JPH0475434B2 - - Google Patents

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JPH0475434B2
JPH0475434B2 JP60034720A JP3472085A JPH0475434B2 JP H0475434 B2 JPH0475434 B2 JP H0475434B2 JP 60034720 A JP60034720 A JP 60034720A JP 3472085 A JP3472085 A JP 3472085A JP H0475434 B2 JPH0475434 B2 JP H0475434B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/162—Special parts or details relating to lubrication or cooling of the sealing itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/443—Free-space packings provided with discharge channels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/93—Seal including heating or cooling feature

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は全般的に回転シール、更に具体的に
云えば、ガスタービンエンジンに使うラビリンス
形回転シールに関する。
発明の背景 ラビリンス形回転シールは一般的に相対的に回
転可能な２つの部材で構成される。１つの部材は
１つ又は更に多くの円周方向の歯を持つているの
が典型的であり、これらの歯の第２の部材の円周
方向の封じ面に対して同軸に配置される。こうい
う形式のシールは、回転部材の回転運動を妨げず
に、不動の部材と回転部材との間に形成される空
所に於ける流体の流れを制限する為に使われる。
過渡的な運転状態の時の様に、シールから漏れ
る流体の温度が急速に変化する時、こういう形式
のシールでは欠点が生じる。典型的には、一方の
部材が温度変化に急速に応答して、熱によつて半
径方向の熱成長がひき起こされる。同時に、他方
の部材は加熱されるのがもつとゆつくりしてい
て、その為その熱成長の速度が遅い。２つの部材
の熱応答速度の違いは多くの因子に起因すること
がある。例えば、不動の部材の流路面にある摩耗
可能なシユラウドに、回転部材の材料よりも熱伝
導係数の一層小さい材料が用いられることによ
る。
平衡運転温度では、回転部材及び不動部材の間
の隔たり又はすき間は、典型的な小さな値に一定
になる様に設計されている。然し、平衡状態で
も、不動のシールの裏側の温度変化によつて、こ
のすき間が変化し得る。
流体の温度が急速に変化する過渡状態の際、回
転部材及び不動部材の間の熱成長の差により、そ
の間で擦れ合いが生ずることがある。この様な擦
れ合いにより、不動の封じ面又は円周方向の歯の
摩耗が起り、それが定常状態の運転ですき間を大
きくする。すき間が大きくなると、シールの性能
が低下する。
発明の目的 この発明の目的は新規で改良された回転シール
を提供することである。
この発明の別の目的は、熱的に過渡状態の運転
中に起る擦れ合いを減少した新規で改良されたラ
ビリンス形回転シールを提供することである。
この発明の別の目的は、ラビリンス形回転シー
ルで、一方の部材の熱応答を高める新規で改良さ
れた方法並びに手段を提供することである。
発明の概要 この発明は回転シールを改良するものである。
少なくとも１つの封じ用の歯を持つ第１の部材が
第２の部材と恊働して、その間の流体の流れを抑
制する。第２の部材は摩耗可能なシユラウド及び
ケーシングを含む。この発明の改良は、流体の一
部分をケーシングに通すように導いて、その間で
熱伝達を行わせる導管を設けたことである。
発明の詳しい説明 ラビリンス形の回転シール１０が第１図に示さ
れている。このラビリンス形のシールは広い用途
があり、特にガスタービンエンジンに使うのに適
している。シール１０は全体的に円板形の回転子
すなわち第１の部材１２と、全体的に環状の固定
子すなわち第２の部材１４とを有する。第１の部
材１２は第２の部材１４に対して回転し得る。図
示の実施例では、第１の部材１２がエンジンの中
心線１６の周りを回転し、第２の部材は固定であ
る。
第１の部材１２は複数個の封じ用の歯１８を含
む。これらの歯は第２の部材１４の内面２０に向
つて全体的に半径方向外向きに伸びている。各々
の歯１８は第１の部材１２と一体であつて、全体
的にリング形である。
第２の部材１４はケーシング４０及び摩耗可能
なシユラウド４２を含む。シユラウド４２は多数
の段２２を持つていて、１つの封じ用の歯１８が
各々の段１２の内向きの面２０に対応している。
第２の部材１４の段をなす形状は代表例であつ
て、当業者であれば、第２の部材をこの他の形状
にしてもよいことが理解されよう。これまで説明
した形状では、第２の部材１４の内面２０と第１
の部材１２の隣接した封じ用の歯１８とによつて
多数の領域２４ａ，２４ｂ等が限定される。ケー
シング４０は半径方向外向きの面３６を持つてい
る。
第２の部材１４には領域２４ａ及び２４ｂを連
結する導管２６が設けられる。第１図に示し、第
２図に詳しく示す様に、導管２６は、面３６と熱
接触する環状の空所３０、及び領域２４ａを空所
３０に接続する複数個の第１の通路２８、並びに
空所３０を領域２４ｂに接続する複数個の第２の
通路３２を含んでいる。好ましい実施例では、第
１の通路２８は第２の通路３２に対して円周方向
にずれている。
別の実施例（図に示してない）では、導管２６
が隣合つていない領域を接続する様にすることが
出来る。例えば、領域２４ａから取出した流体を
空所３０に送込み、次いで領域２４ｃ又は後続の
領域に通すことが出来る。この場合、領域間の圧
力降下が一層大きくなり、その結果その領域間の
流体の流れが一層確実に生じるという利点があ
る。
動作について説明すると、第１の部材１２が第
２の部材１４と恊働して、両部材間の流体の流れ
を抑制する。即ち、流体３４が、矢印で示す様
に、１つの領域２４ａから次の領域２４ｂへ流れ
ることが抑制される。流体３４の温度が全般的に
安定している定常状態の動作状態では、封じ用の
歯１８と面２０との間のすき間又は隔たりによ
り、若干の流体の漏れが起る。然し、流体３４の
温度が変化している過渡状態の間、第１及び第２
の部材１２，１４が熱成長を起す。部材１２，１
４の熱定数の差の為、この成長には差が生じる。
例えば、摩耗可能なシユラウド４２は、ケーシン
グ４０が第１の部材１２と同じ速度で半径方向に
成長するのを抑制することがある。この様な熱成
長の差により、擦れ合いが生じ、その結果歯１８
と面２０の界面が劣化して、定常状態に於けるす
き間を大きくする。
導管２６は、流体３４と第２の部材１４の間の
熱伝達率を高める為に、流体３４の一部分を領域
２４ａから領域２４ｂに第２の部材１４を介して
導く様に設計されている。例えば、流体３４の熱
が増加するにつれて、導管２６を通る流体は第２
の部材１４が一層速く加熱されるのを助ける。更
に、空所３０の配置により、第２の部材１４が全
般的に一様に加熱される。第２の部材１４の熱伝
達面積を増加することにより、部材１４と流体３
４の間の熱伝達率が増加し、その間の平衡温度に
達する時間が短くなる。流体３４が封じ用の歯１
８と面２０の間のすき間を介して領域２４ａから
領域２４ｂに通過する時、圧力降下が起ることに
注意されたい。従つて、領域２４ｂは領域２４ａ
よりも圧力が低く、この差圧が導管２６を通る流
体の流れを誘発する。
ケーシング４０の面３６は冷却空気か、又は少
なくとも流体３４とは異なる周囲温度の空気に露
出しているのが普通である。この為、定常状態の
エンジンの運転状態でも、導管２６を通る流体の
流れがすき間に影響を与える。その結果、流体３
４がケーシング４０を通るように導かれることに
より、エンジンのあらゆる運転状態で第２の部材
１４の熱応答が変わる。
当業者であれば、この発明がここに説明し且つ
図示した特定の実施例に制約されないことが理解
されよう。この発明はガスタービンエンジンのラ
ビリンス形回転シールに制限されない。むしろこ
の発明はあらゆる回転機械のシールに同じ様に用
いることが出来る。更にこの発明は、流体とシー
ルの一方の部材との間の熱伝達率を高め、且つシ
ールの両部材の間の熱平衡状態に達する時間を短
縮する方法をも含む。
図面に示した寸法、割合並びに構造は例にすぎ
ず、それらがこの発明の回転シールに使われる実
際の寸法、割合又は構造を表わすと解してはなら
ないことを承知されたい。
この発明の範囲は特許請求の範囲の記載によつ
て限定されるものであり、その範囲内で種々の変
更を加えることが出来ると共に部分的に又は全面
的に均等物を用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の１形式のラビリンス形回転
シールの断面図、第２図は第１図の線２−２で切
つた断面図である。 （主な符号の説明）、１２：第１の部材、１
４：第２の部材、１８：歯、２６：導管、４０：
ケーシング、４２：シユラウド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの封じ用のリング形の歯を持
    つ第１の部材と、摩耗可能なシユラウド及びケー
    シングを持つ第２の部材とを含み、前記両部材が
    恊働して第１の領域から第２の領域への流体の流
    れを抑制する様な回転シールに於て、前記流体と
    前記ケーシングとの間で熱伝達を行わせるために
    前記流体の一部分を前記第１の領域から前記第２
    の領域へ前記ケーシングを通して導く導管を設け
    た回転シール。 ２ 少なくとも１つの封じ用の歯を持つ回転子
    と、摩耗可能なシユラウド及びケーシングを持つ
    固定子とを含み、これらの回転子及び固定子が恊
    働して第１の領域から第２の領域への流体の流れ
    を抑制する様なラビリンス形回転シールに於て、
    前記流体と前記ケーシングとの間で熱伝達を行わ
    せるために前記流体の一部分を前記第１の領域か
    ら前記第２の領域へと前記ケーシングを通して導
    く導管を設けたラビリンス形回転シール。 ３ 少なくとも１つの封じ用の歯を持つ回転子
    と、摩耗可能なシユラウド及びケーシングを持
    つ、半径方向外側に配置された固定子とを含み、
    前記ケーシングが半径方向外向きの面を持つてい
    て、前記回転子及び前記固定子が恊働して第１の
    領域から第２の領域への流体の流れを抑制する様
    なラビリンス形回転シールに於て、前記流体と前
    記固定子との間で熱伝達を行わせるために前記流
    体の一部分を前記第１の領域から前記第２の領域
    へと前記ケーシングを通して導く導管を設けたラ
    ビリンス形回転シール。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載した回転シール
    に於て、前記導管が前記面と熱接触する環状の空
    所と、前記第１の領域を前記空所に接続する複数
    個の第１の通路と、前記空所を前記第２の領域に
    接続する複数個の第２の通路とを有する回転シー
    ル。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載した回転シール
    に於て、前記第１の通路が円周方向に前記第２の
    通路からずれている回転シール。
JP60034720A 1984-04-27 1985-02-25 回転シ−ル Granted JPS60231072A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US604561 1984-04-27
US06/604,561 US4513975A (en) 1984-04-27 1984-04-27 Thermally responsive labyrinth seal

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Publication Number Publication Date
JPS60231072A JPS60231072A (ja) 1985-11-16
JPH0475434B2 true JPH0475434B2 (ja) 1992-11-30

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CA (1) CA1257623A (ja)
DE (1) DE3514392A1 (ja)
FR (1) FR2563601B1 (ja)
GB (1) GB2158166B (ja)
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