JP2005337122A - ガスシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純構造で製作も容易で、熱膨張・収縮に追従できるとともに、密封性に優れるガスシール装置を提供すること。
【解決手段】 熱膨張・収縮により相対移動可能な１対のフランジ部１２，１２のガスシール装置で、１対のフランジ部１２の一方にシール材１１の一端部１１ｃを固定し、１対のフランジ部１２の他方に熱膨張・収縮による移動方向に交差する傾斜シール面１５を設けるとともに、シール材１１の他端部に傾斜シール面１５に沿って摺動する摺動部１１ｂを設ける。
これにより、傾斜シール面と摺動部とで摺動可能な状態でシールすることができ、熱膨張や収縮を許容しながら単純な構造のシール材で密封できるようにしている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ガスシール装置に関し、熱膨張・収縮により相対移動可能な１対のフランジ部のガスシールの構造を簡素化するとともに、熱膨張・収縮に追従して密封できるようにしたもので、特にジェットエンジンの燃焼器周辺の高温ガスのフランジ部に用いて好適なものである。

従来から種々の機器のフランジ部には、熱膨張・収縮による移動を許容しながらガスなどの流体をシールしなければならない場合も多く、例えば図４に示すジェットエンジン１の燃焼器２の周辺の高温ガスのフランジ部３もその一つである。

このようなジェットエンジン１の燃焼器２の周辺の高温ガスのフランジ部３のガスシール装置としては、例えば図５に示すように、横断面形状が略E字状のシール材４が用いられ、相対移動可能に配置された相対向するフランジ部３ａ，３ａの間に介装され、内側の燃焼ガスＧと外側の空気Ａとの間をシールするようになっている。

そして、熱膨張によりフランジ部３ａ、３ａの隙間が変化すると、シール材４の特殊な形状により付与した弾力性により追従させるようにしている。

また、特許文献１に開示されたガスタービンのシール組立体では、図６に示すように、金属薄板のシム５と、このシム５によって裏打ちされた金属繊維の金属クロスシール６で構成され、相対移動するフランジ部３ａのスロット３ｂと第１段ノズルのフランジ部３ａのスロット３ｂに取り付けられたブラケット７との間に配置されてシールするようになっており、熱膨張・収縮に追従して金属クロスシールの弾力性で密封できるようになっている。
さらに、同様な金属繊維によるクロスシールが特許文献２に開示されている。
特開２００２−３３９７０６号公報 特開２００２−３３３０６７号公報

ところが、図５に示した特殊な形状により弾力性を付与するシール材４では、熱膨張などによる相対変位に対する許容値が低く、追従できずに隙間が生じるという問題があるとともに、非常に高価であるという問題もある。

また、特許文献１や２の金属薄板５と金属繊維６とで構成されるクロスシールでは、構造が複雑であり、製作が煩雑であるという問題があるとともに、シール性に問題がある。

この発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたもので、単純構造で製作も容易で、熱膨張・収縮に追従できるとともに、密封性に優れるガスシール装置を提供しようとするものである。

上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載のガスシール装置は、熱膨張・収縮により相対移動可能な１対のフランジ部のガスシール装置であって、前記１対のフランジ部のいずれか一方にシール材の一端部を固定し、前記１対のフランジ部のいずれか他方に前記熱膨張・収縮による移動方向に交差する傾斜シール面を設けるとともに、当該シール材の他端部に前記傾斜シール面に沿って摺動する摺動部を設けたことを特徴とするものである。

このガスシール装置によれば、熱膨張・収縮により相対移動可能な１対のフランジ部のガスシール装置であって、前記１対のフランジ部のいずれか一方にシール材の一端部を固定し、前記１対のフランジ部のいずれか他方に前記熱膨張・収縮による移動方向に交差する傾斜シール面を設けるとともに、当該シール材の他端部に前記傾斜シール面に沿って摺動する摺動部を設けるようにしており、一方のフランジ部にシール材の一端部を固定し、他端部を傾斜シール面と摺動部とで摺動可能な状態でシールすることで、熱膨張や収縮を許容しながら単純な構造のシール材で密封できるようにしている。

また、この発明の請求項２記載のガスシール装置は、請求項1記載の構成に加え、前記１対のフランジ部を、ジェットエンジンの高温ガスのフランジ部とし、前記シール材を薄肉円筒状に形成するとともに、この先端部に円錐形状の前記摺動部を形成したことを特徴とするものである。

このガスシール装置によれば、前記１対のフランジ部を、ジェットエンジンの高温ガスのフランジ部とし、前記シール材を薄肉円筒状に形成するとともに、この先端部に円錐形状の前記摺動部を形成するようにしており、ジェットエンジンのフランジ部に用いる場合に、シール材を薄肉円筒状とし、その先端部に円錐状の摺動部を形成することで、熱膨張や収縮を許容しながら単純な構造のシール材で密封でき、円錐状の摺動部により熱膨張時にシール面の面圧を高めることも可能としている。

さらに、この発明の請求項３記載のガスシール装置は、請求項１または２記載の構成に加え、前記傾斜シール面および／または前記摺動部に耐摩耗性表面処理部を形成したことを特徴とするものである。

このガスシール装置によれば、前記傾斜シール面および／または前記摺動部に耐摩耗性表面処理部を形成するようにしており、摺動面の耐磨耗性を高めて長寿命化を図るようにしている。

また、この発明の請求項４記載のガスシール装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記シール材の前記摺動部の外周に柔軟性を付与する溝部を形成したことを特徴とするものである。

このガスシール装置によれば、前記シール材の前記摺動部の外周に柔軟性を付与する溝部を形成するようにしており、溝部によって柔軟性を高めてより一層熱膨張・収縮に対する追従性を高めることができるようにしている。

この発明の請求項１記載のガスシール装置によれば、熱膨張・収縮により相対移動可能な１対のフランジ部のガスシール装置であって、前記１対のフランジ部のいずれか一方にシール材の一端部を固定し、前記１対のフランジ部のいずれか他方に前記熱膨張・収縮による移動方向に交差する傾斜シール面を設けるとともに、当該シール材の他端部に前記傾斜シール面に沿って摺動する摺動部を設けるようにしたので、一方のフランジ部にシール材の一端部を固定し、他端部を他方のフランジ部の傾斜シール面と摺動部とで摺動可能な状態でシールすることで、熱膨張や収縮を許容しながら単純な構造のシール材で密封することができる。

また、この発明の請求項２記載のガスシール装置によれば、前記１対のフランジ部を、ジェットエンジンの高温ガスのフランジ部とし、前記シール材を薄肉円筒状に形成するとともに、この先端部に円錐形状の前記摺動部を形成するようにしたので、ジェットエンジンのフランジ部に用いる場合に、シール材を薄肉円筒状とし、その先端部に円錐状の摺動部を形成することで、熱膨張や収縮を許容しながら単純な構造のシール材で密封でき、円錐状の摺動部により熱膨張時にシール面の面圧を高めることも可能となる。

さらに、この発明の請求項３記載のガスシール装置によれば、前記傾斜シール面および／または前記摺動部に耐摩耗性表面処理部を形成するようにしたので、摺動面の耐磨耗性を高めて長寿命化を図ることができる。

また、この発明の請求項４記載のガスシール装置によれば、前記シール材の前記摺動部の外周に柔軟性を付与する溝部を形成するようにしたので、溝部によって柔軟性を高めてより一層熱膨張・収縮に対する追従性を高めることができる。

以下、この発明の一実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２は、この発明のガスシール装置をジェットエンジンの高温ガスのフランジ部に適用した一実施の形態にかかり、図１は概略縦断面図、図２は分解状態の概略斜視図である。

このガスシール装置１０では、シール材１１として耐熱合金などの金属薄板を用い、基端部の薄肉円筒部１１ａと、これに続く外側に広がった円錐状の摺動部１１ｂとが連結されて一体に成形されている。

そして、薄肉円筒部１１ａの端部外周に、相対移動可能な対向する１対のフランジ部１２、１２の一方に固定するためのステンレス鋼などの固定リング１１ｃが溶接などで取り付けてある。

このようなシール材１１を取り付ける相対移動可能な対向する１対のフランジ部１２，１２の一方には、図１に示すように、固定リング１１ｃの幅と高さに対応するシール材取付部１３が設けられて環状の押えリング１４を当てボルトなどを介して固定できるようにしてある。

さらに、他方のフランジ部１２には、シール材１１の円錐状の摺動部１１ｂと接触しながら移動する円錐状の傾斜シール面１５が形成してあり、シール材１１の円錐状の摺動部１１ｂの内周面と所定の面圧を保持しながら摺動するようになっている。

そして、このガスシール装置１０では、図１に示す状態から熱膨張でフランジ部１２、１２が互いに接近すると、フランジ部１２の傾斜シール面１５がシール材１１の薄肉円筒部１１ａ側に相対的に位置することになり、摺動部１１ｂと傾斜シール面１５との面圧が高くなってシール性を高めることができる。すなわち、ジェットエンジンが運転されて高温状態になると、熱膨張が生じ、これによりフランジ部１２、１２同士が近づくとともに次第にシール面圧が上がり、高温時の密封性を自動的に高めることができるのである。

したがって、このガスシール装置１０では、シール材１１の薄肉円筒部１１ａに対する摺動部１１ｂの角度と、このシール材１１の摺動部１１ｂと摺動しながらシールする傾斜シール面１５の角度を選定することで、シール面圧を適正にすることが可能であり、これにより、高温時の密封性と摺動時のかじりなどを防止することを両立することができる。

また、このガスシール装置１０では、シール材１１の摺動部１１ｂの内周面とフランジ部１２の傾斜シール面の外周面に耐摩耗性処理部１６を形成することで、摩耗を減少し、寿命増大を図ることができる。

この耐摩耗性処理部１６としては、例えばセラミック溶射などを施すことで形成することができ、これらに限らず、他の表面処理法を適用して耐磨耗性を高めるようにすることも可能である。

このように構成したガスシール装置１０によれば、シール材１１を、金属薄板を円筒状にした薄肉円筒部１１ａとその先端部を押し広げて円錐状にした摺動部１１ｂとで構成してあるので、円錐状の摺動部１１bと傾斜シール面15とで常に必要なシール面圧を確保してシールすることができるとともに、熱膨張にともなってシール面圧が高まり、高温時の密封性を自動的に高めることができる。

また、このガスシール装置１０では、シール材１１の摺動部１１bの角度と傾斜シール面１５の角度を選定することで、シール面圧を調整することができ、高温時のシール面圧を設定することもできる。

さらに、このガスシール装置１０のシール材１１では、従来の金属繊維を織ったクロスシールに比べ、製作が容易で構造の単純化を図ることができる。

また、シール材１１の取り付けも固定リング１１ｃをフランジ部１２のシール材取付部１３に入れ、押えリング１４を介して取り付けることで簡単に取り付けることができる。

次に、この発明のガスシール装置の他の一実施の形態について、図２（シール材のみを示し、傾斜シール面は省略してある。）により説明する。

このガスシール装置１０Aは、シール材１１のフランジ部１２への取付構造が異なるもので、シール材１１の固定リング１１cの外周に合わせ溝１７を１〜複数箇所形成する一方、フランジ部１２のシール材取付部１３に合わせ溝１７に対応して１〜複数個の押え突起１８を一体に設けておき、これらの押え突起１８と合わせ溝１７を合わせてシール材１１の固定リング１１cをシール材取付部１３に装着後、固定リング１１cを回転することで固定する。

なお、傾斜シール面などの他の構成は、すでに説明したガスシール装置１０と同一である。
このようなガスシール装置１０Ａによれば、シール材１１を簡単にフランジ部１２に取り付けることができるとともに、すでに説明したガスシール装置１０と同一の作用効果を奏する。

次に、この発明のガスシール装置のさらに他の一実施の形態について、図３により説明する。
このガスシール装置１０Ｂでは、シール材１１の摺動部１１bに柔軟性を付与するようにしたもので、摺動部１１bの外周部に溝部１９を形成してあり、例えば円錐状の中心軸方向と平行に複数本形成してある。

これにより、シール材１１の摺動部１１ｂの柔軟性が溝部１９により肉厚が薄くなった分だけ増大し、熱膨張・収縮にスムーズに追従しながらシール性を確保することができる。

なお、他の構成は、すでに説明したガスシール装置１０，１０Ａと同一である。
このようなガスシール装置１０Ｂによっても、すでに説明したガスシール装置１０，１０Ａと同一の作用効果を奏する。

この発明のガスシール装置をジェットエンジンの高温ガスのフランジ部に適用した一実施の形態にかかる概略縦断面図である。 この発明のガスシール装置をジェットエンジンの高温ガスのフランジ部に適用した一実施の形態にかかる分解状態の概略斜視図である。 この発明のガスシール装置をジェットエンジンの高温ガスのフランジ部に適用した他の一実施の形態にかかる部分正面図および部分側面図である。 この発明のガスシール装置が適用されるジェットエンジンの１部分の概略断面図である。 従来のガスシール装置の概略断面図である。 従来のガスシール装置の概略断面図である。

符号の説明

１０ ガスシール装置
１１ シール材
１１ａ 薄肉円筒部
１１ｂ 摺動部
１１ｃ 固定リング
１２ フランジ部
１３ シール材取付部
１４ 押えリング
１５ 傾斜シール面
１６ 耐摩耗性表面処理部
１７ 合わせ溝
１８ 押え突起
１９ 溝部

Claims (4)

1. 熱膨張・収縮による相対移動可能な１対のフランジ部のガスシール装置であって、
   前記１対のフランジ部のいずれか一方にシール材の一端部を固定し、前記１対のフランジ部のいずれか他方に前記熱膨張・収縮による移動方向に交差する傾斜シール面を設けるとともに、当該シール材の他端部に前記傾斜シール面に沿って摺動する摺動部を設けたことを特徴とするガスシール装置。
2. 前記１対のフランジ部を、ジェットエンジンの高温ガスのフランジ部とし、前記シール材を薄肉円筒状に形成するとともに、この先端部に円錐形状の前記摺動部を形成したことを特徴とする請求項1記載のガスシール装置。
3. 前記傾斜シール面および／または前記摺動部に耐摩耗性表面処理部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のガスシール装置。
4. 前記シール材の前記摺動部の外周に柔軟性を付与する溝部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスシール装置。
   
   

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