異なっている。

より正確には、ガスケット装置１０は、周方向ばね２２によって互いに保持されたカーボンセグメントの静止封止リングからなる、セグメント化ガスケット７を含み、これはガスケット装置１０の密封性のほとんどを保証するために、スリーブ４の回転表面８に結合して実装されている。ガスケット装置はまた、セグメント化ガスケット７を保持するための支持ジャケット１４（または支持体１４）も含み、この支持体１４は、スリーブ４とケース要素２４との間に実装されている。

支持体１４は、それぞれケース要素２４上で支持体１４が中心に置かれることを可能にする、第一および第二弾性シール１９を収容する第一および第二溝２５を含む。

好ましくは、図２に示されるように、第一および第二溝２５は同一であってもよく、第一および第二弾性シール１９は、エラストマ材料で作られて同じ直径を有するＯリングであってもよい。

支持体１４の軸とケース要素２４の軸との最適なアライメントである、最適な中心化を実現するために、いずれのＯリング１９も、可能な限り互いに離間することが可能である。言い換えると、第一および第二溝２５を分離する距離Ｄは可能な限り大きくてもよく、具体的には第一および第二溝２５の幅Ｗ以上である。

ケース要素２４への支持体１４の中心化はより容易にされ、低温でなされることさえ可能であり、支持体１４はたとえば、ＩＳＯはめあいシステムによって定義されたＨ７ｇ６はめあいにしたがってその穴に実装されることが可能である。

当然ながら、本発明は、上記で記載された例示的実施形態に限定されるものではない。当業者によって、様々な変更がなされてもよい。

具体的には、支持体１４は、各々弾性シール１９に結合された３つ以上の溝２５を含むことができるだろう。溝２５および／または弾性シール１９は、同一であってもなくてもよい。

表現「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｏｎｅ（１つ含む）」は、別途指定されない限り、「少なくとも１つを含む」の同義語として理解されるべきである。

Claims (10)

1. ターボ機械軸受用のガスケット装置（１０）であって、前記軸受は、シャフト（１）と一体のスリーブ（４）とケース（２）との間に実装された玉軸受（３）を含み、スリーブ（４）は回転表面（８）を有し、ケース（２）はガスケット装置（１０）のカバーの役割を果たすケース要素（２４）を含み、ガスケット装置（１０）は、油筐体（５）を玉軸受（３）から、および空気筐体（６）をターボ機械から分離することができ、ガスケット装置（１０）は、
   装置（１０）の密封性のほとんどを提供するために、スリーブ（４）の回転表面（８）に結合して実装された、セグメント化ガスケット（７）と、
   セグメント化ガスケット（７）を保持するための支持ジャケット（１４）であって、このジャケットはスリーブ（４）とケース要素（２４）との間に実装され、支持ジャケット（１４）は、ケース要素（２４）上で支持ジャケット（１４）を心だしするための、第一弾性シール（１９）を収容する第一溝（２５）を含む、支持ジャケット（１４）とを含み、
   支持ジャケット（１４）は、ケース要素（２４）上で支持ジャケット（１４）を心だしするための、第二弾性シール（１９）を収容する第二溝（２５）を含むことを特徴とする、装置。
2. 第一および第二溝（２５）が同一であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 第一および第二弾性シール（１９）が同じ寸法、具体的には同じ直径を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 第一および第二弾性シール（１９）がＯリングであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 第一および第二溝（２５）が、第一および第二溝（２５）のうちの少なくとも１つの幅（Ｗ）以上の距離（Ｄ）だけ互いに離間していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 第一および第二弾性シール（１９）がエラストマ材料で作られていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. スリーブ（４）の回転表面（８）が円柱表面（９）によって延在させられること、および支持ジャケット（１４）は円柱表面（９）に関連してラビリンス油排出システム（１１）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. セグメント化ガスケット（７）が、１つ以上のカーボンセグメントを１組含む封止リングを含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. １つ以上のカーボンセグメントが、周方向ばね（２２）によってまとめて保持され、および／または停止継手（２０）上を押圧する１つ以上の軸ばね（２１）によって支持ジャケット（１４）に対して押圧されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のガスケット装置（１０）を含むことを特徴とする、ターボ機械。

Images