JP4322600B2

JP4322600B2 - シール装置

Info

Publication number: JP4322600B2
Application number: JP2003309833A
Authority: JP
Inventors: 徹哉井口; 純弘松; 徹河野
Original assignee: イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: CN1590815A; US7090224B2; JP2005076802A; US20050082768A1; CN100368712C

Description

本発明は、シール装置に関する。更に詳しくは、外力叉は熱膨張等により組立部品面間が変形する間隙をシールするシール装置、例えば、タービンアセンブリなどの組立部品面間をシールするシール装置に関する。

技術背景

タービンアセンブリとしては、蒸気タービンのタービンセクション、ガスタービン用の圧縮器の組立部、タービンセクション等がある。例えば、図１２に示すように、ガスタービンのタービンセクション１００は、ロータと共に回転する動翼体１１０と、図示省略の車室に固定された静翼体とが設けられている。動翼体１１０は、ロータに結合されたプラットフォーム１１０Ａと動翼１１０Ｂとから成る。叉、静翼体は、静翼と、この静翼の両端に固定された内側シュラウドと外側シュラウドとから構成されている。

静翼の翼面と内側のシュラウドと外側のシュラウドは、タービン部を流れる高温ガスの流路壁を形成する。叉、動翼１１０Ｂの翼面とプラットフォーム１１０Ａも高温ガスの流路を形成している。更に、車室には、動翼１１０Ｂの先端と所定の間隔を介して動翼１１０Ｂの翼面とプラットフォーム１１０Ａとは共に、高温ガスの流路壁を形成する分割環が設けられている。この固定された分割環は、動翼の配列方向へ等配に複数個が連結されている。この連結形状は、全体が断面円環状の壁面を成している。

一方、動翼体１１０と、静翼体は、翼間を通過する熱を受けるために熱変形を吸収できるような構造にしなければならない。更に、シュラウドに多数の翼を設ける構造のために製作を容易にしなければならない。更に叉、部品を分割して組立が容易になるように構成しないと、組立コストを上昇させる問題が存する。これらの理由のために、動翼体１１０及び静翼体は、ロータの周方向に複数個に分割してユニット化されている。つまり、シュラウドやプラットフォーム１１０Ａは、分割環と同様に、翼の配列方向へ複数個に分割部品が連結されている。

これらのシュラウド、プラットフォーム１１０Ａおよび分割環をそれぞれのロータの周方向へ連結する場合には、連結された分割シュラウド間、分割プラットフォーム間叉は分割環の間に、熱変形を吸収するための間隙が確保する必要がある。そして、この間隙は熱膨張したときに閉じることを目的にしている。すなわち、高温ガスが、翼面と、シュラウドと、プラットフォーム１１０Ａ叉は分割環とによって形成された流路を流れる状態では、連結されたプラットフォーム等の間に形成される間隙から高温ガスが漏洩するのを防止しなければならない。この高温ガス等の漏れが生じると、タービンの効率が低下するおそれと、高温な燃焼ガスによって流路以外の部分が損傷するおそれがある。

本発明の関連技術としてガスタービン叉は蒸気タービン等のタービン部に設けられるシール部材、スプラインシール、シールアセンブリが知られている。このシール部材、スプラインシール及びシールアセンブリは、タービン部に於いて、高温燃焼ガス叉は圧縮ガス或いは振動力によりシュラウドやプラットフォームの組立間隙が変位する個所に取り付けられる（例えば、特許文献１、叉は特許文献２、叉は特許文献３を参照）。

特許文献１では、図１２に示すように、各プラットフォーム１１０Ａ、１１０Ａの側端面１１３、１１３間の間隙１１２に断面がＴ形状のシール部材１０２が配設されている。このシール部材１０２により高温ガスＶ１が間隙１１２から外部へ流出するのを防止している。このシール部材１０２は、シュラウド間の間隙、分割環の間隙にも、同様に設けられている。しかし、単なる断面がＴ型のシール部材０２では、プラットフォーム間１１０Ａ、１１０Ａが熱膨張して両側端面１１３、１１３がシール部材１０２に密接しない限り、間隙が存在することになるから、高温ガスＶが外部へ漏洩することになる。叉、高温ガスＶが間隙１１２に巻き込みながら入り込んで側面端１１３、１１３を損傷させることになる。

更に、図示省略するが、特許文献２に記載された図８によれば、プラットフォームの側端面間に対向溝を設けてこの対向溝間にスプラインシールを配置したものが開示されている。このスプラインシールは、金属板のシム層の周囲をクロス層により覆ったものである。しかし、このスプラインシールも、特許文献１と同様に、プラットフォームの対向溝間に溝底面方向へ平板状に配置して間隙をシールするものである。このスプラインシールの構成は、プラットフォームの熱膨張を考慮して対向溝とスプラインシールが非接触状態に配置されている。この為に、特許文献１の技術と同様に、組立部品間から被密封流体を漏洩させる問題が存する。

更に叉、図示省略するが、特許文献３に記載のｆｉｇ２、ｆｉｇ３によれば、特許文献２のスプラインシールの代わりに、断面を大きな湾曲状に形成した２枚のばね板の湾曲に突出した中央を互いに対称に抱き合わせて両端に取付溝の側面と密接する接触面を設けたシールアセンブリが存在する。このシールアセンブリも特許文献２と同様に部品間の二つの対向する取付溝間に配置されている。この為に、二枚重ね板から成るシールアセンブリに於ける長手方向の相反する方向へ折曲げて形成した接触面と対向溝の隣接面は弾発に密接した構成である。しかし、プラットフォームの熱膨張を考慮して、シールアセンブリの板の長手方向の両端部と対向溝の両底面とは非接触状態に配置されている。この為に、シールアセンブリは被密封流体の圧力を受けると接触面が隣接面から非接蝕状態に移行するので、被密封流体が漏洩しやすくなり、シール能力が低下する。従って、特許文献３でも、シールアセンブリは、依然として被密封流体の漏洩を解決する問題が残存する。

特開２００２−２０１９１３号公報（図２）特開２０００−１３６７３１号公報（図７及び図８）米国特許第６，１９３，２４０明細書及び図面（ｆｉｇ２及びｆｉｇ３）

本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものである。
本発明が解決しようとする課題は、熱応力、流体圧力及び振動力等の外力によりシール装置を取り付ける両接続面間の間隔が変位する場合でも、シール装置の幅広い変位範囲にわたりシール面を密接させてシール能力を向上させることにある。叉、シール装置を接続面間にセットしたのみでシール面が確実に密接できるようにすることにある。更に、シール装置の装着を容易にし、部品の組立コストを低減することにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものである。そして、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
請求項１に係わる発明のシール装置は、一方の部品の第１端面と他方の部品の第１対称端面との接続面間をシールするシール装置である。そして、一方の部品の第２段面と密接する第１シール突部と他方の部品の第２対称段面と密接する第２シール突部を有する支持部と、この支持部から直角方向へ凸状に形成された保持部とが設けられている。この保持部の側面には固着された第２側部と、湾曲状の弾性部と、傾斜する第１側部とが板状を断面Ｕに形成した第１シール部と、保持部の側面に第１シール部と対称に配置されて第２側部が固着されると共に第１シール部と略同一形状の要件を有する第２シール部とが設けられている。この第１シール部の第１側部の端部の外側面に一方の部品の第１段面と密接する第１シール面と、第２シール部の第１側部の端部の外側面に他方の部品の第１対称段面と接合する第２シール面とを備えている。そして、両第２側部の端部側が保持部を挟んで保持部に固着されているものである。

請求項２に係わる発明のシール装置は、第１シール部の第２側部の端部と第２シール部の第２側部の端部が保持部の端部に溶着されているものである。

請求項３に係わる発明のシール装置は、第１シール突部と第２シール突部が断面円弧状の面に形成されているものである。

請求項４に係わる発明のシール装置は、第１シール部と第２シール部が保持部の側面に沿って並列に複数個が配置されているものである。

請求項５に係わる発明のシール装置は、一方の部品の第１端面と他方の部品の第１対称端面が接合したときに支持部の各端部が一方の部品の第１段面と他方の部品の第１対称段面に略接合する幅寸法に形成されているものである。

この請求項１に係わる発明のシール装置では、断面がＷ形に形成されて第１シール面及び第２シール面が各第１側部の端部の外側面に設けられている。そして、各第２側部が保持部に溶接等により結合されている。この為、熱膨張による変形等の外力を受けた両取付段部の第１段面と第１対称段面により第１シール面及び第２シール面が互いに近寄る方向へ押圧されると、保持部との結合部を支点にして第１シール部及び第２シール部の各々の全長が弾性変形することが可能になる。このときに、各々の第２側部の弾性部側は保持部の側面から互いに離反するように弾性変形する。この作用により各第１シール面及び第２シール面は第１段面と第１対称段面間の寸法の変位に応じ、第１シール面及び第２シール面の面圧力を略同一にして大きな変位でもシール能力を発揮する。この為に各第１シール面及び第２シール面の変位範囲が大きく変位叉は変動しても常にシール効果が発揮される。

更に、第１シール面及び第２シール面は結合部が支点でＵ形状に曲げられているから、結合部からシール面までのシール部の長さが全体では長くできる。更に、シール装置の全体を小形にするために、各シール部の第２側部の長さを短くしても、補強する保持部と支持部とにより各シール部の取付を安定させてシール面の面圧方向の変位を大きい範囲で変位させることができる。この為に、両第１シール面及び第２シール面が取付部品の熱膨張による変形、圧力変形、振動変形等に対して各第１シール面と第２シール面のシール能力が発揮できる効果を奏する。更に、シール装置は、各湾曲の弾性部を介した第１側部と第２側部の長さにより、各第１シール面及び第２シール面の弾性変位を大きくすることが可能になる。この為、各第１側部及び第２側部長い方向の長さを短くできるので、取付段部の小さな所にも取り付けられる。これらの効果は、各シール部が取付状態を安定させる密封本体に取り付けられることにより可能になる。更に、シール突部は支持部の底面に取り付けられているから、一方部材と他方の部材の各取付段面が段差のように相対変位しても支持部により保持部を介して第１シール部及び第２シール部が保持されるので、シール効果を向上することが可能になる。更に叉、シール装置は、支持部と一体の保持部に固着されて第１シール部及び第２シール部がＷ形に保持されているから、取付段部の組立構造が複雑でも、支持部により装着が容易になる。

この請求項２に係わる発明のシール装置では、保持部に第１シール部に於ける第２側部の端部と第２シール部に於ける第２側部の端部が結合されているから、第１シール部と第２シール部の各第１側部と弾性部とが結合部から各第１及び第２シール面までの長さを長くして弾性変形することが可能になる。この為に、第１シール部の第１シール面と第２シール部の第２シール面は、接触する各第１段面及び第１対称段面の変位が大きくとも追随密接してシールすることができる。そして、シール装置の第１シール面及び第２シール面が大きく変位しても常にシール効果が発揮できる。

この請求項３に係わる発明のシール装置では、支持部の各第２段面と第２対称段面とに接合する底面に円弧状面に突出する第１シール突部及び第２シール突部が両端部に設けられているから、両第２段面と第２対称段面に段差が生じても、円弧状の各シール突部により各第１シール面と第２シール面を第１段面と第１対称段面に密接状態に保持することが可能になる。更に、支持部の底面に設けた円弧状の第１シール突部と第２シール突部は、第２段面及び第２対称段面に段差が生じても、常に円弧面の一部面で接合できるから、保持部を介して弾性変形可能な両第１側部に設けた各第１シール面及び第２シール面により被密封流体をシールすることができる。

この請求項４に係わる発明のシール装置では、保持部の側面に沿って第１シール部と第２シール部が並列に複数個が取付られているから、一方部品と他方の部品とが熱膨張による変形等で両取付段部間に変位が生じても並列された複数のシール部により全体が保持されるから、各第１シール面及び第２シール面の安定した密接が可能になる。叉、被密封流体の流れ方向に対して各シール面により二重三重のシール効果が期待できる。

この請求項５に係わる発明のシール装置では、一方の部品と他方の部品とが熱膨張による変形等により、この両部品の第１端面と第１対称端面が接合したときに、支持部の両端部が第１段面と第１対称段面に接合するように構成されているから、第１シール面及び第２シール面がそれ以上変位するのを防止することが可能になる。叉、第１シール面及び第２シール面がシール能力を有する変位範囲を超えた状態になり、シール装置のシール能力が低下したとしても、第１シール突部と第２シール突部によりシールすることが可能になる。

以下、本発明に係わる実施の形態のシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、設計図を基にした正確な図面である。

図１と図２は、本発明に係わる好ましい第１実施の形態を示すシール装置１である。図１は、溝状の第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂの間の空間部５１にシール装置１を装着した状態である。叉、図２は空間部５１にシール装置１を挿入する状態である。図１と図２に於いて、シール装置１は、断面がＴ形状を成す密封本体１０の保持部１０Ｂの両側面に断面Ｕ形状の第１シール部２と第２シール部３を対称に配置して結合部４を結合する。この第１シール部２は、湾曲状の第１弾性部２Ｂの両側に傾斜した第１側部２Ａと第２側部２Ｄを形成する。叉、第２シール部２も、湾曲状の第２弾性部３Ｂの両側に傾斜した第１側部３Ａと第２側部３Ｄを形成する。この第１シール部２と第２シール部３の板厚は０．1mmから０．２mmが好ましい。この為に、密封本体１０は、第１シール部２と第２シール部３の板厚より厚くされて第１シール部２と第２シール部３を安定した状態に保持することができる。その結果、第１シール部２と第２シール部３の板厚は、任意な薄肉に構成できるので、第１シール面２Ａ１を設けた第１シール部２と第２シール面３Ａ１を設けた第２シール部３との弾性変形による変位範囲を大きくすることが可能になる。尚、保持部１０Ｂの板厚より支持部１０Ａの板厚を厚くすると良い。

更に、この第１シール部２と第２シール部３を保持する密封本体１０は、板状の支持部１０Ａと保持部１０Ｂとに形成する。支持部１０Ａは底面１０Ａ４の両端部側に第１シール突部１０Ａ１と第２シール突部１０Ａ２を形成する。この第１シール突部１０Ａ１と第２シール突部１０Ａ２は半径Ｒの断面円弧面に形成してある。例えば、第２段面５２Ａ２と第２対称段面５２Ｂ２とが熱膨張の変形等により第２段面５２Ａ２と第２対称段面５２Ｂ２とに段差が生じて支持部１０Ａが傾斜しても、各第２段面５２Ａ２と第２対称段面５２Ｂ２とに円弧面が２点で密接することが可能になる。この支持部１０Ａの端部は、各第１シール突部１０Ａ１及び第２シール突部１０Ａ２の厚肉によりその第１シール突部１０Ａ１及び第２シール突部１０Ａ２間が薄肉になるので、支持部１０Ａの両端から互いに圧力を受けた場合には、微小だけ中間を湾曲状に弾性変形させることが可能である。叉、保持部１０Ｂは支持部１０Ａに直上に形成されている。尚、他の実施例として、第１シール突部１０Ａ１と第２シール突部１０Ａ２は、支持部１０Ａの長手側の両端部に設けることもできる。そして、第１シール突部１０Ａ１が第１段部５２Ａ１に接合すると共に、第２シール突部１０Ａ２が第２段部５２Ｂ１に接合したときに、第１シール突部１０Ａ１と第２シール突部１０Ａ２により被密封流体が小間隔Ｈ２側へ漏洩するのをシールする。

叉、第１シール部２の第２側部２Ｄと第２シール部３の第２側部３Ｄは、保持部１０Ｂの両側面に対称に配置して端部が結合部４として溶接されているが、第１弾性部２Ｂと第２弾性部３Ｂは、支持部１０Ａの上面に対して接触しない間隔を設けて配置している。尚、結合部４は溶接の他に、図示省略するボルトを端部側の側面から貫通状態にしてボルト締めの結合にすることもできる。更に、図示省略する断面Ｕ形状のカシメ部品の溝内を第２側部２Ｄと第２側部３Ｄとの間に保持部１０Ｂを挟んだ状態で挿着し、カシメ部品を両側から圧着して第２側部２Ｄと第２側部３Ｄを固定することもできる。更に、第２側部３Ｄの端部を第２側部２Ｄの端部より長くし、第２側部３Ｄの端部を第２側部２Ｄの端部にＵ形状に折曲げてカシメ結合することもできる。このように種々の方法で第１側部２Ｄと第２側部３Ｄの端部側を結合することもできる。

第１シール部２に於ける第１側部２Ａの外側面に第１シール面２Ａ１を設ける。叉、第２シール部３に於ける第１側部３Ａの外側面に第２シール面３Ａ１を設ける。この第１側部２Ａと第１側部３Ａの長さは、第２側部２Ｄ及び第２側部３Ｄと略同じ長さにするとよい。叉、第１側部２Ａと第１側部３Ａの長さは、必要に応じて各第２側部２Ｄ及び第２側部３Ｄより図示上方に長くしてもよい。このような構成は、第２側部２Ｄの第１弾性部２Ｂ側の側面と第２側部３Ｄの第２弾性部３Ｂ側の側面が保持部１０Ｂの各側面に単に接触している状態であるから、シール装置１を空間部５１に装着すると、第１側部２Ａの第１シール面２Ａ１と第１側部３Ａの第２シール面３Ａ１は、結合部４を支点にして弾性変形し、両第１段面５２Ａ１と第１対称段面５２Ｂ１に常に密接できる。このとき、結合部４で結合した第２側部２Ｄの保持部１０Ｂ側の側面と第２側部３Ｄの保持部１０Ｂ側の側面は保持部１０Ｂの側面から互いに離反する方向へ弾性変形することができる。尚、このシール装置１の密封本体１０と各第１シール部２と第２シール部３は、ニッケル基合金材製である。その具体例としては、７６％Ｎｉ−１６％Ｃｒ−８％Ｆｅ合金のインコネルである。このインコネルは加工性に富み、熱間、冷間加工が可能で、しかも、耐食性に優れる。

このシール装置１は、図２に示すように、各第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂとの間の空間部５１に装着する。この第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂはガスタービンエンジン、原子力機器等の高圧及び高温流体の作用を受ける分割端面に設けられている。組み立てられる一方の部品５０Ａの分割した端面には、第１端面５０Ａ１と第２端面５０Ａ２が設けられている。叉、一方の部品の端面に対向して組み立てられる他方の部品５０Ｂの分割した端面にも、第１対称端面５０Ｂ１と第２対称端面５０Ｂ２が設けられている。そして、第１端面５０Ａ１と第１対称端面５０Ｂ１の間は、熱膨張の変形を考慮して小間隔Ｈ２の寸法に形成されている。叉、この第２端面５０Ａ２と第１対称端面５０Ｂ２の間の大間隔Ｈ１は、高温ガスを直接受けるので、熱膨張の変形を考慮して小間隔Ｈ２より大きい寸法の大間隔Ｈ１に形成されている。尚、この大間隔Ｈ１と小間隔Ｈ２は同一寸法に形成される場合もある。叉、各第１段部５２Ａ及び第２段部５２Ｂは、断面Ｌ状の段部に形成される場合もある。この大間隔Ｈ１と小間隔Ｈ２は上述のように限定されることなく必要に応じて種々の寸法に設計される。この第１端面５０Ａ１と第２端面５０Ａ２の間には、溝状の第１段部５２Ａが形成されている。この第１段部５２Ａには、第１段面５２Ａ１と第２段面５２Ａ２が設けられている。叉、第１対称端面５０Ｂ１と第２対称端面５０Ｂ２の間には、第２段部５２Ｂが形成されている。この第２段部５２Ｂには、第１対称段面５２Ｂ１と第２対称段面５２Ｂ２が設けられている。シール装置１は、図２のようにして空間部５１に装着される。このとき、支持部１０Ａの第１シール突部１０Ａ１は第２段面５２Ａ２に接合する。叉、第２シール突部１０Ａ２は第２対称段面５２Ｂ２に接合する。叉、第１シール面２Ａ１が第１段面５２Ａ１に密接する。叉、第２シール面３Ａ１は第１段面５２Ｂ１に接合する。

図３、図４及び図５は、図１に示すシール装置１の各取付状態である。図３では、第１端面５０Ａ１と第１対称端面５０Ｂ１の小間隔Ｈ２の寸法が最大の場合である。つまり、空間部５１の開き間隔Ｈが最大のときのシール装置１の第１シール面２Ａ１が第１段面５２Ａ１に密接すると共に、第２シール面３Ａ１が第１対称段面５２Ｂ１に密接している状態である。同時に、第１シール突部１０Ａ１が第２段面５２Ａ２に接合すると共に、第２シール突部１０Ａ２が第２対称段面５２Ｂ２に密接する。しかも、第１シール突部１０Ａ１が第２段面５２Ａ２に円弧面で接合すると共に、第２シール突部１０Ａ２が第２対称段面５２Ｂ２に円弧面で密接するから、支持部１０Ａが傾いても２点接触になり、第１シール面２Ａ１と第２シール面３Ａ１が確実に第１段面５２Ａ１と第１対称段面５２Ｂ１に密接することができる。

図４は、第１端面５０Ａ１と第１対称端面５０Ｂ１の小間隔Ｈ２の寸法が最小の場合である。つまり、各第１シール面２Ａ１と第２シール面３Ａ１が各第１段面５２Ａ１と第１対称段面５２Ｂ１に密接して最小に圧縮された状態である。このとき、支持部１０Ａの両端部は、第１段面５２Ａ１と第１対称段面５２Ｂ１に接合して第１シール部２と第２シール部３が設計された圧縮範囲を超えないように支持する。

図５は、一方の部品５０Ａと他方の部品５０Ｂが熱膨張による変形により互いの第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂが上下にずれて段差Ｘが生じた場合である。この場合でも、支持部１０Ａに円弧面に形成された第１シール突部１０Ａ１と第２シール突部１０Ａ２が設けられているので、第１シール突部１０Ａ１の円弧面と第２シール突部１０Ａ２の円弧面が第２段面５２Ａ２と第２対称段面５２Ｂ２に傾斜しながらでも接合することができる。同時に、第１シール面２Ａ１は、第１段面５２Ａ１と接合すると共に、第２シール面３Ａ１は第２対称段面５２Ｂ１に密接することができる。

図６は本発明に係わるシール装置１の第２実施の形態を示すものである。図６に示すシール装置１は、図１と全体の形状は類似する。図１のシール装置１と相違する点は、保持部１０Ｂが図１に示す保持部１０Ｂより長く形成されている。そして、図示上部の端部にシールカバー１５が設けられている。このシールカバー１５は耐熱板を大間隔Ｈ１に対し円弧状に曲げると共に、保持部１０Ｂの端部に溶接して固定する。このシールカバー１５の幅寸法は、第２端面５０Ａ２と第２対称端面５０Ｂ２の最大幅の大間隔Ｈ１と略近似させた寸法である。そして、シールカバー１５の第１シール端部１５Ａは第２端面５０Ａ２と対向すると共に、第２シール端部１５Ｂは第２対称端面５０Ｂ２に対向して近接している。

そして、一方の部品５０Ａと他方の部品５０Ｂが熱膨張して第２端面５０Ａ２と第２端面５０Ｂ２の大間隔Ｈ１が小さくなると、幅が半径Ｒ２の円弧状に形成されたシールカバー１５は弾性変形して半径Ｒを小さくしながら大間隔Ｈ１をカバーする。この為に、シールカバー１５により高温ガスが各第１シール部２及び第２シール部３側へ流入しないように防止する。叉、第１シール部２と第２シール部３は耐熱材質の板が二層に形成されている。この二層に嵌め合わせた構造は、内周側の第３シール部１２の第１側部を第１シール部２の第１側部２Ａより図６に示すように短くすると良い。第４シール部１３も第３シール部１２と同形状にして積層する。更に、支持部１０Ａには、底面に半径Ｒ１の凹底面１０Ａ４を形成する。この凹底面１０Ａ４は支持部１０Ａが両端部から互いに押圧されたときに加工誤差を吸収して円弧状に曲がるようにするためである。つまり、一方の部品１０Ａと他方の部品１０Ｂにより押圧されたときに、支持部１０の幅Ｌ１が開き間隙Ｈより少し長いときには凹底面１０Ａ４が曲げられて開き間隙Ｈに対応できるようにするためである。その他の構成は省略するが、図１の符号と同じ符号は図１と同一構成である。叉、シール装置１の材質も耐熱材質である。その具体例としては、７６％Ｎｉ−１６％Ｃｒ−８％Ｆｅ合金のインコネルである。

図７は、本発明に係わるシール装置１の第３実施の形態である。図７のシール装置１は、図１のシール装置１と同様であるが、第１シール部２と第２シール部３を耐熱板で二層構造にしたものである。つまり、第１シール部２と第２シール部３の内周に第３シール部１２と第４シール部１３を嵌め合わせたものである。この第３シール部１２と第４シール部１３の各第１側部の長さは、第１シール部２と第２シール部３の各第１側部２Ａ、３Ａの長さと略同一にされている。しかし、必要に応じて第３シール部１２の第１側部と、第４シール部１３の第１側部の長さは適宜の短い長さに設計することもできる。その他の構成は省略するが、図１の符号と同じ符号は図１と同一構成である。

図８は、本発明に係わるシール装置１の第４実施の形態である。図８のシール装置１は図７のシール装置１と略同形状である。相違する点は、第１シール部２と第２シール部３と第３シール部１２と第４シール部１３とに、図８に示すように、スリット２０を各弾性部２Ｂ、３Ｂと各第１側部２Ａ、３Ａ及び第２側部２Ｄ、３Ｄの弾性部２Ｂ、３Ｂ側に設けると共に、長手方向へ沿って等配に複数個を設けたものである。尚、第１シール部２と第３シール部１２および第２シール部３と第４シール部１３の各スリット２０は被密封流体が通過しないように長手方向へ位置を変えて形成する。このシール装置１は、各第１シール部２と第３シール部１２及び第２シール部３と第４シール部１３が二重構造にしてあるので剛性を弱くするために、各スリット２０により各第１シール面２Ａ１と第２シール面３Ａ１の変位を大きくできるようにしたものである。その他の構成は省略するが、図１の符号と同じ符号は図１と同一構成である。

図９は、本発明に係わるシール装置１の第５実施の形態である。図９に示すシール装置１は、保持部１０Ｂを図１の保持部１０Ｂに比べて長くしたものである。そして、第１シール部２と第２シール部３を保持部１０Ｂの側面に沿って並列に３列に配置したものである。この実施例では、３列であるが、シール能力を考慮して２列、４列に設計することができる。叉、図９において、仮想線で示すように一方の部品５０Ａと他方の部品５０Ｂの溝方向の両端部に各凹部２１が設けてある。そして、この両側の凹部２１には、蓋をするようにカバー２２が設けてある。このカバー２２により各シール部２、３、１２、１３に案内されて両端側から被密封流体が漏洩しないようにする。尚、各部品５０Ａ、５０Ｂの端部が他の部品に覆われる場合には、このカバー２２は不必要となる。更に、第１段部５２Ａ及び第２段部５２Ｂは長手の両端封止の凹部にすることもできる。このような第１段部５２Ａ及び第２段部５２Ｂでは、カバー２２は不用となる。その他の構成は省略するが、図１の符号と同じ符号は図１と同一構成である。

図１０は、本発明に係わるシール装置１の第６実施の形態である。図１０に於いて、図１のシール装置１と相違する点は、第１シール面２Ａ１と第１シール突部１０Ａ１に第１シート３０Ａを接着する。叉、第２シール面３Ａ１と第２シール突部１０Ａ２の周面に第２シートを接着する。このシート３０Ａ、３０Ｂはフッ素樹脂等の低摩擦材製である。そして、第１シール面２Ａ１と第２シール面３Ａ１および第１シール突部１０Ａ１と第２シール突部１０Ａ２の摩擦抵抗を小さくするものである。その他の構成は省略するが、図１の符号と同じ符号は図１と同一構成である。

図１１は、シール装置１を取り付ける他の用途を示す例である。図１１において、ガスタービンに於ける燃焼室下流のトランジションピースである。この高温ガス用の各角形流路管５０Ｃ、５０Ｄは、接続面間をシールするために角形通路５５、５５に形成されている。この高温ガス用の角形通路管５０Ｃ、５０Ｄは、各々角形通路管５０Ｃ、５０Ｄの側面を接続して全体が環状体に成るように配列する。
そして、各角形通路管５０Ｃ、５０Ｄ内の通路を被密封流体がＶ方向へ流れるので、各角形通路管５０Ｃ、５０Ｄは高温空気の温度により熱膨張する。この角形通路管５０Ｃ、５０Ｄの熱膨張を防止するために、各角形通路管５０Ｃ、５０Ｄの接続面間に冷却空気を図示省略の通路からＶ方向へ流す。この冷却空気は、１，０００°Ｃを越す高温ガスとの関係から２００°Ｃから５００°Ｃに成るが、この冷却空気が図示する各角形通路管５０Ｃ、５０Ｃの端部から高温ガスに混合するとガスタービンの熱効率が低下する。この為に、冷却空気が各角形通路管５０Ｃ、５５Ｄの接続面間の隙間から、Ｖ方向へ流れる高温ガスに混入するのを防止するために、シール装置１を空間部５１に取り付ける。図１１はこのシール装置１を接続面間の空間部５１に挿入する状態を示すものである。叉、図１１の各角形通路管５０Ｃ、５０Ｄの図示上下には他の部品が接合されているために、上下方向への被密封流体の漏洩は防止される。そして、図１と同様に、シール装置１の各第１シール面２Ａ１及び第２シール面３Ａ１および各第１シール突部１０Ａ１及び第２シール突部１０Ａ２は、各角形通路管５０Ｃ、５０Ｄの両第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂに密接してシールする。その他の構成は省略するが、図１１のその他の符号は図１の符号で示す構成と同一構成である。

そして、各第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂの両第１段面５２Ａ１と第１対称段面５２Ｂ１の間の開き間隔Ｈが狭くなるように変位すると、一方の第１側部２Ａと他方の第１側部３Ａは結合部４を支点に弾性変形する。このとき、第２側部２Ｄの側面と第２側部３Ｄの側面は互いに保持部１０Ｂの側面から離反する方向へ弾性変形する。この為に、第１シール面２Ａ１と第２シール面３Ａ１は、第１段部５２Ａの第１段面５２Ａ１と第２段部５２Ｂの第１対称段部５２Ｂ１に対して略同一面圧力状態を密接しながら大きく変位することが可能になる。その結果、シール装置１は第１段部５２Ａの第１段面５２Ａ１及び第２段部５２Ｂの第１対称段面５２Ｂ１の変位に対して密接しながらシール効果を発揮する。叉、シール装置１は小型に構成できるので、流体通路管の接続面間に於ける狭い取付段部間でも容易に取り付けることが可能になる。
以上の第３実施の形態から第６実施の形態に於いても、シール装置１は、前述したようにニッケル基合金材のような耐熱材である。その具体例としては、７６％Ｎｉ−１６％Ｃｒ−８％Ｆｅ合金のインコネルがある。このインコネルは、特に、加工性に富み、熱間、冷間加工が可能で、しかも耐食性に優れるので、適している。

本発明のシール装置１は、高温、高圧流体が作用する取付段部間の空間部５１に取り付けられてシール能力を発揮すると共に、耐久能力を発揮する。更に、シール装置１の形状が簡単な構造にできるために、複雑な各取付段部の構造であっても、シール装置１が容易に取り付けられて取付作業のコストを低減できる。更に、各第１段部５２Ａと第２段部５２Ｂの組み合わせた空間部５１が雑な構造であっても、補強用の密封本体１０に保持された弾性変形可能な各シール部２、３より成るシール装置１により確実にシールすることが可能になる。叉、シール装置１は第１シール部２と第２シール部３を別体に加工して固着する簡単な構造であるために、シール装置１の加工コストを低減できる。

以上のように、本発明のシール装置は、高温・高圧流体をシールする一般機器の各部品の接続面間に用いて有用である。特に、ガスタービン、原子力機器等の高温・高圧流体が作用して熱応力変形する取付段部間叉は振動する取付段部間の空間部に用いるシール装置として有用である。叉、どのような取付段部間の空間部でも安定した状態で取り付けられるシール装置として有用である。更に、加工コストを低減できるシール装置として有用である。

本発明の第１実施の形態に係わるシール装置をタービンのプラットフォームに於ける両取付段部間に取付けた状態の正面図である。

図１のシール装置をタービンのプラットフォームに於ける両取付段部間に取付けた状態の斜視図である。

図１のシール装置が両取付段部間に最大開き間隔状態で取り付けられた正面図である。

図１のシール装置が両取付段部間に最小開き間隔状態で取り付けられた正面図である。

図１のシール装置が両取付段部間に段差が生じた状態で取り付けられた正面図である。

本発明の第２実施の形態に係わるシール装置をタービンのプラットフォームの両取付段部間に取付けた状態の正面図である。

本発明の第３実施の形態に係わるシール装置の斜視図である。

本発明の第４実施の形態に係わるシール装置の斜視図である。

本発明の第５実施の形態に係わるシール装置をタービンのプラットフォームの両取付段部間に取付けた状態の正面図である。

本発明の第６実施の形態に係わるシール装置の正面図である。

本発明に係わるシール装置をガス叉は蒸気タービンアセンブリの取付段部間に取り付けた斜視図である。

本発明に係わる関連技術のシール装置をガスタービンのプラットフォームの取付段部間に取り付けた斜視図である。

符号の説明

１シール装置
２第１シール部
２Ａ第１側部
２Ａ１第１シール面
２Ｂ第１弾性部
２Ｄ第２側部
３第２シール部
３Ａ第１側部
３Ａ１第２シール面
３Ｂ第２弾性部
３Ｄ第２側部
４結合部
１０密封本体
１０Ａ支持部
１０Ａ１第１シール突部
１０Ａ２第２シール突部
１０Ａ３上面
１０Ａ４底面
１０Ｂ保持部
１５シールカバー
１５Ａ第１シール端部
１５Ｂ第２シール端部

Claims

一方の部品の端面と他方の部品の端面との接続面間をシールするシール装置であって、前記一方の部品の第２段面と密接する第１シール突部と前記他方の部品の第２対称段面と密接する第２シール突部を有する支持部と、
前記支持部から凸状に形成された保持部と、前記支持部と前記保持部とからなり断面がＴ形状を成す密封本体と、前記保持部の側面に固着される第２側部と湾曲状の弾性部と傾斜する第１側部とが板状に形成された第１シール部と、
前記保持部の側面に前記第１シール部と対称に配置されて第２側部が固着されると共に前記第１シール部と略同一形状の要件を有する第２シール部と、
前記第１シール部の第１側部の端部の外側面に前記一方の部品の第１段面と密接する第１シール面と、
前記第２シール部の第１側部の端部の外側面に前記他方の部品の第１対称段面と接合する第２シール面とを備え、
前記両第２側部の端部側が前記保持部に固着され、前記第１シール突部と前記第２シール突部が断面円弧状面に形成されていることを特徴とするシール装置。
前記第１シール部の第２側部の端部と前記第２シール部の第２側部の端部が前記保持部の側面に溶着されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
前記第１シール部と前記第２シール部が前記保持部の側面に沿って並列に複数個が配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール装置。
一方の部品の第１端面と他方の部品の第１対称端面が接合したときに支持部の端部が前記第１段面と前記第１対称段面に略接合する幅寸法に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシール装置。