JPH057544B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、シールに係り、更に詳細にはガスタ
ービンエンジンの第一段のタービンと第二段のタ
ービンとの間のインナキヤビテイをシールするシ
ール装置に係る。

背景技術 本発明は、1973年５月15日付にてエス・エル・
スミス（S.L.Smith）及びピー・イー・ボイヤー
（P.E.Voyer）に付与された本願出願人と同一の
譲受人に譲渡された米国特許第3733146号に開示
されたレンズ形シールの改良をなすものである。
上述の米国特許於ては、第一段のタービンと第二
段のタービンとの間に配置され断面形状がレンズ
形をなす環状のシールが開示されている。本質的
には、湾曲したインナプレート及びアウタプレー
トがタービンの隣接するデイスク又はそのサイド
プレートに当接する幅の狭い端部を有する楕円形
のボデイを構成している。これは断面で見て点状
のアタツチメントを構成しており、全体として見
て周縁方向のエツジアタツチメントを構成してお
り、タービンデイスクにより半径方向に支持さ
れ、両方の湾曲したプレートを介して軸線方向荷
重を伝達するようになつている。作動に於ては、
これらのプレートはそれらが湾曲することによつ
て応力を低減する。曲げ荷重が高くなればなるほ
ど、その曲げ荷重を受入れ得るようプレートはよ
り重いものでなければならない。タービンデイス
クの間のシール又はスペーサを開示する他の特許
としては、米国特許第3094309号、同第3894324
号、同第4127359号がある。

本願発明者は、レンズ形シールのシール機能を
達成し、しかも従来のレンズ形シールによつては
得られない追加の特徴を有する軽量な構造体を得
ることができることを見出した。本発明によれ
ば、本発明のシールは実質的に平坦な環状面を備
えたリム要素（アウタリム）を外周部に有し、凸
状の環状面を備えたリム要素（インナリム）を内
周部に有しており、これらのリム要素は断面Ｉ形
ビームの形状をなす垂直デイスクにより互いに連
結されている。アウタリムはエンジンの中心線に
対し同心であり、軸線方向荷重を伝達する。かか
る構成により、アウタリムはタービンデイスクに
より及ぼされる軸線方向荷重に対する剛固なバツ
クボーンを与え、また第二段のタービンの振動を
チユーニングする作用をなす。一方インナリムは
隣接するタービンデイスクより軸線方向へ延在す
る突起に当接しており、エンジンの中心線へ向け
て凸状をなす僅かに円錐形をなしている。このイ
ンナリムは半径方向荷重を伝達し、また半径方向
荷重の一部を横断部材（垂直デイスク）を経てア
ウタリムへ伝達することにより半径方向荷重の一
部を担持し、これによりタービンデイスクに及ぼ
される半径方向応力を低減する。インナリムには
ラグが設けられており、該ラグはタービンデイス
クに設けられたラグと共働して滑りが生じた場合
にシール装置が回転することを阻止するようにな
つている。またインナリムに設けられたラグは第
二段のタービンのデイスクと共働して、横断部材
（垂直デイスク）を横切る圧力降下が或る所定値
を越えないことを確保するようになつている。更
に本発明のシール装置は第一段のタービンのリヤ
サイドプレートに近接した位置に垂直突起部材
（ハンマーヘツド）を含んでおり、該ハンマーヘ
ツドはタービンの回転中にリヤサイドプレートに
荷重を及ぼして該リヤサイドプレートを所定の位
置に保持するようになつている。

発明の開示 本発明の目的は、ガスタービンエンジンにその
第一段のタービンと第二段のタービンとの間のキ
ヤビテイのための改良された回転シール装置を設
けることである。本発明の一つの特徴は、断面Ｉ
形ビームの形状をなす環状のシール装置を提供す
ることである。本発明のシール装置のアウタリム
はエンジンの中心軸線に対し実質的に同心であ
り、タービンの二つのデイスクの間に延在し軸線
方向荷重を伝達する平坦な上面を有している。イ
ンナリムはタービンデイスクに設けられた突起に
半径方向に当接し、これにより半径方向荷重を担
持するようになつている。またＩ形部分は半径方
向荷重の一部を伝達し、これによりタービンデイ
スクに作用する半径方向の総荷重を低減するよう
になつている。

本発明の他の一つの特徴は、本発明のシール装
置がタービン組立体の構成要素を固定する作用を
もなすということである。本発明の更に他の一つ
の特徴は、本発明のシール装置のＩ形ビームの形
状をなす垂直デイスクのＩ形部分の背後に圧力を
導入し、これにより該Ｉ形の部分の両面に作用す
る圧力をバランスさせる手段が設けられているこ
とである。

本発明の更に他の一つの目的は、シール装置の
外周部より半径方向外方へ延在し第一段のタービ
ンのリヤサイドプレートを支持するハンマーヘツ
ドが設けられていることである。

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。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、本願出願人であるユナイテツド・テ
クノロジーズ・コーポレイシヨンのプラツト・ア
ンド・ホイツトニー・エアークラフト（Pratt
＆ Whitney Aircraft）により製造されている
エンジンモデルJT−9D及びPW2037の如きガス
タービンパワープラントの第一段及び第二段のタ
ービンのためのインナキヤビテイシールとして特
に適したものである。第１図及び第２図より解る
如く、符号１０にて全体的に示された第一段のタ
ービンは、ロータデイスク１２と、該ロータデイ
スクにより適宜に支持され周縁方向に隔置された
複数個のタービンブレード１４（そのうちの一つ
のみが図示されている）とを含んでいる。同様
に、符号１６にて全体的に示された第二段のター
ビンは、ロータデイスク１８と、該ロータデイス
クにより適宜に支持され周縁方向に隔置された複
数個のブレード２０（そのうちの一つのみが図示
されている）とを含んでいる。図には示されてい
ないが、第一段及び第二段のタービンは共通のシ
ヤフト（図示せず）に連結されており、エンジン
の作動流体媒体よりエネルギを抽出し、該エネル
ギを回転数の形でエンジンのシヤフトへ伝達する
作用をなす。

符号２２にて全体的に示されたＩ形ビームシー
ルは、デイスク１２の後面とデイスク１８の前面
との間に橋架するアウタリム２４を含んでおり、
全体形状が実質的にエンジンの中心線と同心にな
るよう構成されている。Ｏリングシール２６及び
２８がそれぞれ軸線方向突起３０及び３２に当接
して設けられており、これによりブレード１４及
び２０の近傍に於てＯリングシールより半径方向
外側のガス流路より流体が漏洩することが最小限
に抑えられるようになつている。

以上の説明より、アウタリム２４及びＯリング
シール２６，２８はエンジンの作動流体媒体より
キヤビテイ３４をシールする作用をなすことが理
解されよう。ステータ３６に近接したブレードの
周りに於ける流体の漏洩はラビリンスシール３
８，４０，４２により最小限に抑えられる。前述
の米国特許第3733146号に開示されたレンズ形シ
ールと同様、回転モード時にはナイフエツジがハ
ニカム材料にて形成された相補的なランドに当接
し、これによりレンズ形シールと同一のシール機
能を果すようになつている。ラビリンスシールは
よく知られており、本発明の一部をなすものでは
ない。

本発明によれば、リム２４のアウタエツジより
半径方向外方へハンマーヘツド４４が延在してお
り、該ハンマーヘツドはタービンロータ１４のリ
ヤサイドプレート４６に当接するよう僅かに偏心
した形状をなしている。リム２４はタービンデイ
スク１２と１８との間にきつく嵌合されており、
後に説明する他の特徴に加えて、ハンマーヘツド
４４と共働して第一段及び第二段のタービンの構
成要素の幾つかを固定している。ハンマーヘツド
４４は環状をなし所定の位置に保持されたリヤサ
イドプレート４６に当接している。追加のシール
を達成すべくハンマーヘツド４４にはＯリングシ
ール４５が使用されてよい。ハンマーヘツドは偏
心しているので、第一段のタービンがフルロード
状態にある場合には、回転により生じる遠心荷重
によつてハンマーヘツドはエンジンの作動媒体の
流れ方向に見て軸線方向後方へ駆動され、これに
よりリヤサイドプレート４６に対し押付けられ
る。同様に順方向突起４８が、タービンデイスク
１８とタービンブレード２０のルートとの間の間
隙に比較的緩く装着されたカバーシール５０に当
接している。カバーシールそれ自身はガスタービ
ンエンジンの技術分野に於てよく知られている
が、図示の実施例に於けるカバーシールの保持構
造は従来の構造とは大きく異なつている。従来の
サイドプレート及びカバーシールはリベツト、溶
接等の手段により所定の位置に保持されている。
本発明によれば、かかる固定手段を使用する必要
がなく、従つてエンジンの構成要素の総数が低減
される。

前述の如く、アウタリム２４はラビリンスシー
ルのナイフエツジを支持する作用をなすだけでな
く、第二段のタービンが曝される振動場に対し該
タービンをチユーニングすべく第二段のタービン
に対し軸線方向の剛性を付与する。

インナリム５２は凸状面をなすよう僅かに円錐
形をなしており、そのアウタエツジは半径方向拘
束部５４及び５６をなしており、これらの拘束部
はそれぞれ軸線方向突起５８及び６０の半径方向
内側に位置し、組立時にはスナツプ式に所定の位
置に嵌込まれるようになつている。平坦な環状プ
レート６２がアウタリム２４及びインナリム５２
を支持しており、その断面形状はＩ形ビームに類
似している。インナリム５２は半径方向応力の一
部を軸線方向突起５８及び６０を介してデイスク
１２及び１８に伝達し、また他の一部を環状プレ
ート６２に伝達することによつて半径方向の荷重
を担持する作用をなす。また環状プレート６２は
かかる構成によりアウタリム２４に設けられたナ
イフエツジの成長を低減し又は制御する作用をな
す。

また半径方向拘束部５４及び５６は、破裂の点
から見ればシール２２内の平均接線方向応力を制
御し、低サイクル疲労の点から見れば局部的な接
線応力を制御する作用をなす。

タービンデイスク１８に設けられた軸線方向突
起６０と拘束部５６との間の寸法は、環状プレー
ト６２を横切る圧力をバランスさせるべく、キヤ
ビテイ３４より環状プレート６２とタービンデイ
スク１８との間のキヤビテイ内へ流体が漏洩し得
るよう選定される。プレート６２と第一段のター
ビン１０との間のキヤビテイは圧力が最も高い第
一段のタービンに近接しているので、そのキヤビ
テイ内の圧力はプレート６２と第二段のタービン
との間のキヤビテイの圧力よりも高い。拘束部５
６に近接して設けられた間隙は二つのキヤビテイ
内の圧力をバランスさせるべく抽気する。好まし
い訳ではないが、環状プレート６２に孔を設ける
ことにより、二つのキヤビテイ内の圧力の差が更
に低減されてもよい。

デイスク１２及びインナリム５２にはそれぞれ
回転防止ラグ７０及び７２が設けられており、こ
れらのラグは作動不良の場合にタービンデイスク
１２，１８及びシール２２が相対回転することを
互いに共働して阻止する。前述の米国特許第
4332133号に開示されたレンズ形シールもこれと
同様の機能を含んでいる。

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種々の
修正並びに省略が可能であることは当業者にとつ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が採用されたガスタービンエン
ジンの第一段及び第二段のタービンの部分断面図
である。第２図は第二段のタービンの前面を示す
第１図の線２−２に沿う部分正面図である。 １０…第一段のタービン、１２…ロータデイス
ク、１４…タービンブレード、１６…第二段のタ
ービン、１８…デイスク、２０…ブレード、２２
…シール、２４…アウタリム、２６，２８…Ｏリ
ングシール、３０，３２…軸線方向突起、３４…
キヤビテイ、３６…ステータ、３８，４０，４２
…ラビリンスシール、４４…ハンマーヘツド、４
５…Ｏリングシール、４６…リヤサイドプレー
ト、４８…順方向突起、５０…カバーシール、５
２…インナリム、５４，５６…半径方向拘束部、
５８，６０…軸線方向突起、６２…環状プレー
ト、７０，７２…ラグ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個のタービンブレードを支持し第一の軸
   線方向突起を備えた第一のデイスクを有する第一
   段のタービンと、複数個のタービンブレードを支
   持し第二の軸線方向突起を備えた第二のデイスク
   を有する第二段のタービンとを含むガスタービン
   パワープラントに於て、前記第一段及び第二段の
   タービンの作動流体に対し前記第一のデイスクと
   前記第二のデイスクとの間のキヤビテイをシール
   する回転シール装置にして、断面Ｉ形ビームの形
   状を有する環状部材と、前記第一のデイスクと前
   記第二のデイスクとの間に延在し前記第一及び第
   二のデイスクに当接して前記タービンブレードに
   より及ぼされる軸線方向荷重を前記第一及び第二
   のデイスクに伝達する平坦な形状のアウタリム
   と、前記第一のデイスクと前記第二のデイスクと
   の間に延在する凸形のインナリムとを含み、前記
   凸形のインナリムのアウタエツジは対応する前記
   第一の軸線方向突起及び前記第二の軸線方向突起
   に半径方向に当接し前記タービンブレードにより
   及ぼされる半径方向荷重を前記第一及び第二の軸
   線方向突起へ伝達するようになつており、これに
   より前記半径方向荷重の一部が前記第一及び第二
   のデイスクを経て伝達され、前記半径方向荷重の
   残りの部分が前記Ｉ形ビームの形状をなす前記環
   状部材のＩ形部分を経て伝達されるよう構成され
   た回転シール装置。