JP6333950B2 - 密封要素を固定するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にターボ機械に形成される装着口（スロット）等の凹部における密封要素を固定するための装置及び方法であって、少なくとも１つの密封要素（シーリング）を備えた少なくとも１つの密封支持要素を有する装置に関する。さらに、本発明はその装置を製造する方法に関する。

これらの密封要素あるいはシステムは、ターボ機械のコンプレッサー及びタービン部品のいわゆる空隙サポートシステムに特に用いられる。このように用いられる場合、この種の密封システムは、ターボ機械のハウジング又はケース等の固定部品とブレード等の回転部品との密封ギャップを最小限に保つ役割をしており、これによって効率が高く安定した作業性能が保証される。上述の密封システムでは、いわゆるブラシシール又はラビリンスシールが用いられる。この場合は、例えばブラシシール用の装着板を固定するために、通常アンダーカットを有する凹部又は装着口が部品ごとに必要となる。使用されるハウジング板はこれらのアンダーカットを有する装着口にくさび止めされ、装着口に合わせて変形することにより所定の場所に固定される。くさびワイヤーが、通常Ｕ字型の装着口でラビリンスシールを保護するために使われる。しかし、凹部における密封要素を固定するための既知の装置及び方法には、装置の構成が非常に複雑で設置に長時間を要するという問題がある。加えて、上述のくさびワイヤー等の追加部品が必要となる。

本発明の目的は、密封要素設置の確実な簡素化及び迅速化に向けた、凹部における密封要素の固定のための装置及び方法を提供することである。本発明のもう一つの目的は、装置の一般型を寸法的に正確且つ費用対効果の高い方法で製造する製造方法を提供することである。

上記の本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を有する装置、請求項１３に記載の特徴を有する固定する方法、及び請求項１４に記載の特徴を有する製造方法により達成される。本発明の有効な実施例は従属項にそれぞれ記載されており、装置の有効な実施例は固定方法の有効な実施例として、また固定方法の有利な実施例は装置の有効な実施例として考えることができる。

本発明の装置は、特にターボ機械に形成される装着口等の凹部に密封要素を固定するための装置であり、少なくとも１つの密封要素を備えた少なくとも１つの密封支持要素を有する。この場合、少なくとも１つの固定片が密封支持要素とそれに付随する締付片との間に配置される。固定片は、力を加えることによって破断することができる支柱ウェブ状の接続により密封支持要素及び締付片と統一的に係合することができる。密封要素を固定するための本発明の装置の構成により、密封要素設置の簡素化及び迅速化が図られ、構造が複雑なアンダーカットを有する溝又はスロット、及び追加の締結要素が不要になる。理由は、くさびが打たれた状態の固定片が、本発明の装置と凹部の間又は凹部の側壁の間の摩擦力による係合を可能とするからである。よって、本発明の装置の有効な実施例では、固定片と密封支持要素との間及び締付片と固定片との間の接続が破断されると、固定片、密封支持要素、締付片と凹部の側壁との間で摩擦力による接合が生じるように固定片が構成されている。このようにして、摩擦力による接合により、装着口又は凹部に本発明の装置が確実に留め付けられる。さらに、本発明の装置の固定は、固定片の簡素なくさび打ち及びそれによる摩擦力による係合により可能となる。

本発明の装置のさらなる効果的な態様において、密封支持要素は密封要素を取り入れるためのハウジングとして形成される。この場合に密封要素は、ブラシシールとして形成してもよい。さらに、密封支持要素は密封要素の基部要素として構成することが可能であり、その場合に密封要素は対応のラビリンスフィンを有するラビリンスシールとなる。

本発明の装置のさらなる効果的な態様において、支柱ウェブ状の接続が、密封支持要素とその向かい側に位置する対応の締付片により形成されるように構成され、さらに凹部又は装着口の方向に角度を成すように突出している。上述の摩擦力による接合のためのくさび打ち及び固定片の支柱ウェブ状接続からの破断の後には、斜めに配置された接続支柱ウェブが、その配置及び形態により、その後の機械的締付の際に固定片の後退を防ぐ。これによって凹部における密封要素の安全な留め付けが保証される。

本発明の装置のさらなる効果的な態様において、密封支持要素とその向かい側に位置する締付片との間に固定片を取り入れるための空間が形成され、この空間は凹部の方向に向かって先細っている。対応する形状の固定片をその空間にくさび止めすることによって、密封支持要素と締付片は互いに間を広げる方向に移動し、凹部に固定される。この場合、凹部の方向を向いた固定片の端部と凹部の基部との間に自由空間を形成することができる。固定片の端部と凹部の基部との間の距離は、本発明の装置の個々の要素間の摩擦力による係合合の大きさを事前に定めるために用いることができる。

本発明の装置のさらなる効果的な態様において、固定片は凹部の方向に向かって先細るよう構成されている。この場合、固定片をくさび又は円錐台の形状に構成することができる。この固定片の形状により、密封支持要素とその向かい側の締付片の間に形成された空間では、固定片を支柱ウェブ状接続から破断し、凹部の方向にくさび止めした後で、上述の要素が摩擦力で安全に係合合される。固定片には他の形状を採用することも可能である。固定片の形状は、常に密封支持要素とその向かい側の締付片の間に形成された空間とに適合したものでなければならない。固定片と密封支持要素との間及び固定片と締付片との間の接続を破断した後に、固定片、密封支持要素、締付片、及び凹部の側壁部が摩擦力で係合されているかが特に重要となる。

本発明の装置のさらなる効果的な態様においては、固定片、密封支持要素、締付片、及び支柱ウェブ状接続が一体的に形成される。本発明の装置の一体的又は統一的な製造は、特に生成的又は付加的製造法（generativen Herstellungsverfahren）によって行われる。固定片、密封支持要素、締付片、支柱ウェブ状接続、ラビリンスシールとして形成される密封要素も一体的に製造することができる。さらに、本発明の装置の統合的な製造は、付加的製造法によって行うことができる。

本発明は、特にターボ機械に形成される装着口等の凹部における密封要素を固定するために上述の装置を使用する方法であって、
ａ）凹部に装置を導入する工程と
ｂ）固定片と密封支持要素との接続及び締付片と固定片との接続が破断されるように、凹部の方向に固定片に対して力を加える工程と、
ｃ）固定片、密封支持要素、締付片、及び凹部の側壁が摩擦力で係合されるまで固定片にさらに力を加える工程と
を備える方法に関する。

この方法により密封要素を対応の凹部に設置する際に、設置の迅速化及び簡素化が保証される。追加の締結要素も、特殊で複雑な構成を有する凹部も不要であるという優位性がある。

さらに本発明は、上述の通り、本発明の装置の製造法にも関する。この場合に本発明の装置は、付加的製造法（generativen Herstellungsverfahren）により製造される。付加的製造法としては、選択的レーザー融解法又は選択的レーザー焼結法の採用が可能である。また、その他の付加的製造法も採用が可能である。付加的製造法の採用により、密封要素を固定するための本発明の装置を高い費用対効果且つ正確な寸法で製造することができる。

本発明の装置の第１実施例の概略断面図である。 本発明の装置の第２実施例の概略断面図である。

密封要素を保護するための第１の実施例において、図１が示す装置１０は、密封支持要素１８と、固定片２０と、密封支持要素１８に対応する締付片２２とを備える。この場合に固定片２０は、支柱ウェブ状接続（stegartiger Verbindung）２４により密封支持要素１８と締付片２２との間に固定される。本実施例において、密封支持要素１８はブラシシールを収容するハウジングとして形成される。この場合にブラシシールとして構成される密封要素１２は、概略的に示されている複数のブリストル３０を備える。ブリストル３０は、締付リング及びブラシシールの芯から構成される部材３２を捲回している。ブラシシール又は部材３２の分厚い端部は、ハウジングとして形成される密封支持要素１８の内部に装着され、その内部にはブラシシールがハウジングで確実に固定されるようにハウジングの内壁が形成されている。ブラシシールの構造は、既知のブラシシールの構造と同じである。

装置１０は凹部１６に配置される。本実施例において、凹部１６はターボ機械の部品３４に形成される装着口である。ターボ機械としては、蒸気タービン、ガスタービン、又は航空機のエンジン、特に航空機のエンジンのタービン又はコンプレッサー等がある。

さらに、本実施例では、固定片２０がくさびの形状を有し、凹部１６又は凹部１６の基部２８に向かって先細っていることが分かる。これは、密封支持要素１８とその向かい側の締付片２２の間に形成された固定片２０を受け入れる空間についても同じで、凹部１６の方向に向かって先細るように形成されている。固定片２０を凹部１６又は凹部１６の基部２８に向かってくさびを押し込むように適切な力を加える（図示せず）と、固定片２０を支柱ウェブ状接続２４から破断させることができる。固定片２０と密封支持要素の接続及び固定片２０と締付片２２の接続が破断すると、固定片２０、密封支持要素１８、締付片２２、及び凹部１６の側壁が摩擦力により係合する。固定片２０は、密封支持要素１８と締付片２２を凹部１６の側壁に対して押し当て、装置１０を凹部１６内で固定する。支柱ウェブ状接続２４は密封支持要素１８とその向かい側の締付片２２で突出し、その際に凹部１６又は凹部１６の基部２８に向かって角を成すように形成されている。支柱ウェブ状接続２４の破断後に固定片２０が凹部１６から滑り出すことがないのは、支柱ウェブ状接続２４が斜めの配置になっているからである。

さらに、空間２６が凹部１６の基部２８に面する固定片２０の端部３８と凹部１６の基部２８の間に形成されていることが明らかである。それにより装着口１６の方向における固定片２０のくさび止めは可能であり、なおかつそのくさび止めは端部３８と基部２８の間の距離によって制限される。

固定片２０、密封支持要素１８、締付片２２、及び支柱ウェブ状接続２４は一体に形成される。装置１０の構成により、ブラシシールのハウジングを凹部１６に設置する前にブラシシールをハウジングに挿入することが可能となる。

図２は、装置１０の第２の実施例の概略断面図を示す。ここで密封要素１４は、ラビリンスフィン３６を有するラビリンスシールとして形成される。密封支持要素１８は、密封要素１４すなわちラビリンスシールの基部要素を構成する。ラビリンスフィン３６の先端は、角度をもって曲げて形成することもできる（点線を参照）。第２の実施例において、固定片２０は密封支持要素１８とそれに対応する締付片２２の間に配置される。続いて固定片２０は、力を加えることで破断される支柱ウェブ状接続２４を介して密封支持要素１８及び締付片２２に一体的に接合される。図１が示す第１の実施例とは異なり、第２の実施例では、固定片２０、密封支持要素１８、締付片２２、支柱ウェブ状接続２４だけでなく、ラビリンスシールとして形成される密封要素１４も統一的に製造される、すなわち一体的に形成される。その他の機能については、図１が示す第１の実施例を参照されたい。

図１及び図２が示す装置１０は、付加的製造法（generativen Herstellungsverfahren）、特に選択的レーザー融解法又は選択的レーザー焼結法により製造される。この場合、２段階プロセスが繰り返されるのが好ましく、２段階プロセスの第１の工程で一様な粉体層が設置される。第２の工程では、粉体層の粉体が選択的に溶接され、三次元ＣＡＤのパターンから製造された層である基礎の上で固体化される。この２段階プロセスを繰り返すことによって、装置１０は層ごとに連続的に製造される。この場合、第１の工程において供給される粉体は、金属、金属合金、セラミックス又はプラスチックから構成される。他の付加的製造法も採用が可能である。付加的製造法の採用により、特にブラシシールのハウジングの構成及び／又はラビリンスシールのフィンの形状等、装置全体及び密封支持要素１８の構成に係る形状選択において自由度が効果的に向上する。さらに、装置１０の個別の要素の材料の厚さを変えることもできる。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの密封要素（１２、１４）を備えた少なくとも１つの密封支持要素（１８）を有し、ターボ機械に形成された装着口である凹部（１６）に当該密封要素（１２、１４）を固定するための装置であって、
   少なくとも１つの固定片（２０）が前記密封支持要素（１８）と前記密封支持要素（１８）に付随する締付片（２２）との間に配置され、前記固定片（２０）は力を加えることによって破断することが可能な支柱ウェブ状接続（２４）により前記密封支持要素（１８）及び前記締付片（２２）と統一的に係合されることが可能である
   ことを特徴とする装置。
2. 前記固定片（２０）と前記密封支持要素（１８）の間及び前記締付片（２２）と前記固定片（２０）の間の接続が破断された場合に、前記固定片（２０）、前記密封支持要素（１８）、前記締付片（２２）、及び前記凹部（１６）の側壁が摩擦力によって係合されるように前記固定片（２０）が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記密封支持要素（１８）は、前記密封要素（１２）を取り込むためのハウジングとして形成される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記密封要素（１２）は、ブラシシールとして形成される、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記密封支持要素（１８）は前記密封要素（１４）の基部要素として構成され、前記密封要素（１４）はラビリンスシールである、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記密封支持要素（１８）及び対抗する側の前記締付片（２２）から突出する前記支柱ウェブ状接続（２４）は、前記凹部（１６）に向かって角度をなすように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の装置。
7. 前記密封支持要素（１８）と対向する側の前記締付片（２２）との間に形成される空間は、前記固定片（２０）を取り込むために前記凹部（１６）の方向に向かって先細るように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の装置。
8. 前記固定片（２０）の前記凹部（１６）の方向を向いた端部（３８）と前記凹部（１６）の基部（２８）との間に自由区間（２６）が形成される、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の装置。
9. 前記固定片（２０）は、前記凹部（１６）の方向に先細るよう構成される、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の装置。
10. 前記固定片（２０）は、くさび又は円錐台の形状に構成される、ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記固定片（２０）、前記密封支持要素（１８）、前記締付片（２２）、及び前記支柱ウェブ状接続（２４）は一体的に形成される、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１つに記載の装置。
12. 前記固定片（２０）、前記密封支持要素（１８）、前記締付片（２２）、前記支柱ウェブ状接続（２４）、及びラビリンスシールとして構成される前記密封要素（１４）は一体的に形成される、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか１つに記載の装置（１０）を用いて、ターボ機械に形成された装着口である凹部（１６）における密封要素（１２、１４）を固定する方法であって、
    ａ）前記凹部（１６）に前記（１０）を導入する工程と、
    ｂ）前記固定片（２０）と前記密封支持要素（１８）との間、及び前記締付片（２２）と前記固定片（２０）との間の接続が破断されるように、前記凹部（１６）の方向に前記固定片（２０）に対して力を加える工程と、
    ｃ）前記固定片（２０）、前記密封支持要素（１８）、前記締付片（２２）、及び前記凹部（１６）の側壁が摩擦力で係合されるまで、さらに前記固定片（２０）に力を加える工程と、
    からなることを特徴とする
    方法。
14. 請求項１乃至１２の何れか１つに記載の装置（１０）を製造する方法であって、前記装置（１０）は付加的製造法（generativen Herstellungsverfahren）により製造される、ことを特徴とする方法。
15. 前記付加的製造法は、選択的レーザー融解法又は選択的レーザー焼結法である、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。

Images