JP2006515049A - 非常に高い温度で使用するための板状内部構造を備えたシール継手 - Google Patents

Abstract

２つの部材の間で圧縮されるシール継手は、オフセット支持体（９）によって分離されたフレキシブルなストリップの積層体と、この構造体（７）を囲繞する筐体（１）とを備えている。 圧縮状態の下で、前記ストリップは前記支持体の周囲で変形し、僅かな変形に対しては非常に堅くなる。

Description

本発明は、典型的には６００〜１０００℃の非常に高い温度で使用するための板状内部構造を備えたシール継手に関する。

圧力衝撃や温度衝撃の影響を受ける管フランジまたはこれに類する物を静的にシールする分野においては、通常は金属バネ継手が用いられており、金属フランジを金属に締結することにより、圧力、膨張、あるいは外部力を通じて及ぼされる応力に対して高い耐性を発揮すると共に適切なシールが提供される。

これらの継手は、ハウジングの深さ（depth of the housing）あるいはフランジのシート面間に装着される距離調節リング（distance ring）の厚さに応じて設定される一定の圧縮力を介して機能している。
これらの継手は、シールに必要とされる抗力（counteracting force）を発生する内部弾性コアを備えており、この抗力によりケーシングはフランジに対して連続的に押圧されてシールが構成される。
当該技術分野において弾性部材としては、開口管、閉鎖管あるいはコイルスプリング、または他のＣ字状、Ｕ字状若しくはＥ字状のものが最も一般的に使用されている。

コアは、特定の機械的あるいは熱的な拘束の下で、時間経過と共に生じる歪みから保護するために設けられている。
継手の状態及び耐用年数は多くの場合、コアの弾性特性によって決定される。
実際には、一定の継手への圧縮力によって、継手は時間経過と共に緩んでしまい（slacken off）、締め付け応力も低下してしまう。
このような現象は特に高温環境下で顕著に生じる。

継手の内部構造をいくつかの部材に分割し、これら部材の各々はより少ない拘束状態とし、継手のコアにおける機械的な拘束を制限することによって、このような緩みの発生が低減され得る。
いくつかの例が、特許文献１及び特許文献２に記載されている。
これらの文献に開示されている継手は、コイル状に巻き回された撓みを生じないバネ（non-sagging springs）を備えている。
コイルの連続する層の間で接触を生じさせることによって、バネの剛性を生じさせている。
米国特許第４，９０１，９８７号明細書 米国特許第５，６３９，０７４号明細書

しかしながら、これら従来のバネによる最終的な実施形態では、コイルの連続性、更にはシール用に設計されていないことに起因して、本発明が想定されている用途にとって十分な剛性を発揮することができない。

従って本発明の主たる目的は、６００〜１０００℃の温度下でも十分な耐用年数に亘って弾性特性を維持できる内部弾性部材を備えたシール継手を構成することにある。

継手の適切な弾性特性（elastic stiffness）は、その構造全体に亘って力を上手く分散させることによって達成される。

このため本発明の継手は、千鳥配置された（staggered）支持体を介して互いに接触し、且つ該継手全体が圧縮されたときに撓む（sagging）複数のストリップ（strips）の組立体（assembly）から成る内部弾性構造を有する外部金属ケーシングを備えている。

前掲の従来特許とは対照的に、本発明の弾性部材は分離され且つ重ね合わされたストリップから成り、継手の円形特性（circular properties）により、継手は自身の上で折り返され、従って単一のストリップを形成する渦巻状（spires）の弾性部材に比べて個々に高い剛性を有することができる。

第１の実施例が図１ａに示されており、この継手は複数の突起部６を有するケーシング１を備えており、突起部６のエッジは、２つのフランジ４及び５の間でシールを構成するように設計された外側の２つの支持面２及び３上で、締め付け応力を集中させるために前記フランジ４及び５に接触している。
また、この継手は、中間ブロック（intermediary blocks）９を押圧している数個の板バネ８から成る内部構造７を有しており、これら板バネ８は中間ブロック９によって分離されている。

従って継手のコアは、フランジ４及び５の一方から延在している直交面において、交互に積層されたストリップ８及びブロック９から構成されている。
ブロック９は、直交方向に、ストリップ８の間の空間を一つ置きに占有するように配列されて千鳥状のネットワークを形成している。
仮に継手全体の対称軸に関する法平面（normal plane）、すなわちフランジ４及び５に対して水平及び垂直な方向で継手をスキャンするならば、いずれの場合も同様に、交差される各２番目の直交列毎にブロック９を発見することができる。

図１ａにおける継手はラジアル継手として知られているものであり、ブロック９は異なる半径を備えた同心状のリングである。
締め付け応力を最大化するために、図では３つとされているブロック９が外側のストリップ８に接触し、且つ他の面が前記支持面２及び３を押圧している列（rows）は、前記突起部６の下方で延在されるように、突起部６と同じ直径を有している。
また、ブロック９の別の列は、突起部６間の中間に配されている。
２つの外側ストリップ８は金属ケーシング１に接触している。
当該部分は滑らか且つ平坦に接触されている。

金属ケーシング１上で前記ストリップ構造の抗力を分散させるという顕著な役割を果たしている前記２つの外側ストリップ８の硬さに依存して、前記ブロックは他の位置とされ得るものである。

また、継手は「オルトラジアル（ortho-radial）」として知られている構造を採ることが可能であり、ブロック９’は図１ｂに示されるように放射状に広がっている。
この継手を水平方向断面から眺めると、ブロックは依然として千鳥状とされており図１の継手と類似している。

以上の２つの構造の作動は実質的には同じである。
継手を圧縮することにより、オフセットブロック９間またはオフセットブロック９’間でストリップ８の交互の撓みがもたらされる。
ストリップ８は、図１ｃに示すように、ブロック９または９’の対と互いに接触するまで変形する。
図１ｃは、縦の各列において、ブロック９と交互にストリップ８間のスペースが無くなっていることを示している。
ブロック間の距離に依存して剛性が変化するこの継手のコアは、ストリップの応力が高温での弾性限界を下回っているので、締め付け応力を良好に保持すると共に材料のいかなる撓みも引き起こすことがない。

ストリップの材料としては、使用温度及び弾性限界を考慮して選択される。
酸素が分布されたニッケルベースの超合金（nickel based super-alloys）、あるいはストリップ８が受ける変形レベルを低くすることができるセラミックを使用することが推奨される。
ブロック９または９’も同じ材料で作製することができる。
最終的には、外部ケーシング１に使用される材料も、温度に対する耐性を有するように選択されると共に、シール性を有する流体の種類に従って選択される。
高温での腐食を防止する酸化層を形成することができるので、ニッケルベースあるいは鉄ベースの合金が使用可能である。

本発明の正確な実施例では、継手は、支持面２及び３の各々の上に形成されている３つの突起部６と８つのフレキシブルなストリップ８とを備えている。
ブロック９は断面が円形のワイヤで作成することができる。
継手の内部構造は多くの変形が可能であり、当該内部構造は継手の断面寸法あるいは継手のノミナル径に従ったコスト的な要素及び技術的な要素に依存しているものである。
ラジアル構造あるいはオルトラジアル構造を選択するかは、使用される材料の許容拘束（permitted constraints）による寸法的基準及び機械的基準に依存するものである。

各々の場合において、単一の層のブロック９または９’は接続ストリップによって結合され得る。
オルトラジアル構造の場合には、図１ｄに示されるように、これら接続ストリップは、ストリップ８の側部に沿って延在すると共にストリップ８を結合している２つあるいは単一のリング１０から成っている。

この図１ｄ及び全体がより詳細に示された図１ｅにより、当該継手の一般的な観点のいくつかが断じられる。
すなわち、継手はフランジ４及び５を貫通して形成されている孔１２回りで全体に亘って円形を為していること。
継手のケーシング１は、前記円の内側と前記孔１２とに向かって閉じているＵ字状を為しているが、外側に向かっては開口していること。
継手のストリップ８は、閉じた外形（outline）を備えた円形とされており、ストリップ８が撓みを通じて生じる変形に抗する良好な剛性を有するのに寄与していること。
また、ストリップ８は互いに独立しており、継手が圧縮されていない状態においては完全に平坦で均一な平面とされていること。
突起部６は直線状、より正確には円形状とされており、前記孔１２の周りで延在されていること。
図示されてはいないけれども、図１ａにおけるラジアル構造のブロック９は、図１ｅに示されているのと同様、突起部６と同じ位置に配されている。

本発明の更にいくつかの実施例を以下に記述する。

図２ａは、金属ストリップ８ａの断面を示しており、このストリップ８ａの支持部９ａは別部材のブロックではなくストリップ自身に近接するように折り曲げられた折り曲げ部によって形成されている。
この代替例は、ラジアル構造あるいはオルトラジアル構造に等しく適用することが可能である。

図２ｂは、セラミックストリップ８ｂの断面を示しており、このストリップ８ｂの支持部９ｂはストリップに接合されたセラミックブロックにより形成されている。
この代替例は、オルトラジアル構造に適していると考えられる。

図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに示されているストリップの重ね合わせは、２つの連続するストリップ間のオフセット支持部（折り返し部、セラミックブロック、半田コード（cord of solder））の間で接触されることにより形成されている。

図２ｃは、金属ストリップ８ｃの断面を示しており、このストリップ８ｃの支持部９ｃは通常の間隔で溶接装置によって付着される半田コードのような充填物によって形成されている。
この代替例は、ラジアル構造あるいはオルトラジアル構造に等しく適用することが可能である。

図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに示されているストリップの重ね合わせは、２つの連続するストリップ間のオフセット支持部（折り返し部、セラミックブロック、半田コード（cord of solder））の間で接触されることにより形成されている。

図２ｄは、波形の金属ストリップ８ｄの断面を示しており、このストリップ８ｄは、上述したストリップと同様に機能するものであるが、ストリップ８ｄを対にした組立体を表している図２ｅに示されているように、ストリップ８ｄは、剛性を変化させるために複数個が組み合わせを介した追加的な組立体を許容するものである。
この波形構造も、波形が円形状又は放射状であれば、ラジアル構造あるいはオルトラジアル構造に適用することが可能である。
実施例のこのタイプでは、支持体９ｄは、隣接しているストリップの波形の対向しているリッジ（facing ridges）間での接触により形成されている。
ストリップ８ｄの変形は従前の実施例とは異なるけれども、ストリップ８ｄは反る（warping）のではなく応力下で平坦化するので、継手の作動は従前の実施例と同じになる。
ストリップ８ｄが接線方向で滑らないように注意が払われる。
そして、ストリップ８ｄは支持体に溶接１１、リベット等の手段によって接合される。

本発明の一の実施例の継手の１つの代替例を示すものである。 本発明の一の実施例の継手の１つの代替例を示すものである。 本発明の継手の動作状態を示すものである。 本発明の継手の特殊部材を示すものである。 本発明の継手の水平断面を示すものである。 本発明の別なストリップの一例を示すものである。 本発明の別なストリップの一例を示すものである。 本発明の別なストリップの一例を示すものである。 本発明の別なストリップの一例を示すものである。 本発明の別なストリップの一例を示すものである。

符号の説明

１ ケーシング
２，３ 支持面
４，５ フランジ
６ 突起部
７ 内部構造
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ ストリップ
９，９’ 中間ブロック
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 支持部
１１ 溶接
１２ 孔

Claims (13)

1. 外側の金属ケーシング（１）とフレキシブルな内部構造とを備えているシール継手であって、前記内部構造は、重ね合わされると共に支持体（９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）によって分離されているフレキシブルなストリップ（８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）から作製されており、前記ストリップの両側に設けられている前記支持体は千鳥状とされていることを特徴とするシール継手。
2. 前記ケーシングに接触している前記支持体のいくつかが、前記ケーシングの外表面上に設けられている突起部（６）の下方で延在されていることを特徴とする請求項１に記載のシール継手。
3. 前記支持体と前記突起部とが直線状であることを特徴とする請求項１に記載のシール継手。
4. フレキシブルな前記ストリップが、閉じた外形を備えて互いに独立してい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シール継手。
5. フレキシブルな前記ストリップは均質であって、支持体として機能する中間ブロックによって分離されてい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シール継手。
6. 前記支持体はリングを備えており、該リングの各々が、フレキシブルなストリップのそれぞれの対の間に設けられたブロックに当接していることを特徴とする請求項５に記載のシール継手。
7. フレキシブルな前記ストリップが、金属、セラミックあるいは酸素が分布された合金から作製されていることを特徴とする請求項５または６に記載のシール継手。
8. フレキシブルな前記ストリップが波形とされており、波形の対の間の接触により前記支持体が形成され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シール継手。
9. 前記支持体が、前記ケーシングに対向している２つの支持面を通じて前記継手を横切る連続する列を為すように配置されており、フレキシブルな前記ストリップを分離している前記支持体と前記空間とが、各列において交互に、且つ一の列から別の列へ交互に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のシール継手。
10. フレキシブルな前記継手が同心状とされていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のシール継手。
11. フレキシブルな前記ストリップは円形且つ平坦であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のシール継手。
12. 前記支持体が放射状に広がっていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のシール継手。
13. 前記支持体が異なる半径を備えた同心状のリングであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のシール継手。
    

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