リーフシール
【課題】同軸で相対的に回転する２つの構成要素の間にシールを形成するためのリーフシールが提供される。
【解決手段】リーフ４２は、環状パック内で向かい合わせに重ねられており、リーフ４２は、リーフ４２の各々の基部４９において構成要素のうちの一方に取り付けることができる。これにより、リーフ４２が構成要素のうちの他方に向けて延びて、リーフ４２の各々の縁部４６が他方の構成要素と摺接するように提供される。環状パックは、複数のスペーサを含み、スペーサの各々は、隣接するリーフ４２の間に環状パックを通る軸方向の漏洩流を許容するリーフ間間隙５０を形成するように、隣接するリーフ４２の基部４９を分離し、スペーサ４３は、リーフ４２を２つ以上のリーフ４２のブロックに分割するように、環状パックの周囲に配分され、２つ以上のリーフ４２は、基部４９において、最も近くのスペーサ４３の間に挟まれる。
【解決手段】リーフ４２は、環状パック内で向かい合わせに重ねられており、リーフ４２は、リーフ４２の各々の基部４９において構成要素のうちの一方に取り付けることができる。これにより、リーフ４２が構成要素のうちの他方に向けて延びて、リーフ４２の各々の縁部４６が他方の構成要素と摺接するように提供される。環状パックは、複数のスペーサを含み、スペーサの各々は、隣接するリーフ４２の間に環状パックを通る軸方向の漏洩流を許容するリーフ間間隙５０を形成するように、隣接するリーフ４２の基部４９を分離し、スペーサ４３は、リーフ４２を２つ以上のリーフ４２のブロックに分割するように、環状パックの周囲に配分され、２つ以上のリーフ４２は、基部４９において、最も近くのスペーサ４３の間に挟まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの、同軸で相対的に回転する構成要素の間を封止するためのリーフシール（ｌｅａｆ ｓｅａｌ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、全体が１０で示されるダクト付きファンガスタービンエンジンは、主回転軸Ｘ−Ｘを有する。エンジンは、軸流順序で、吸気口１１と、推進ファン１２と、中圧圧縮機１３と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１５と、高圧タービン１６と、中圧タービン１７と、低圧タービン１８と、コアエンジン排気ノズル１９とを備える。ナセル２１がエンジン１０全体を囲み、吸気口１１と、バイパスダクト２２と、バイパス排気ノズル２３とを画定する。
【０００３】
ガスタービンエンジン１０は、従来の方法で作動し、吸気口１１に流入する空気がファン１２で加速されて２つの空気流、すなわち、中圧圧縮機１３へ入る第１空気流と、バイパスダクト２２を通過して推進推力を与える第２空気流Ｂとを生成する。中圧圧縮機１３は、中圧圧縮機１３内へ誘導される空気流Ａを、この空気をさらに圧縮する高圧圧縮機１４へ送る前に圧縮する。
【０００４】
高圧圧縮機１４から排出された圧縮空気は、燃焼器１５へ誘導され、ここで燃料と混合され、この混合物が燃焼される。結果として得られる高温燃焼生成物は、次に、高圧タービン１６、中圧タービン１７、および低圧タービン１８を通って膨張してこれらを駆動し、その後、ノズル１９から排出されて、さらに推進推力を与える。高圧タービン、中圧タービン、および低圧タービンは、それぞれ、適切な相互連結シャフトにより、高圧圧縮機１４および中圧圧縮機１３およびファン１２を駆動する。
【０００５】
リーフシールは、リーフ（換言すれば、薄板）材の区分（ｓｅｃｔｉｏｎ）から形成されており、リーフ材は、組立体内にある各々のリーフの、並置されたリーフ縁部でシール面を作り出すために、適切な向きに向けられている。シール遮断部（ｂａｒｒｉｅｒ）を設けるために、リーフの縁部、したがってシール面をシャフトの方へ向ける目的で、通常、リーフは回転シャフトの周りに周方向に並べられる。リーフ要素を正しく並べて、リーフ縁部、したがってシール面を提供するために、通常、スペーサ部材が各リーフの間に設けられる。これらのスペーサは、独立した構成要素であってもよく、各リーフと一体に形成されてもよい。リーフの縁部、また同様にシール面は、回転面に対して、事実上、上下に浮遊する。
【０００６】
ガスタービンエンジンでは、リーフシールを使用して、静止している構成要素と回転する構成要素との間、２つの相対的に回転する構成要素の間、または、２つの静止している構成要素の間にでさえ、シールの一方の側で比較的高い圧力を、また、他方の側で比較的低い圧力を維持するためにシールを形成することがある。図２は、例として、リーフシール組立体３１の一部の切り欠き斜視図を模式的に示しており、リーフシール組立体３１は、カバープレート３５付きの支持環３４を備えたハウジングに固定されたスペーサ３３から延びるリーフ３２のパック（ｐａｃｋ）を備える。リーフ３２は、矢印３８によって表される方向に一般に回転する回転構成要素の面３７の方へリーフ縁部３６を向けている。リーフ３２、特にリーフ３２のリーフ縁部３６は、組立体３１を横断してシールを形成するように面３７に作用する。面３７の回転に合わせて良好なシール効果が確実に生じるように、各リーフ３２は、一般に可撓性を有する。
【０００７】
図３は、組立体３１のリーフパックの一部のより詳細な図を模式的に示す。スペーサ３３は、全てのリーフ３２の基部の間にある。スペーサ３３は、可撓性が確実に得られるように、リーフ３２を面３７の方へ適切に向けることが一般に求められ、このことは、図示のように、一般には、リーフ３２と面３７との間に傾斜角を持たせることで行われる。スペーサ３３の厚み、リーフの厚み、リーフの長さ、および、リーフが配置される角度を変えることにより、リーフパックの幾何学的形状を変更することができる。例えば、図４に見られるように、スペーサ３３とリーフ３２の相対的な厚さを変更することにより、シールパックは、非接触型パックから、リーフ縁部３６に隣接して接触する（矢印で示す）接触型パックに変えることができる。スペーサ３３は、リーフと一体であってもよく、別個の部品であってもよい。
【０００８】
シールを通過する流れにより生じるリーフの振動は、リーフ材における疲労破壊の原因となることがあるので、問題となる可能性がある。このような亀裂は急速に成長し、リーフ材の損失につながりやすい。
【０００９】
上記の問題は、リーフがまっすぐであるリーフパックと、リーフ先端部でリーフ同士が接触するリーフパックとの両方で生じる。先端部でリーフ間が大きく干渉すると、この問題が軽減されることが分かった。同様の効果は、非常に厚いリーフでも見られている。
【００１０】
直径が大きいシールでは、リーフの先端部で著しいリーフ間干渉を起こすことは不可能である。これは、リーフシールを直径が小さい用途に限定することにつながりうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、リーフシールにおいて性能を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１の態様では、同軸で相対的に回転する２つの構成要素の間にシールを形成するためのリーフシールであって、リーフの環状パックを備えており、リーフは、環状パック内で向かい合わせに重ねられており、リーフは、リーフの各々の基部において構成要素のうちの一方に取り付けることができ、これにより、リーフが構成要素のうちの他方に向けて延びて、リーフの各々の縁部が他方の構成要素と摺接するように提供される、リーフシールであって、環状パックは、複数のスペーサを含み、スペーサの各々は、隣接するリーフの間に環状パックを通る軸方向の漏洩流を許容するリーフ間間隙を形成するように、隣接するリーフの基部を分離し、スペーサは、リーフを２つ以上のリーフのブロックに分割するように、環状パックの周囲に配分され、２つ以上のリーフは、基部において、最も近くの前記スペーサの間に挟まれる、リーフシールを提供する。
【００１３】
本発明は、第２の態様では、第１の態様のリーフシールのためのリーフのパックを提供する。
リーフをスペーサ間のブロックに形成することにより、各ブロック内のリーフは、例えば、図４に示される種類の従来のシールで可能であるものよりも実質的に大きな接触面積にわたって互いに干渉できる。このように干渉させると、リーフ内の疲労亀裂の問題を軽減できることが分かった。具体的には、リーフ間を摩擦接触させることができる。この摩擦と、関連するエネルギー損失により、エネルギーを散逸させ、これによりリーフの振動を減衰させることができる。
【００１４】
本発明のオプションとしての特徴を以下に記載する。これらは、単独でも、本発明の任意の態様との任意に組み合わせでも適用できる。
リーフは、分割して、３つ、４つ、８つ、または、それ以上のリーフのブロックにしてもよい。ブロック内のリーフの数を増せば、リーフ間の干渉の全体量を増やすことができ（すなわち、「端部」リーフが少ない）、また、シールを通る漏洩流を減らすこともできる。
【００１５】
好ましくは、各ブロック内で、リーフは、ブロック内の直近のリーフと、リーフのそれぞれの基部から、リーフのそれぞれの摺接する縁部までの、リーフの実質的に全長にわたって向かい合わせに接触する。このような大きな面積でのリーフ間の摩擦接触は、リーフ振動の減衰を改善することができる。
【００１６】
スペーサは、各ブロック内のリーフの数がパックの周囲で変化するように分配されてもよい。例えば、各ブロック内のリーフの数は、不規則にまたは無秩序に変えてもよい。このような変化は、パックが共鳴するあらゆる傾向を減らすのに役立つことができる。
【００１７】
ブロック内のリーフの表面は、リーフ間の摩擦減衰の量を調整するために処理されてもよい。例えば、表面がコーティング（例えば、ＰＴＦＥで）、研磨および／またはベルト研削され、摩擦減衰の量を増減させてもよい。
【００１８】
各ブロック内で、基部は、直線に沿って重ねられ、環状パックの周方向の湾曲は、隣接するブロックを互いに角度方向にずらすことにより生成されることであってもよい。パック組み立てについてのこのような試みは、一定の長さの、パックのまっすぐな区分が小さい弧度に収まる、直径の大きなシールについて最も関係がある。摺接するリーフの縁部は、ブロックのそれぞれの側面を他方の構成要素の半径に合うような形にすることによって作り出すことができる。あるいは、摺接する縁部は、リーフが、他方の構成要素と接触することにより、使用中に摩耗することを許容することで形成することもできる。
【００１９】
このリーフシールは、例えば、ガスタービンおよび蒸気タービン、ならびにジェットエンジンで使用することができる。しかし、このリーフシールは、シャフトに沿って高圧領域と低圧領域の間をシールすることが必要である他の用途で使用してもよい。
【００２０】
オプションとしての本発明の他の特徴を以下に記載する。
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら、例として記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガスタービンエンジンの模式的な長手方向断面図である。
【図２】リーフシール組立体の一部の模式的な切り欠き斜視図である。
【図３】図２の組立体のリーフパックの部分のより詳細な模式図である。
【図４】図３のリーフパックの変形例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態による、シール用の環状リーフパックの部分の模式図である。
【図６】最終組み立て前の図５のリーフパックを模式的に示す図である。
【図７】最終組み立て前の図５のリーフパックの変形例を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による、大径シール用の環状リーフパックの一部を模式的に示す図である。
【図９】図８のリーフパックのリーフのブロックに対応するまっすぐなリーフシール区分を模式的に示す図である。
【図１０】図１０ａはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を模式的に示す図である。図１０ｂはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第３実施形態の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１１】図１１ａはＭ字形状薄片を模式的に示す図である。図１１ｂはＭ字形状薄片、Ｔ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第４実施形態の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１２】図１２ａはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を模式的に示す図である。図１２ｂはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第３実施形態に関する変形例の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１３】図１３ａはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を模式的に示す図である。図１３ｂはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第３実施形態に関する別の変形例の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１４】図１４ａはＭ字形状薄片を模式的に示す図である。図１４ｂはＭ字形状薄片、Ｔ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第４実施形態に関する変形例の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図５は、本発明の第１実施形態によるシール用環状リーフパックの一部の図を模式的に示す。パックのリーフ４２は、それぞれの基部４９で、径方向外側の静止しているハウジング（不図示）に取り付けられ、径方向内側のロータの面４７と摺接するリーフ縁部４６の方へ延びる。
【００２３】
スペーサ４３が、２つの基部毎に、パックの周りに配置される。スペーサは、このように、パックを複数のリーフブロックに分割する。各ブロックは２つのリーフ４２を含み、これらのリーフ４２は、基部４９から縁部４６までの長さ全体にわたって互いに向かい合わせに接触する。スペーサはまた、隣り合ったブロックの端部リーフの間にリーフ間間隙（ｉｎｔｅｒｌｅａｆ ｇａｐｓ）５０を形成し、この間隙は、パックを通って軸方向に流れが漏れることを可能にする。
【００２４】
図６は、通常は支持環と、カバープレートとを備えるハウジング（不図示）に最終的に組み付ける前の図５のリーフパックを模式的に示す。リーフパックの変形例では、スペーサ４３を３つ以上の基部の後に、パックを取り囲むように配置することができる。例えば、図７は、最終組み立て前のリーフパックを模式的に示し、この最終組み立てでは、スペーサがリーフを分割して、各々が３つのリーフ４２を備えるブロックにする。実際には、パックを取り囲むスペーサのより不規則または無秩序な分布を採用して、各ブロックにおけるリーフの数がそれに伴い変わるようにすることができる。このような不規則または無秩序な分布は、リーフパックが連成振動（ｃｏｕｐｌｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）と共鳴するあらゆる傾向を減らすことができる。
【００２５】
有利には、リーフ４２を各ブロック内で直接接触するように置くことにより、リーフの間で摩擦接触が生じる。この摩擦および付随するエネルギー損失により、エネルギーを散逸させることができ、これにより、そうでなければ疲労破壊につながるリーフの振動を減衰させることができる。さらに、リーフが、コーティング（例えば、ＰＴＦＥ）、研磨またはベルト研削のような表面処理がなされていれば、摩擦減衰の大きさは制御可能に増減させることができる。リーフは、シート材から打ち抜くことにより形成でき、また、この種の処理は、打ち抜き処置の前にシートに加えることができる。
【００２６】
比較的厚いリーフはまた、疲労による亀裂に影響されにくい可能性がある。しかし、厚いリーフを使用することには、リーフの機械的剛性がリーフの厚みの３乗に比例して増大する、という欠点がある。薄いリーフのブロックを使用することにより、同じように疲労による亀裂に影響されにくくできるが、機械的剛性は、線形に増大するのみである（加えて、摩擦のために少し増大する）。
【００２７】
直径が大きくて湾曲が少ないシールでは、リーフパックをスペーサで分割してブロックにし、ブロックが多数のリーフ４２（例えば、１ブロック当たり５０枚のリーフ）を含むようにすることができる。このような配列にすると、図８に模式的に示されるように、大部分のリーフの間で接触面積が増え、リーフ間間隙５０が比較的少ししかないこととなる可能性があるため、シールの性能を向上させることができる。つまり、シールの全パッキング比（ｔｏｔａｌ ｐａｃｋｉｎｇ ｒａｔｉｏ）（シールを軸方向から見たときの、リーフが占める面積と、リーフおよびリーフ間間隙の合計面積との比）を著しく増やし、一方で、可撓性のあるシールを依然として維持することができるのである。このようなシールを作るための１つの選択肢としては、シールを多数のまっすぐなリーフシール区分から組み立てることがある。各リーフシール区分はリーフのブロックに対応していて、このブロックでは、図９に模式的に示されるように、リーフの基部が直線に沿って重ねられる。区分の各々の、ロータに向き合う側は、ロータの半径に合うような形にすることができる、または、ぴったりと合うように摩耗させることができる。最終的なパック組立体では、区分が互いに角度方向にずらされて、完全なシール環を形成する。通常、各区分は、リーフのブロックを１つ含むが、各区分は、リーフのブロックを２つ以上含むことができ、この場合、各区分内でスペーサがブロックを分割する。
【００２８】
リーフパックの周りにスペーサを分配することで、リーフが、基部において直近のスペーサの間に挟まれた２つ以上のリーフのブロックに分割されるようにする、という概念は、複数のリーフパックを有するシールに拡張することができる。例えば、本発明の第３実施形態によるシールで、３つの、軸方向に間隔をあけた環状パックを有するものに関連して、図１０は、（ａ）パックのリーフを形成するＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片と、（ｂ）組み立て準備が整った薄片と、を模式的に示す。各Ｔ字形状薄片には、１つのリーフ４２と、２つのスペーサ部分５１とがあり、２つのスペーサ部分５１は、リーフの基部の両側から横方向に延びている。各逆Ｕ字形状薄片には、２つのリーフ４２’、４２’’と、スペーサ部分５１とがあり、スペーサ部分５１は、リーフの基部に橋を架けている。薄片は、Ｔ字形状薄片のリーフが中央のリーフパックを形成し、Ｔ字形状薄片のスペーサ部分が外側のリーフパックのリーフ間のスペーサを形成するように、一方、逆Ｕ字形状薄片のリーフが外側のリーフパックを形成し、逆Ｕ字形状薄片のスペーサ部分が中央のリーフパックのリーフ間のスペーサを形成するように、組み立てられる。薄片は組み立てて、Ｔ字形状および逆Ｕ字形状の薄片が交互するブロックにし（図１０（ｂ）に示されるように、ブロック毎に所定の種類の薄片が２つある）、各パックの中で、隣接するスペーサ要素が組合わさってスペーサを形成し、リーフがスペーサで分割されて、直近のスペーサの間に基部が挟まれたリーフのブロックになるようにする。逆Ｕ字形状およびＴ字形状の薄片の他に、パック組立体で（図１１（ａ）に示されるような）３つ叉のＭ字形状薄片であって、各Ｍ字形状薄片に３つのリーフ４２、４２’、４２’’と、３つのスペーサ部分５１があるものを使用することも有益でありうる。逆Ｕ字形状、Ｔ字形状、および、Ｍ字形状の薄片を図１１（ｂ）に示されるように散在させることにより、図１０の実施形態に比べて、漏洩特性および耐震性を改善しうる。
【００２９】
複数のパックがあるシールでは、１つまたは２つ以上のパックの詰め込み密度を他のものに対して大きくすることにより、これらのパックの剛性を増大させることができる。例えば、図１０の第３実施形態の変形例によるシールで、３つの、軸方向に間隔をあけた環状パックを有するシールに関連して、図１２は、（ａ）パックのリーフを形成するＴ字形状薄片と逆Ｕ字形状薄片、（ｂ）組み立て準備が整った薄片、を模式的に示す。この変形例では、Ｔ字形状薄片が逆Ｕ字形状薄片よりも多く、中央リーフパックの有効剛性が外側リーフパックの剛性よりも高くなるようにしてある。図１０の第３実施形態の別の変形例によるシールで、３つの、軸方向に間隔をあけた環状パックを有するシールに関連して、図１３は、（ａ）パックのリーフを形成するＴ字形状薄片と逆Ｕ字形状薄片、（ｂ）組み立て準備が整った薄片、を模式的に示す。この別の変形例では、Ｔ字形状薄片が逆Ｕ字形状薄片より多く、中央リーフパックのみが、互いに向き合って接触するリーフ４２を含むようにしてある。
【００３０】
同様に、図１４は、（ａ）Ｍ字形状薄片、および、（ｂ）図１１の第４実施形態の変形例による、組み立て準備が整った逆Ｕ字形状、Ｔ字形状、および、Ｍ字形状の薄片、を模式的に示す。図１４に示されるように、Ｔ字形状薄片の数を逆Ｕ字形状薄片に比べて増やすことにより、図１２のシールに比べて、中央リーフパックを依然として堅く維持しつつ、漏洩特性および耐震性を改善しうる。
【００３１】
第３および第４の実施形態の両方に関連して、Ｔ字形状薄片の数を逆Ｕ字形状薄片の数に対して増やす代わりに、外側パックを中央パックと比較して堅くするために、逆Ｕ字形状薄片の数をＴ字形状薄片の数に対して増やすことができる。
【００３２】
本発明を前述した例示的な実施形態とともに説明したが、この開示内容を与えられると、当業者には数多くの等価な修正例および変形例が明らかとなるであろう。例えば、前述の実施形態では、リーフパックが径方向外側のハウジングに取り付けられ、これらパックのリーフが内側ロータに向けて延びる。しかし、他の実施形態では、パックは径方向内側の構成要素に取り付けられ、パックのリーフが外側の構成要素へ向けて延びることもできる。別の実施形態では、前述の実施形態のリーフパックは、まっすぐなリーフを含む。しかし、別の実施形態では、パックは、変形された（例えば、シャフトの方へ曲げられた、または、シャフトと反対の方へ曲げられた）リーフを含むことができる。リーフは、このように変形させた状態で製造することもできるし、この変形を組み立て後の熱処理過程、リーフ間を拘束すること、または、リーフとロータ間を拘束することにより獲得することもできる。したがって、上記した本発明の例示的な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないとみなされる。説明した実施形態は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまに変更しうる。
【符号の説明】
【００３３】
４２ リーフ
４３ スペーサ
４６ 縁部
４９ 基部
５０ リーフ間間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの、同軸で相対的に回転する構成要素の間を封止するためのリーフシール（ｌｅａｆ ｓｅａｌ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、全体が１０で示されるダクト付きファンガスタービンエンジンは、主回転軸Ｘ−Ｘを有する。エンジンは、軸流順序で、吸気口１１と、推進ファン１２と、中圧圧縮機１３と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１５と、高圧タービン１６と、中圧タービン１７と、低圧タービン１８と、コアエンジン排気ノズル１９とを備える。ナセル２１がエンジン１０全体を囲み、吸気口１１と、バイパスダクト２２と、バイパス排気ノズル２３とを画定する。
【０００３】
ガスタービンエンジン１０は、従来の方法で作動し、吸気口１１に流入する空気がファン１２で加速されて２つの空気流、すなわち、中圧圧縮機１３へ入る第１空気流と、バイパスダクト２２を通過して推進推力を与える第２空気流Ｂとを生成する。中圧圧縮機１３は、中圧圧縮機１３内へ誘導される空気流Ａを、この空気をさらに圧縮する高圧圧縮機１４へ送る前に圧縮する。
【０００４】
高圧圧縮機１４から排出された圧縮空気は、燃焼器１５へ誘導され、ここで燃料と混合され、この混合物が燃焼される。結果として得られる高温燃焼生成物は、次に、高圧タービン１６、中圧タービン１７、および低圧タービン１８を通って膨張してこれらを駆動し、その後、ノズル１９から排出されて、さらに推進推力を与える。高圧タービン、中圧タービン、および低圧タービンは、それぞれ、適切な相互連結シャフトにより、高圧圧縮機１４および中圧圧縮機１３およびファン１２を駆動する。
【０００５】
リーフシールは、リーフ（換言すれば、薄板）材の区分（ｓｅｃｔｉｏｎ）から形成されており、リーフ材は、組立体内にある各々のリーフの、並置されたリーフ縁部でシール面を作り出すために、適切な向きに向けられている。シール遮断部（ｂａｒｒｉｅｒ）を設けるために、リーフの縁部、したがってシール面をシャフトの方へ向ける目的で、通常、リーフは回転シャフトの周りに周方向に並べられる。リーフ要素を正しく並べて、リーフ縁部、したがってシール面を提供するために、通常、スペーサ部材が各リーフの間に設けられる。これらのスペーサは、独立した構成要素であってもよく、各リーフと一体に形成されてもよい。リーフの縁部、また同様にシール面は、回転面に対して、事実上、上下に浮遊する。
【０００６】
ガスタービンエンジンでは、リーフシールを使用して、静止している構成要素と回転する構成要素との間、２つの相対的に回転する構成要素の間、または、２つの静止している構成要素の間にでさえ、シールの一方の側で比較的高い圧力を、また、他方の側で比較的低い圧力を維持するためにシールを形成することがある。図２は、例として、リーフシール組立体３１の一部の切り欠き斜視図を模式的に示しており、リーフシール組立体３１は、カバープレート３５付きの支持環３４を備えたハウジングに固定されたスペーサ３３から延びるリーフ３２のパック（ｐａｃｋ）を備える。リーフ３２は、矢印３８によって表される方向に一般に回転する回転構成要素の面３７の方へリーフ縁部３６を向けている。リーフ３２、特にリーフ３２のリーフ縁部３６は、組立体３１を横断してシールを形成するように面３７に作用する。面３７の回転に合わせて良好なシール効果が確実に生じるように、各リーフ３２は、一般に可撓性を有する。
【０００７】
図３は、組立体３１のリーフパックの一部のより詳細な図を模式的に示す。スペーサ３３は、全てのリーフ３２の基部の間にある。スペーサ３３は、可撓性が確実に得られるように、リーフ３２を面３７の方へ適切に向けることが一般に求められ、このことは、図示のように、一般には、リーフ３２と面３７との間に傾斜角を持たせることで行われる。スペーサ３３の厚み、リーフの厚み、リーフの長さ、および、リーフが配置される角度を変えることにより、リーフパックの幾何学的形状を変更することができる。例えば、図４に見られるように、スペーサ３３とリーフ３２の相対的な厚さを変更することにより、シールパックは、非接触型パックから、リーフ縁部３６に隣接して接触する（矢印で示す）接触型パックに変えることができる。スペーサ３３は、リーフと一体であってもよく、別個の部品であってもよい。
【０００８】
シールを通過する流れにより生じるリーフの振動は、リーフ材における疲労破壊の原因となることがあるので、問題となる可能性がある。このような亀裂は急速に成長し、リーフ材の損失につながりやすい。
【０００９】
上記の問題は、リーフがまっすぐであるリーフパックと、リーフ先端部でリーフ同士が接触するリーフパックとの両方で生じる。先端部でリーフ間が大きく干渉すると、この問題が軽減されることが分かった。同様の効果は、非常に厚いリーフでも見られている。
【００１０】
直径が大きいシールでは、リーフの先端部で著しいリーフ間干渉を起こすことは不可能である。これは、リーフシールを直径が小さい用途に限定することにつながりうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、リーフシールにおいて性能を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１の態様では、同軸で相対的に回転する２つの構成要素の間にシールを形成するためのリーフシールであって、リーフの環状パックを備えており、リーフは、環状パック内で向かい合わせに重ねられており、リーフは、リーフの各々の基部において構成要素のうちの一方に取り付けることができ、これにより、リーフが構成要素のうちの他方に向けて延びて、リーフの各々の縁部が他方の構成要素と摺接するように提供される、リーフシールであって、環状パックは、複数のスペーサを含み、スペーサの各々は、隣接するリーフの間に環状パックを通る軸方向の漏洩流を許容するリーフ間間隙を形成するように、隣接するリーフの基部を分離し、スペーサは、リーフを２つ以上のリーフのブロックに分割するように、環状パックの周囲に配分され、２つ以上のリーフは、基部において、最も近くの前記スペーサの間に挟まれる、リーフシールを提供する。
【００１３】
本発明は、第２の態様では、第１の態様のリーフシールのためのリーフのパックを提供する。
リーフをスペーサ間のブロックに形成することにより、各ブロック内のリーフは、例えば、図４に示される種類の従来のシールで可能であるものよりも実質的に大きな接触面積にわたって互いに干渉できる。このように干渉させると、リーフ内の疲労亀裂の問題を軽減できることが分かった。具体的には、リーフ間を摩擦接触させることができる。この摩擦と、関連するエネルギー損失により、エネルギーを散逸させ、これによりリーフの振動を減衰させることができる。
【００１４】
本発明のオプションとしての特徴を以下に記載する。これらは、単独でも、本発明の任意の態様との任意に組み合わせでも適用できる。
リーフは、分割して、３つ、４つ、８つ、または、それ以上のリーフのブロックにしてもよい。ブロック内のリーフの数を増せば、リーフ間の干渉の全体量を増やすことができ（すなわち、「端部」リーフが少ない）、また、シールを通る漏洩流を減らすこともできる。
【００１５】
好ましくは、各ブロック内で、リーフは、ブロック内の直近のリーフと、リーフのそれぞれの基部から、リーフのそれぞれの摺接する縁部までの、リーフの実質的に全長にわたって向かい合わせに接触する。このような大きな面積でのリーフ間の摩擦接触は、リーフ振動の減衰を改善することができる。
【００１６】
スペーサは、各ブロック内のリーフの数がパックの周囲で変化するように分配されてもよい。例えば、各ブロック内のリーフの数は、不規則にまたは無秩序に変えてもよい。このような変化は、パックが共鳴するあらゆる傾向を減らすのに役立つことができる。
【００１７】
ブロック内のリーフの表面は、リーフ間の摩擦減衰の量を調整するために処理されてもよい。例えば、表面がコーティング（例えば、ＰＴＦＥで）、研磨および／またはベルト研削され、摩擦減衰の量を増減させてもよい。
【００１８】
各ブロック内で、基部は、直線に沿って重ねられ、環状パックの周方向の湾曲は、隣接するブロックを互いに角度方向にずらすことにより生成されることであってもよい。パック組み立てについてのこのような試みは、一定の長さの、パックのまっすぐな区分が小さい弧度に収まる、直径の大きなシールについて最も関係がある。摺接するリーフの縁部は、ブロックのそれぞれの側面を他方の構成要素の半径に合うような形にすることによって作り出すことができる。あるいは、摺接する縁部は、リーフが、他方の構成要素と接触することにより、使用中に摩耗することを許容することで形成することもできる。
【００１９】
このリーフシールは、例えば、ガスタービンおよび蒸気タービン、ならびにジェットエンジンで使用することができる。しかし、このリーフシールは、シャフトに沿って高圧領域と低圧領域の間をシールすることが必要である他の用途で使用してもよい。
【００２０】
オプションとしての本発明の他の特徴を以下に記載する。
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら、例として記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガスタービンエンジンの模式的な長手方向断面図である。
【図２】リーフシール組立体の一部の模式的な切り欠き斜視図である。
【図３】図２の組立体のリーフパックの部分のより詳細な模式図である。
【図４】図３のリーフパックの変形例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態による、シール用の環状リーフパックの部分の模式図である。
【図６】最終組み立て前の図５のリーフパックを模式的に示す図である。
【図７】最終組み立て前の図５のリーフパックの変形例を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による、大径シール用の環状リーフパックの一部を模式的に示す図である。
【図９】図８のリーフパックのリーフのブロックに対応するまっすぐなリーフシール区分を模式的に示す図である。
【図１０】図１０ａはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を模式的に示す図である。図１０ｂはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第３実施形態の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１１】図１１ａはＭ字形状薄片を模式的に示す図である。図１１ｂはＭ字形状薄片、Ｔ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第４実施形態の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１２】図１２ａはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を模式的に示す図である。図１２ｂはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第３実施形態に関する変形例の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１３】図１３ａはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を模式的に示す図である。図１３ｂはＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第３実施形態に関する別の変形例の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【図１４】図１４ａはＭ字形状薄片を模式的に示す図である。図１４ｂはＭ字形状薄片、Ｔ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片を組み立てて本発明の第４実施形態に関する変形例の３つのリーフパックにしたものを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図５は、本発明の第１実施形態によるシール用環状リーフパックの一部の図を模式的に示す。パックのリーフ４２は、それぞれの基部４９で、径方向外側の静止しているハウジング（不図示）に取り付けられ、径方向内側のロータの面４７と摺接するリーフ縁部４６の方へ延びる。
【００２３】
スペーサ４３が、２つの基部毎に、パックの周りに配置される。スペーサは、このように、パックを複数のリーフブロックに分割する。各ブロックは２つのリーフ４２を含み、これらのリーフ４２は、基部４９から縁部４６までの長さ全体にわたって互いに向かい合わせに接触する。スペーサはまた、隣り合ったブロックの端部リーフの間にリーフ間間隙（ｉｎｔｅｒｌｅａｆ ｇａｐｓ）５０を形成し、この間隙は、パックを通って軸方向に流れが漏れることを可能にする。
【００２４】
図６は、通常は支持環と、カバープレートとを備えるハウジング（不図示）に最終的に組み付ける前の図５のリーフパックを模式的に示す。リーフパックの変形例では、スペーサ４３を３つ以上の基部の後に、パックを取り囲むように配置することができる。例えば、図７は、最終組み立て前のリーフパックを模式的に示し、この最終組み立てでは、スペーサがリーフを分割して、各々が３つのリーフ４２を備えるブロックにする。実際には、パックを取り囲むスペーサのより不規則または無秩序な分布を採用して、各ブロックにおけるリーフの数がそれに伴い変わるようにすることができる。このような不規則または無秩序な分布は、リーフパックが連成振動（ｃｏｕｐｌｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）と共鳴するあらゆる傾向を減らすことができる。
【００２５】
有利には、リーフ４２を各ブロック内で直接接触するように置くことにより、リーフの間で摩擦接触が生じる。この摩擦および付随するエネルギー損失により、エネルギーを散逸させることができ、これにより、そうでなければ疲労破壊につながるリーフの振動を減衰させることができる。さらに、リーフが、コーティング（例えば、ＰＴＦＥ）、研磨またはベルト研削のような表面処理がなされていれば、摩擦減衰の大きさは制御可能に増減させることができる。リーフは、シート材から打ち抜くことにより形成でき、また、この種の処理は、打ち抜き処置の前にシートに加えることができる。
【００２６】
比較的厚いリーフはまた、疲労による亀裂に影響されにくい可能性がある。しかし、厚いリーフを使用することには、リーフの機械的剛性がリーフの厚みの３乗に比例して増大する、という欠点がある。薄いリーフのブロックを使用することにより、同じように疲労による亀裂に影響されにくくできるが、機械的剛性は、線形に増大するのみである（加えて、摩擦のために少し増大する）。
【００２７】
直径が大きくて湾曲が少ないシールでは、リーフパックをスペーサで分割してブロックにし、ブロックが多数のリーフ４２（例えば、１ブロック当たり５０枚のリーフ）を含むようにすることができる。このような配列にすると、図８に模式的に示されるように、大部分のリーフの間で接触面積が増え、リーフ間間隙５０が比較的少ししかないこととなる可能性があるため、シールの性能を向上させることができる。つまり、シールの全パッキング比（ｔｏｔａｌ ｐａｃｋｉｎｇ ｒａｔｉｏ）（シールを軸方向から見たときの、リーフが占める面積と、リーフおよびリーフ間間隙の合計面積との比）を著しく増やし、一方で、可撓性のあるシールを依然として維持することができるのである。このようなシールを作るための１つの選択肢としては、シールを多数のまっすぐなリーフシール区分から組み立てることがある。各リーフシール区分はリーフのブロックに対応していて、このブロックでは、図９に模式的に示されるように、リーフの基部が直線に沿って重ねられる。区分の各々の、ロータに向き合う側は、ロータの半径に合うような形にすることができる、または、ぴったりと合うように摩耗させることができる。最終的なパック組立体では、区分が互いに角度方向にずらされて、完全なシール環を形成する。通常、各区分は、リーフのブロックを１つ含むが、各区分は、リーフのブロックを２つ以上含むことができ、この場合、各区分内でスペーサがブロックを分割する。
【００２８】
リーフパックの周りにスペーサを分配することで、リーフが、基部において直近のスペーサの間に挟まれた２つ以上のリーフのブロックに分割されるようにする、という概念は、複数のリーフパックを有するシールに拡張することができる。例えば、本発明の第３実施形態によるシールで、３つの、軸方向に間隔をあけた環状パックを有するものに関連して、図１０は、（ａ）パックのリーフを形成するＴ字形状薄片および逆Ｕ字形状薄片と、（ｂ）組み立て準備が整った薄片と、を模式的に示す。各Ｔ字形状薄片には、１つのリーフ４２と、２つのスペーサ部分５１とがあり、２つのスペーサ部分５１は、リーフの基部の両側から横方向に延びている。各逆Ｕ字形状薄片には、２つのリーフ４２’、４２’’と、スペーサ部分５１とがあり、スペーサ部分５１は、リーフの基部に橋を架けている。薄片は、Ｔ字形状薄片のリーフが中央のリーフパックを形成し、Ｔ字形状薄片のスペーサ部分が外側のリーフパックのリーフ間のスペーサを形成するように、一方、逆Ｕ字形状薄片のリーフが外側のリーフパックを形成し、逆Ｕ字形状薄片のスペーサ部分が中央のリーフパックのリーフ間のスペーサを形成するように、組み立てられる。薄片は組み立てて、Ｔ字形状および逆Ｕ字形状の薄片が交互するブロックにし（図１０（ｂ）に示されるように、ブロック毎に所定の種類の薄片が２つある）、各パックの中で、隣接するスペーサ要素が組合わさってスペーサを形成し、リーフがスペーサで分割されて、直近のスペーサの間に基部が挟まれたリーフのブロックになるようにする。逆Ｕ字形状およびＴ字形状の薄片の他に、パック組立体で（図１１（ａ）に示されるような）３つ叉のＭ字形状薄片であって、各Ｍ字形状薄片に３つのリーフ４２、４２’、４２’’と、３つのスペーサ部分５１があるものを使用することも有益でありうる。逆Ｕ字形状、Ｔ字形状、および、Ｍ字形状の薄片を図１１（ｂ）に示されるように散在させることにより、図１０の実施形態に比べて、漏洩特性および耐震性を改善しうる。
【００２９】
複数のパックがあるシールでは、１つまたは２つ以上のパックの詰め込み密度を他のものに対して大きくすることにより、これらのパックの剛性を増大させることができる。例えば、図１０の第３実施形態の変形例によるシールで、３つの、軸方向に間隔をあけた環状パックを有するシールに関連して、図１２は、（ａ）パックのリーフを形成するＴ字形状薄片と逆Ｕ字形状薄片、（ｂ）組み立て準備が整った薄片、を模式的に示す。この変形例では、Ｔ字形状薄片が逆Ｕ字形状薄片よりも多く、中央リーフパックの有効剛性が外側リーフパックの剛性よりも高くなるようにしてある。図１０の第３実施形態の別の変形例によるシールで、３つの、軸方向に間隔をあけた環状パックを有するシールに関連して、図１３は、（ａ）パックのリーフを形成するＴ字形状薄片と逆Ｕ字形状薄片、（ｂ）組み立て準備が整った薄片、を模式的に示す。この別の変形例では、Ｔ字形状薄片が逆Ｕ字形状薄片より多く、中央リーフパックのみが、互いに向き合って接触するリーフ４２を含むようにしてある。
【００３０】
同様に、図１４は、（ａ）Ｍ字形状薄片、および、（ｂ）図１１の第４実施形態の変形例による、組み立て準備が整った逆Ｕ字形状、Ｔ字形状、および、Ｍ字形状の薄片、を模式的に示す。図１４に示されるように、Ｔ字形状薄片の数を逆Ｕ字形状薄片に比べて増やすことにより、図１２のシールに比べて、中央リーフパックを依然として堅く維持しつつ、漏洩特性および耐震性を改善しうる。
【００３１】
第３および第４の実施形態の両方に関連して、Ｔ字形状薄片の数を逆Ｕ字形状薄片の数に対して増やす代わりに、外側パックを中央パックと比較して堅くするために、逆Ｕ字形状薄片の数をＴ字形状薄片の数に対して増やすことができる。
【００３２】
本発明を前述した例示的な実施形態とともに説明したが、この開示内容を与えられると、当業者には数多くの等価な修正例および変形例が明らかとなるであろう。例えば、前述の実施形態では、リーフパックが径方向外側のハウジングに取り付けられ、これらパックのリーフが内側ロータに向けて延びる。しかし、他の実施形態では、パックは径方向内側の構成要素に取り付けられ、パックのリーフが外側の構成要素へ向けて延びることもできる。別の実施形態では、前述の実施形態のリーフパックは、まっすぐなリーフを含む。しかし、別の実施形態では、パックは、変形された（例えば、シャフトの方へ曲げられた、または、シャフトと反対の方へ曲げられた）リーフを含むことができる。リーフは、このように変形させた状態で製造することもできるし、この変形を組み立て後の熱処理過程、リーフ間を拘束すること、または、リーフとロータ間を拘束することにより獲得することもできる。したがって、上記した本発明の例示的な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないとみなされる。説明した実施形態は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまに変更しうる。
【符号の説明】
【００３３】
４２ リーフ
４３ スペーサ
４６ 縁部
４９ 基部
５０ リーフ間間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸で相対的に回転する２つの構成要素の間にシールを形成するためのリーフシールであって、リーフの環状パックを備えており、前記リーフは、前記環状パック内で向かい合わせに重ねられており、前記リーフは、前記リーフの各々の基部において前記構成要素のうちの一方に取り付けることができ、これにより、前記リーフが前記構成要素のうちの他方に向けて延びて、前記リーフの各々の縁部が前記他方の構成要素と摺接するように提供される、リーフシールであって、
前記環状パックは、複数のスペーサを含み、前記スペーサの各々は、隣接するリーフの間に前記環状パックを通る軸方向の漏洩流を許容するリーフ間間隙を形成するように、前記隣接するリーフの前記基部を分離し、
前記スペーサは、前記リーフを２つ以上のリーフのブロックに分割するように、前記環状パックの周囲に配分され、前記２つ以上のリーフは、前記基部において、最も近くの前記スペーサの間に挟まれる、
リーフシール。
【請求項２】
各ブロック内において、前記リーフは、前記リーフの各々の前記基部から前記リーフの各々の摺接する前記縁部までの前記リーフの実質的に全長にわたって、前記ブロック内の最も近くのリーフと向かい合わせに接触する、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項３】
前記スペーサは、各ブロック内の前記リーフの数が前記パックの周囲で変化するように配分される、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項４】
前記スペーサは、各ブロック内の前記リーフの数が前記パックの周囲で変化するように配分される、請求項２に記載のリーフシール。
【請求項５】
前記ブロック内の前記リーフの表面は、前記リーフ間の摩擦減衰の量を調整するように処理される、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項６】
前記ブロック内の前記リーフの表面は、前記リーフ間の摩擦減衰の量を調整するように処理される、請求項２に記載のリーフシール。
【請求項７】
各ブロック内で、前記基部は、直線に沿って重ねられ、前記環状パックの周方向の湾曲は、隣接するブロックを互いに角度方向にずらすことにより形成される、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項８】
各ブロック内で、前記基部は、直線に沿って重ねられ、前記環状パックの周方向の湾曲は、隣接するブロックを互いに角度方向にずらすことにより形成される、請求項２に記載のリーフシール。
【請求項９】
請求項１のリーフシールのためのリーフのパック。
【請求項１０】
請求項２のリーフシールのためのリーフのパック。
【請求項１】
同軸で相対的に回転する２つの構成要素の間にシールを形成するためのリーフシールであって、リーフの環状パックを備えており、前記リーフは、前記環状パック内で向かい合わせに重ねられており、前記リーフは、前記リーフの各々の基部において前記構成要素のうちの一方に取り付けることができ、これにより、前記リーフが前記構成要素のうちの他方に向けて延びて、前記リーフの各々の縁部が前記他方の構成要素と摺接するように提供される、リーフシールであって、
前記環状パックは、複数のスペーサを含み、前記スペーサの各々は、隣接するリーフの間に前記環状パックを通る軸方向の漏洩流を許容するリーフ間間隙を形成するように、前記隣接するリーフの前記基部を分離し、
前記スペーサは、前記リーフを２つ以上のリーフのブロックに分割するように、前記環状パックの周囲に配分され、前記２つ以上のリーフは、前記基部において、最も近くの前記スペーサの間に挟まれる、
リーフシール。
【請求項２】
各ブロック内において、前記リーフは、前記リーフの各々の前記基部から前記リーフの各々の摺接する前記縁部までの前記リーフの実質的に全長にわたって、前記ブロック内の最も近くのリーフと向かい合わせに接触する、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項３】
前記スペーサは、各ブロック内の前記リーフの数が前記パックの周囲で変化するように配分される、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項４】
前記スペーサは、各ブロック内の前記リーフの数が前記パックの周囲で変化するように配分される、請求項２に記載のリーフシール。
【請求項５】
前記ブロック内の前記リーフの表面は、前記リーフ間の摩擦減衰の量を調整するように処理される、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項６】
前記ブロック内の前記リーフの表面は、前記リーフ間の摩擦減衰の量を調整するように処理される、請求項２に記載のリーフシール。
【請求項７】
各ブロック内で、前記基部は、直線に沿って重ねられ、前記環状パックの周方向の湾曲は、隣接するブロックを互いに角度方向にずらすことにより形成される、請求項１に記載のリーフシール。
【請求項８】
各ブロック内で、前記基部は、直線に沿って重ねられ、前記環状パックの周方向の湾曲は、隣接するブロックを互いに角度方向にずらすことにより形成される、請求項２に記載のリーフシール。
【請求項９】
請求項１のリーフシールのためのリーフのパック。
【請求項１０】
請求項２のリーフシールのためのリーフのパック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０４５６２（Ｐ２０１３−１０４５６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２４９２７３（Ｐ２０１２−２４９２７３）
【出願日】平成２４年１１月１３日（２０１２．１１．１３）
【出願人】（５９１００５７８５）ロールス・ロイス・ピーエルシー (88)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＬＳ−ＲＯＹＣＥ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４９２７３（Ｐ２０１２−２４９２７３）
【出願日】平成２４年１１月１３日（２０１２．１１．１３）
【出願人】（５９１００５７８５）ロールス・ロイス・ピーエルシー (88)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＬＳ−ＲＯＹＣＥ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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