円周方向に変化する揚力を有する流体力学的シール
【課題】 シールアセンブリに関する。
【解決手段】 高高度で且つ低表面速度で効率的に動作するシールアセンブリは第1シールリング、第2シールリング、及びハイドロパッドを含んでいる。第1シールリングは一般的に環状であり、且つ放射状で円周方向を規定する。第2シールリングは第1シールリングに対して対向関係に位置決めされ、回転軸の周囲で第1シールリングに対して回転可能に取付けられる。第1シールリングと第2シールリングの一方に形成された複数のハイドロパッドは嵌合リングの円周の周囲で変化する揚力を与える。
【解決手段】 高高度で且つ低表面速度で効率的に動作するシールアセンブリは第1シールリング、第2シールリング、及びハイドロパッドを含んでいる。第1シールリングは一般的に環状であり、且つ放射状で円周方向を規定する。第2シールリングは第1シールリングに対して対向関係に位置決めされ、回転軸の周囲で第1シールリングに対して回転可能に取付けられる。第1シールリングと第2シールリングの一方に形成された複数のハイドロパッドは嵌合リングの円周の周囲で変化する揚力を与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
該当なし。
【0002】
連邦政府委託研究開発に関する申立て
該当なし。
【0003】
本発明はシャフトアセンブリの分野に関し、特に、ハウジングとシャフト間に隔壁を設けるための流体力学的シールに関する。
【背景技術】
【0004】
機械端面シールは固定ハウジングと回転シャフト間のシール(封止)を与えるため一般的に使用されている。このようなシールはシャフトに取付けられた回転リング又はローター又はハウジングに取付けられた固定リング又はローターを含んでいる。ステーター又はローターはその間に偏倚されたシールを設けるために他方に偏倚される。
【0005】
液体又はガス等のプロセス流体が回転シャフトを伝わってハウジングから漏れるのを防止する典型的なシール設計では緩衝流体を含む中間室と流体で連通する2つのシールを含んでいる。一方のシールはステーターとローター間のシールでの圧力を有する緩衝流体をプロセス流体を含むハウジングに放射状にポンプ送りする。ハウジング内のプロセス流体は中間室内の緩衝流体より低圧である。他方のシールは、中間室内の緩衝流体より低圧である環境のような、ハウジング外の環境に緩衝流体を放射状にポンプ送りする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
この放射ポンプ輸送を達成するため、各シールはステーターやローターの端面にバネ溝を有する。これらの溝は回転シャフトの半径及び円周に対して角度付けされており、ローターが回転していると、溝はシールを横断して緩衝流体を放射状にポンプ送りする。緩衝流体がポンプ送りされるローターとステーター間に間隙を形成するためローターとステーターを互いに対して偏倚する油圧及び機械力に打勝つ揚力を発生させるために、ローターは充分な速度で回転しなければならない。このように、低圧外部環境に高圧緩衝流体を、即ち、処理流体をポンプ送りすることはハウジングからプロセス流体のロスを防止する。米国特許第5,375,853号はこの型のシール設計を開示している。
【0007】
他の設計において、溝付端面シールは高圧ガス(例えば、可燃性ガス)と環境大気間の封止のためにポンプで使用される。この状況において、一般的に2個のシールが使用される。溝付内部シールは高圧ガスを中間室に放射状にポンプ送りし、溝付外部シールは中間室から大気へ放射状にポンプ送りする。中間室は高圧ガスをポンプ送りされたガスが燃える余剰ガス燃焼煙突に送る。外部シールを通じて失われる高圧ガスの量は最小化される。この型のシールの例は米国特許第5,217,233号に開示されている。
【0008】
これらの型のシールは本出願の発明の譲受人に譲渡され且つここに充分に添付された米国特許第5,941,532号及び米国特許第6,257,589号に開示されたような航空宇宙応用にも使用される。航空宇宙応用での使用において、これらのシールは有効である限定された動作の可能性を持っている。低表面速度で且つ(極低環境気圧の)高高度条件で、シールは油圧機械閉鎖力に打勝つための十分な揚力を発生せず、シール端面間の接触及び特性劣化になる可能性が明らかになった。低表面速度/高高度条件でより効率的に作動するシールに対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は一般的に環状であり、且つ放射状で且つ円周方向を規定する第1シールリングを含むシールアセンブリを提供する。第2シールリングは第1シールリングに対して対向する関係に位置決めされ、回転軸の周辺の第1シールリングに対して回転可能に取付けられる。第1シールリングと第2シールリングの一方に形成された複数のハイドロパッドが嵌合リングの周囲で変化する揚力を与える。一実施例において、ハイドロパッドは回転軸の周囲で偏心リングを形成する。他の実施例において、ハイドロパッドの外周は回転軸に対して偏心している。更に他の実施例において、複数のハイドロパッドの各々は公称中心を有し、公称中心は回転軸からずれた位置から円周方向に離間している。
【0010】
本発明の一般的な目的は高高度及び低表面速度で効率的に動作するハイドロパッドを有するシールアセンブリを提供することである。本目的はスクイーズ膜効果が高高度及び低表面速度で第1及び第2リングを軸方向に離間させる嵌合リングの周囲で変化する揚力を有するシールを提供することにより達成される。
【0011】
本発明のこれらの且つ他の態様は意図する特許請求の範囲が与えられる本発明の範囲を規定することを意図していない。以下の記載において、本発明の好ましい実施例を部分的に形成し且つ例示により示されるが限定を与えない添付図面が参照される。このような実施例は本発明の範囲を規定するものでなく、その目的には特許請求の範囲を参照しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は航空宇宙用ガスタービン10におけるハイドロパッドシールの使用を示している。ハイドロパッドシールがエンジン10内の種々の場所で使用でき、標準(非ハイドロパッド)シールの代わりに使用できることが分かった。図1において、エンジン10は圧縮機入り口シール11、圧縮機/駆動シール12、中間シール14、タービンシール16、及びギアボックスシール18としてハイドロパッドシールを使用している。使用は一定速度駆動、交流発電機、始動機、発電機、脱油機、燃料ポンプ、油圧ポンプ、ギアボックス、主シャフト、燃料制御シール(図示せず)のようなアクセサリーシールを含んでいる。ハイドロパッドシールは最高約600度(華氏)に及ぶ温度で実質的にリーク無しに動作する。ハイドロパッドは小型用に最高120,000rpmのシャフト速度で動作し、逆圧力を取り扱うように設計できる。ハイドロパッドシールは液体又はガス等の実質的に任意の流体で作動する。
【0013】
図2及び図3は固定ハウジング22に位置決めされた回転シャフト20及びその間に取付けられたシールアセンブリ24の断面図である。シールアセンブリ24は2つのシールリング、即ち、シャフト20の回転軸とほぼ同軸である回転軸38の周囲で回転のためのシャフト20に取付けられた嵌合リング28と、ハウジング22に取付けられたシールノーズ30を含んでいる。金属ベロー32はハウジング22とシールノーズ30間に位置決めされ、シールノーズ30の軸方向の動きを可能にする。
【0014】
嵌合リング28とノーズシール30は硬化鋼、炭素、シリコンカーバイド、炭素複合材、セラミック、タングステン、及びそれらの合成物のような従来技術で既知の適切な材料で製造される。好ましくは、嵌合リング28は硬化鋼のような延性材料である。
【0015】
作動流体42(例えば、油)は嵌合リング28外に(例えば、外径に)ある。空気40は嵌合リング28の内径に位置決めされている。空気40は概略的に示されるようにフィルタ45によりろ過される。空気40は好ましくは高所を飛行する航空機の場合ほぼ14.7psia(海抜での標準絶対圧力)以下である大気圧である。ここで使用されるように、語句「ほぼ14.7psia以下」は大気空気が高空を飛行する航空機により直面する大気空気を意味する。しかしながら、シールアセンブリ24は本発明の範囲から逸脱することなく大気圧が14.7psia以上である海抜のような他の高度で使用できる。
【0016】
図3に示されるように、シャフト20の回転時に、ハイドロパッド26は嵌合リング28とシールノーズ30間にシール界面を形成する嵌合リング28とシールリング30間に小間隙56を形成するため、空気40を嵌合リング28とシールノーズ30間に強制する。空気40が圧縮されると共に、作動流体42がシール界面を通過するのを防止する障壁が形成される。図2に示されるように、シャフト20が回転していない場合、シールノーズ30は嵌合リング28の面52と係合し、ハイドロパッド26の外周36の外部で作動流体42を封じる。ハイドロパッド26が嵌合リング28の全面52に放射状に伸びていないので、作動流体42の空気40との分離が達成される。本実施例では固定ハウジング22内で回転する嵌合リング28を図示しているが、固定ハウジング22が固定位置の嵌合リング28と共に回転することも可能である。
【0017】
図4に示されるように、複数のハイドロパッド26は嵌合リング28の面52に形成される。嵌合リング28に形成された各ハイドロパッド26は先端部44と後端部46により外端部50に結合される内端部48を含んでいる。ハイドロパッド26の内端部48は回転軸から実質的に等距離である内周を規定する。ハイドロパッド26の外端部50は偏心している、即ち、回転軸38に対してずれている中心54を有する外周即ちリングを規定する。有利なことには、ハイドロパッド26のこの偏心方向は回転嵌合リング28の面52で偏心状態の揚力を生じさせる。
【0018】
回転嵌合リング28の面52に偏心状態の揚力特性を適用することにより、嵌合リング28の円周で変化する揚力が発生する。嵌合リング28が回転すると、揚力は時間の関数として変化する。この揚力の変化は嵌合リング28とシールノーズ30間の作動流体42がスクイーズ膜効果の結果として揚力を発生させるポンピング作用(面の転頭運動)を発生する。スクイーズ膜効果は嵌合リング28の低回転速度のハイドロパッド26と流体密度のパターンの流体力学的性質により作られる揚力を補完する。有利なことには、シーリング界面に許容される作動流体42は嵌合リング28とシールノーズ間の間隙を初めに形成し、高高度と低回転速度での分離を維持する。しかしながら、嵌合リング28の回転と共に、外径から嵌合リング28とシールノーズ30間のシール界面にもたらせる作動流体42はハイドロパッドにより生じる放射状ポンピングにより放射状で且つ外方向に圧迫され、作動流体42がシール界面を通過するのを防止する。
【0019】
作動液膜圧はハイドロパッド26が放射ポンピングの方向に最小に伸張する位置で最低であるので、好ましくは、嵌合リング28は、図4及び図5に示されるように、嵌合リング28とシールノーズ30間のシール界面に流体を導入するためこの場所で溝を付けられ又は面取りされる。ここで開示された実施例において、空気40は嵌合リング28の内径から嵌合リング28の外径に向かってポンプ送りされる。したがって、ここで開示された実施例において、面取り部58が嵌合リング28の外径に形成される。面取り部58を嵌合リング28上に形成することが好まれるが、本発明の範囲を逸脱することなく、面取り部又は溝部が面取り部58を、嵌合リング28に形成する代わりに又はに追加して、シールノーズ30上に形成可能である。さらに、もし空気又は他の流体がシールの外径からシールの内径に向けてポンプ送りされると、好ましくは、溝部又は面取り部が嵌合リング及び/又はシールノーズの内径に形成される。
【0020】
嵌合リング28とシールノーズ30間のシール界面の作動流体42は空気のみより高粘性を有するので、シールノーズ30の嵌合リング28からの分離は界面で空気で生ずるより低速度で生ずる。シール界面のこの作動流体42は界面での熱の発生及び磨耗を減少させる。揚力形状の偏心性のため、固定シールノーズ30は変化する揚力のため嵌合リング28の回転面52に対して傾斜する傾向にある。この傾斜も流体力学的揚力を更に補完する滑動部軸受け形状を実質的に形成する。
【0021】
図6はハイドロパッドの拡大図である。ハイドロパッド26の好ましい構成は前端部44と後端部46が放射状に且つ外方向に広がり、内端部48と外端部50により接続されることである。ハイドロパッド26の外端部50は回転軸38に対して偏心しているハイドロパッド26の外周を規定する。好ましくは、内端部48と外端部50は実質的に直線であり、内端部48と外端部50との中間で公称中心を規定する。この公称中心60はハイドロパッド26の偏心方向を更に規定する回転軸38からずれた点54の周囲に離間している。
【0022】
ハイドロパッド26の好ましい深さは応用しだいで変化する。図示されたハイドロパッド26はほぼ0.0001インチから0.0025インチの任意の深さ及びシール面の内径周りの一定の角度にある多くの浅い溝部からなる。溝部の深さ及び数と経路の角度は一定値に固定され、必要であれば、所定の動作条件に合致するように選ばれる。ハイドロパッド26は当技術で既知である任意の方法により嵌合リング上に形成できる。1つの好ましい方法はここでは参照のために添付された米国特許第6,257,589号に開示されている。
【0023】
本発明の前記記載は例示と説明のために提示された。更に、本明細書は本発明をここで開示された形状に限定するものではない。したがって、上記教示、関連技術の熟達又は知識に相応する変形及び改造は本発明の範囲内である。ここに記載された実施例は更に本発明を実施するために知られた最良の態様を説明すること及び他の当業者がこのような又は他の実施例で本発明を利用し及び本発明の特有な応用及び用途により要求される種々の変形で利用するのを可能にすることを意図している。添付の特許請求の範囲を従来技術により許容される程度に変形実施例を含むように解釈すべきことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】図1はガスタービンエンジンでの種々の応用におけるハイドロパッドシールの使用を示す図である。
【図2】図2はシールノーズが嵌合リングと係合している固定ハウジングに位置決めされた回転シャフトの部分断面図である。
【図3】図3はシールノーズが嵌合リングから持ち上げられた固定ハウジングに位置決めされた回転シャフトの部分断面図である。
【図4】図4はハイドロパッドを有する嵌合リングの前面図である。
【図5】図5は図3の嵌合リングの側面図である。
【図6】図6はハイドロパッドの拡大図である。
【符号の説明】
【0025】
10 ガスタービンエンジン
11、12、14、16、18 シール
20 回転シャフト
22 固定ハウジング
24 シールアセンブリ
26 ハイドロパッド
28 嵌合リング
30 シールノーズ
32 金属ベロー
40 空気
42 作動流体
45 フィルタ
56 間隙
58 面取り部
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
該当なし。
【0002】
連邦政府委託研究開発に関する申立て
該当なし。
【0003】
本発明はシャフトアセンブリの分野に関し、特に、ハウジングとシャフト間に隔壁を設けるための流体力学的シールに関する。
【背景技術】
【0004】
機械端面シールは固定ハウジングと回転シャフト間のシール(封止)を与えるため一般的に使用されている。このようなシールはシャフトに取付けられた回転リング又はローター又はハウジングに取付けられた固定リング又はローターを含んでいる。ステーター又はローターはその間に偏倚されたシールを設けるために他方に偏倚される。
【0005】
液体又はガス等のプロセス流体が回転シャフトを伝わってハウジングから漏れるのを防止する典型的なシール設計では緩衝流体を含む中間室と流体で連通する2つのシールを含んでいる。一方のシールはステーターとローター間のシールでの圧力を有する緩衝流体をプロセス流体を含むハウジングに放射状にポンプ送りする。ハウジング内のプロセス流体は中間室内の緩衝流体より低圧である。他方のシールは、中間室内の緩衝流体より低圧である環境のような、ハウジング外の環境に緩衝流体を放射状にポンプ送りする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
この放射ポンプ輸送を達成するため、各シールはステーターやローターの端面にバネ溝を有する。これらの溝は回転シャフトの半径及び円周に対して角度付けされており、ローターが回転していると、溝はシールを横断して緩衝流体を放射状にポンプ送りする。緩衝流体がポンプ送りされるローターとステーター間に間隙を形成するためローターとステーターを互いに対して偏倚する油圧及び機械力に打勝つ揚力を発生させるために、ローターは充分な速度で回転しなければならない。このように、低圧外部環境に高圧緩衝流体を、即ち、処理流体をポンプ送りすることはハウジングからプロセス流体のロスを防止する。米国特許第5,375,853号はこの型のシール設計を開示している。
【0007】
他の設計において、溝付端面シールは高圧ガス(例えば、可燃性ガス)と環境大気間の封止のためにポンプで使用される。この状況において、一般的に2個のシールが使用される。溝付内部シールは高圧ガスを中間室に放射状にポンプ送りし、溝付外部シールは中間室から大気へ放射状にポンプ送りする。中間室は高圧ガスをポンプ送りされたガスが燃える余剰ガス燃焼煙突に送る。外部シールを通じて失われる高圧ガスの量は最小化される。この型のシールの例は米国特許第5,217,233号に開示されている。
【0008】
これらの型のシールは本出願の発明の譲受人に譲渡され且つここに充分に添付された米国特許第5,941,532号及び米国特許第6,257,589号に開示されたような航空宇宙応用にも使用される。航空宇宙応用での使用において、これらのシールは有効である限定された動作の可能性を持っている。低表面速度で且つ(極低環境気圧の)高高度条件で、シールは油圧機械閉鎖力に打勝つための十分な揚力を発生せず、シール端面間の接触及び特性劣化になる可能性が明らかになった。低表面速度/高高度条件でより効率的に作動するシールに対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は一般的に環状であり、且つ放射状で且つ円周方向を規定する第1シールリングを含むシールアセンブリを提供する。第2シールリングは第1シールリングに対して対向する関係に位置決めされ、回転軸の周辺の第1シールリングに対して回転可能に取付けられる。第1シールリングと第2シールリングの一方に形成された複数のハイドロパッドが嵌合リングの周囲で変化する揚力を与える。一実施例において、ハイドロパッドは回転軸の周囲で偏心リングを形成する。他の実施例において、ハイドロパッドの外周は回転軸に対して偏心している。更に他の実施例において、複数のハイドロパッドの各々は公称中心を有し、公称中心は回転軸からずれた位置から円周方向に離間している。
【0010】
本発明の一般的な目的は高高度及び低表面速度で効率的に動作するハイドロパッドを有するシールアセンブリを提供することである。本目的はスクイーズ膜効果が高高度及び低表面速度で第1及び第2リングを軸方向に離間させる嵌合リングの周囲で変化する揚力を有するシールを提供することにより達成される。
【0011】
本発明のこれらの且つ他の態様は意図する特許請求の範囲が与えられる本発明の範囲を規定することを意図していない。以下の記載において、本発明の好ましい実施例を部分的に形成し且つ例示により示されるが限定を与えない添付図面が参照される。このような実施例は本発明の範囲を規定するものでなく、その目的には特許請求の範囲を参照しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は航空宇宙用ガスタービン10におけるハイドロパッドシールの使用を示している。ハイドロパッドシールがエンジン10内の種々の場所で使用でき、標準(非ハイドロパッド)シールの代わりに使用できることが分かった。図1において、エンジン10は圧縮機入り口シール11、圧縮機/駆動シール12、中間シール14、タービンシール16、及びギアボックスシール18としてハイドロパッドシールを使用している。使用は一定速度駆動、交流発電機、始動機、発電機、脱油機、燃料ポンプ、油圧ポンプ、ギアボックス、主シャフト、燃料制御シール(図示せず)のようなアクセサリーシールを含んでいる。ハイドロパッドシールは最高約600度(華氏)に及ぶ温度で実質的にリーク無しに動作する。ハイドロパッドは小型用に最高120,000rpmのシャフト速度で動作し、逆圧力を取り扱うように設計できる。ハイドロパッドシールは液体又はガス等の実質的に任意の流体で作動する。
【0013】
図2及び図3は固定ハウジング22に位置決めされた回転シャフト20及びその間に取付けられたシールアセンブリ24の断面図である。シールアセンブリ24は2つのシールリング、即ち、シャフト20の回転軸とほぼ同軸である回転軸38の周囲で回転のためのシャフト20に取付けられた嵌合リング28と、ハウジング22に取付けられたシールノーズ30を含んでいる。金属ベロー32はハウジング22とシールノーズ30間に位置決めされ、シールノーズ30の軸方向の動きを可能にする。
【0014】
嵌合リング28とノーズシール30は硬化鋼、炭素、シリコンカーバイド、炭素複合材、セラミック、タングステン、及びそれらの合成物のような従来技術で既知の適切な材料で製造される。好ましくは、嵌合リング28は硬化鋼のような延性材料である。
【0015】
作動流体42(例えば、油)は嵌合リング28外に(例えば、外径に)ある。空気40は嵌合リング28の内径に位置決めされている。空気40は概略的に示されるようにフィルタ45によりろ過される。空気40は好ましくは高所を飛行する航空機の場合ほぼ14.7psia(海抜での標準絶対圧力)以下である大気圧である。ここで使用されるように、語句「ほぼ14.7psia以下」は大気空気が高空を飛行する航空機により直面する大気空気を意味する。しかしながら、シールアセンブリ24は本発明の範囲から逸脱することなく大気圧が14.7psia以上である海抜のような他の高度で使用できる。
【0016】
図3に示されるように、シャフト20の回転時に、ハイドロパッド26は嵌合リング28とシールノーズ30間にシール界面を形成する嵌合リング28とシールリング30間に小間隙56を形成するため、空気40を嵌合リング28とシールノーズ30間に強制する。空気40が圧縮されると共に、作動流体42がシール界面を通過するのを防止する障壁が形成される。図2に示されるように、シャフト20が回転していない場合、シールノーズ30は嵌合リング28の面52と係合し、ハイドロパッド26の外周36の外部で作動流体42を封じる。ハイドロパッド26が嵌合リング28の全面52に放射状に伸びていないので、作動流体42の空気40との分離が達成される。本実施例では固定ハウジング22内で回転する嵌合リング28を図示しているが、固定ハウジング22が固定位置の嵌合リング28と共に回転することも可能である。
【0017】
図4に示されるように、複数のハイドロパッド26は嵌合リング28の面52に形成される。嵌合リング28に形成された各ハイドロパッド26は先端部44と後端部46により外端部50に結合される内端部48を含んでいる。ハイドロパッド26の内端部48は回転軸から実質的に等距離である内周を規定する。ハイドロパッド26の外端部50は偏心している、即ち、回転軸38に対してずれている中心54を有する外周即ちリングを規定する。有利なことには、ハイドロパッド26のこの偏心方向は回転嵌合リング28の面52で偏心状態の揚力を生じさせる。
【0018】
回転嵌合リング28の面52に偏心状態の揚力特性を適用することにより、嵌合リング28の円周で変化する揚力が発生する。嵌合リング28が回転すると、揚力は時間の関数として変化する。この揚力の変化は嵌合リング28とシールノーズ30間の作動流体42がスクイーズ膜効果の結果として揚力を発生させるポンピング作用(面の転頭運動)を発生する。スクイーズ膜効果は嵌合リング28の低回転速度のハイドロパッド26と流体密度のパターンの流体力学的性質により作られる揚力を補完する。有利なことには、シーリング界面に許容される作動流体42は嵌合リング28とシールノーズ間の間隙を初めに形成し、高高度と低回転速度での分離を維持する。しかしながら、嵌合リング28の回転と共に、外径から嵌合リング28とシールノーズ30間のシール界面にもたらせる作動流体42はハイドロパッドにより生じる放射状ポンピングにより放射状で且つ外方向に圧迫され、作動流体42がシール界面を通過するのを防止する。
【0019】
作動液膜圧はハイドロパッド26が放射ポンピングの方向に最小に伸張する位置で最低であるので、好ましくは、嵌合リング28は、図4及び図5に示されるように、嵌合リング28とシールノーズ30間のシール界面に流体を導入するためこの場所で溝を付けられ又は面取りされる。ここで開示された実施例において、空気40は嵌合リング28の内径から嵌合リング28の外径に向かってポンプ送りされる。したがって、ここで開示された実施例において、面取り部58が嵌合リング28の外径に形成される。面取り部58を嵌合リング28上に形成することが好まれるが、本発明の範囲を逸脱することなく、面取り部又は溝部が面取り部58を、嵌合リング28に形成する代わりに又はに追加して、シールノーズ30上に形成可能である。さらに、もし空気又は他の流体がシールの外径からシールの内径に向けてポンプ送りされると、好ましくは、溝部又は面取り部が嵌合リング及び/又はシールノーズの内径に形成される。
【0020】
嵌合リング28とシールノーズ30間のシール界面の作動流体42は空気のみより高粘性を有するので、シールノーズ30の嵌合リング28からの分離は界面で空気で生ずるより低速度で生ずる。シール界面のこの作動流体42は界面での熱の発生及び磨耗を減少させる。揚力形状の偏心性のため、固定シールノーズ30は変化する揚力のため嵌合リング28の回転面52に対して傾斜する傾向にある。この傾斜も流体力学的揚力を更に補完する滑動部軸受け形状を実質的に形成する。
【0021】
図6はハイドロパッドの拡大図である。ハイドロパッド26の好ましい構成は前端部44と後端部46が放射状に且つ外方向に広がり、内端部48と外端部50により接続されることである。ハイドロパッド26の外端部50は回転軸38に対して偏心しているハイドロパッド26の外周を規定する。好ましくは、内端部48と外端部50は実質的に直線であり、内端部48と外端部50との中間で公称中心を規定する。この公称中心60はハイドロパッド26の偏心方向を更に規定する回転軸38からずれた点54の周囲に離間している。
【0022】
ハイドロパッド26の好ましい深さは応用しだいで変化する。図示されたハイドロパッド26はほぼ0.0001インチから0.0025インチの任意の深さ及びシール面の内径周りの一定の角度にある多くの浅い溝部からなる。溝部の深さ及び数と経路の角度は一定値に固定され、必要であれば、所定の動作条件に合致するように選ばれる。ハイドロパッド26は当技術で既知である任意の方法により嵌合リング上に形成できる。1つの好ましい方法はここでは参照のために添付された米国特許第6,257,589号に開示されている。
【0023】
本発明の前記記載は例示と説明のために提示された。更に、本明細書は本発明をここで開示された形状に限定するものではない。したがって、上記教示、関連技術の熟達又は知識に相応する変形及び改造は本発明の範囲内である。ここに記載された実施例は更に本発明を実施するために知られた最良の態様を説明すること及び他の当業者がこのような又は他の実施例で本発明を利用し及び本発明の特有な応用及び用途により要求される種々の変形で利用するのを可能にすることを意図している。添付の特許請求の範囲を従来技術により許容される程度に変形実施例を含むように解釈すべきことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】図1はガスタービンエンジンでの種々の応用におけるハイドロパッドシールの使用を示す図である。
【図2】図2はシールノーズが嵌合リングと係合している固定ハウジングに位置決めされた回転シャフトの部分断面図である。
【図3】図3はシールノーズが嵌合リングから持ち上げられた固定ハウジングに位置決めされた回転シャフトの部分断面図である。
【図4】図4はハイドロパッドを有する嵌合リングの前面図である。
【図5】図5は図3の嵌合リングの側面図である。
【図6】図6はハイドロパッドの拡大図である。
【符号の説明】
【0025】
10 ガスタービンエンジン
11、12、14、16、18 シール
20 回転シャフト
22 固定ハウジング
24 シールアセンブリ
26 ハイドロパッド
28 嵌合リング
30 シールノーズ
32 金属ベロー
40 空気
42 作動流体
45 フィルタ
56 間隙
58 面取り部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般的に環状であり且つ放射状で且つ円周方向を規定する第1シールリングと;
回転軸の周辺に回転可能に取付けられ、前記第1シールリングに対して対向関係に位置決めされてその間の界面を規定する第2シールリングと;
前記第1シールリングと第2シールリングの一方に形成された複数のハイドロパッドであり、各々が内端部と、前記内端部から放射状に且つ外方向に離間した外端部を有し、前記内端部が前記ハイドロパッドの内周部を規定し、前記外端部が前記ハイドロパッドの外周部を規定し、前記内周部と前記外周部の一方が前記回転軸に対して偏心しているところの複数のハイドロパッドと;
を具備することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項2】
前記外周部が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項3】
前記内周部と前記外周部の他方が前記回転軸から等距離であることを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項4】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互接続する先端部を有することを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項5】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互接続する後端部を有することを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項6】
前記ハイドロパッドは前記シールアセンブリの内径から前記シールアセンブリの外径に空気をポンプ送りするように位置決めされることを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項7】
前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方が内径と外径を有し、前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方は前記ハイドロパッドがポンプ注入方向に最小限に伸びる前記内径と前記外径の一方に形成された面取り部を有することを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項8】
一般的に環状であり、放射状に且つ円周方向を規定する第1シールリングと;
前記第1シールリングに対して対向関係に位置決めされ、且つ回転軸の周囲の前記第1シールリングに対して回転可能に設けられた第2シールリングと;
前記第1シールリングと前記第2シールリングの一方に形成され且つ前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方の円周周辺で変化する揚力を与える複数のハイドロパッドと;
を具備することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項9】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部と前記外端部間に挿入された公称中心を有し、且つ前記公称中心は前記回転軸から偏位した位置の周囲で円周方向に離間されていることを特徴とする請求項8記載のシールアセンブリ。
【請求項10】
前記内端部が前記ハイドロパッドの内周を規定し、前記外端部が前記ハイドロパッドの外周を規定し、前記内周と前記外周の一方が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項9記載のシールアセンブリ。
【請求項11】
前記外周が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項10記載のシールアセンブリ。
【請求項12】
前記内周と前記外周の他方が前記回転軸からほぼ等距離であることを特徴とする請求項10記載のシールアセンブリ。
【請求項13】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互に接続する先端部を有することを特徴とする請求項9記載のシールアセンブリ。
【請求項14】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互に接続する後端部を有することを特徴とする請求項9記載のシールアセンブリ。
【請求項15】
前記ハイドロパッドが前記シールアセンブリの内径から前記シールアセンブリの外径に向かって空気をポンプ送りするように位置決めされることを特徴とする請求項8記載のシールアセンブリ。
【請求項16】
前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方は内径と外径を有し、前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方は前記ハイドロパッドがポンプ送り方向に最低限に伸びている前記内径と前記外径の1つに形成された面取り部を有することを特徴とする請求項8記載のシールアセンブリ。
【請求項17】
一般的に環状であり、且つ放射状且つ円周方向を規定する第1シールリングと;
前記第1シールリングに対して対向関係に位置決めされ、且つ回転軸の周囲の前記第1シールリングに対して回転可能に設けられた第2シールリングと;
前記回転軸の周囲の偏心リングを形成する複数のハイドロパッドと;
を具備することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項18】
前記ハイドロパッドの各々が内端部と前記内端部から放射状に且つ内方向に離間した外端部を有し、前記内端部が前記ハイドロパッドの内周を規定し、前記外端部が前記ハイドロパッドの外周を規定し、前記内周と前記外周の一方が前記回転軸周辺の前記偏心リングを規定することを特徴とする請求項17記載のシールアセンブリ。
【請求項19】
前記外周が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項18記載のシールアセンブリ。
【請求項20】
前記内周と前記外周の他方が前記回転軸からほぼ等距離にあることを特徴とする請求項18記載のシールアセンブリ。
【請求項1】
一般的に環状であり且つ放射状で且つ円周方向を規定する第1シールリングと;
回転軸の周辺に回転可能に取付けられ、前記第1シールリングに対して対向関係に位置決めされてその間の界面を規定する第2シールリングと;
前記第1シールリングと第2シールリングの一方に形成された複数のハイドロパッドであり、各々が内端部と、前記内端部から放射状に且つ外方向に離間した外端部を有し、前記内端部が前記ハイドロパッドの内周部を規定し、前記外端部が前記ハイドロパッドの外周部を規定し、前記内周部と前記外周部の一方が前記回転軸に対して偏心しているところの複数のハイドロパッドと;
を具備することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項2】
前記外周部が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項3】
前記内周部と前記外周部の他方が前記回転軸から等距離であることを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項4】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互接続する先端部を有することを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項5】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互接続する後端部を有することを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項6】
前記ハイドロパッドは前記シールアセンブリの内径から前記シールアセンブリの外径に空気をポンプ送りするように位置決めされることを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項7】
前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方が内径と外径を有し、前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方は前記ハイドロパッドがポンプ注入方向に最小限に伸びる前記内径と前記外径の一方に形成された面取り部を有することを特徴とする請求項1記載のシールアセンブリ。
【請求項8】
一般的に環状であり、放射状に且つ円周方向を規定する第1シールリングと;
前記第1シールリングに対して対向関係に位置決めされ、且つ回転軸の周囲の前記第1シールリングに対して回転可能に設けられた第2シールリングと;
前記第1シールリングと前記第2シールリングの一方に形成され且つ前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方の円周周辺で変化する揚力を与える複数のハイドロパッドと;
を具備することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項9】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部と前記外端部間に挿入された公称中心を有し、且つ前記公称中心は前記回転軸から偏位した位置の周囲で円周方向に離間されていることを特徴とする請求項8記載のシールアセンブリ。
【請求項10】
前記内端部が前記ハイドロパッドの内周を規定し、前記外端部が前記ハイドロパッドの外周を規定し、前記内周と前記外周の一方が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項9記載のシールアセンブリ。
【請求項11】
前記外周が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項10記載のシールアセンブリ。
【請求項12】
前記内周と前記外周の他方が前記回転軸からほぼ等距離であることを特徴とする請求項10記載のシールアセンブリ。
【請求項13】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互に接続する先端部を有することを特徴とする請求項9記載のシールアセンブリ。
【請求項14】
前記ハイドロパッドの各々が前記内端部を前記外端部に相互に接続する後端部を有することを特徴とする請求項9記載のシールアセンブリ。
【請求項15】
前記ハイドロパッドが前記シールアセンブリの内径から前記シールアセンブリの外径に向かって空気をポンプ送りするように位置決めされることを特徴とする請求項8記載のシールアセンブリ。
【請求項16】
前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方は内径と外径を有し、前記第1シールリングと前記第2シールリングの前記一方は前記ハイドロパッドがポンプ送り方向に最低限に伸びている前記内径と前記外径の1つに形成された面取り部を有することを特徴とする請求項8記載のシールアセンブリ。
【請求項17】
一般的に環状であり、且つ放射状且つ円周方向を規定する第1シールリングと;
前記第1シールリングに対して対向関係に位置決めされ、且つ回転軸の周囲の前記第1シールリングに対して回転可能に設けられた第2シールリングと;
前記回転軸の周囲の偏心リングを形成する複数のハイドロパッドと;
を具備することを特徴とするシールアセンブリ。
【請求項18】
前記ハイドロパッドの各々が内端部と前記内端部から放射状に且つ内方向に離間した外端部を有し、前記内端部が前記ハイドロパッドの内周を規定し、前記外端部が前記ハイドロパッドの外周を規定し、前記内周と前記外周の一方が前記回転軸周辺の前記偏心リングを規定することを特徴とする請求項17記載のシールアセンブリ。
【請求項19】
前記外周が前記回転軸に対して偏心していることを特徴とする請求項18記載のシールアセンブリ。
【請求項20】
前記内周と前記外周の他方が前記回転軸からほぼ等距離にあることを特徴とする請求項18記載のシールアセンブリ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【公開番号】特開2008−106940(P2008−106940A)
【公開日】平成20年5月8日(2008.5.8)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2007−274533(P2007−274533)
【出願日】平成19年10月23日(2007.10.23)
【出願人】(506224746)レックスノード インダストリーズ, エルエルシー (14)
【氏名又は名称原語表記】Rexnord Industries, LLC
【住所又は居所原語表記】4701 West Greenfield Avenue, Milwaukee, WI 53214−1498, U.S.A.
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年5月8日(2008.5.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−274533(P2007−274533)
【出願日】平成19年10月23日(2007.10.23)
【出願人】(506224746)レックスノード インダストリーズ, エルエルシー (14)
【氏名又は名称原語表記】Rexnord Industries, LLC
【住所又は居所原語表記】4701 West Greenfield Avenue, Milwaukee, WI 53214−1498, U.S.A.
【Fターム(参考)】
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