CN1584298A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

一种密封装置，包括截面呈U形、在弯曲状弹性部的两侧具有有第1侧部和第2侧部的2个密封部，具有将该密封部的第2侧部对称地进行对合形成W形的密封体，将密封体的两个第2侧部的端部进行结合，并在两个第1侧部的外侧面具有密封面。本发明不管被密封流体所具有的条件如何，都能始终使密封装置的密封面与安装槽的侧面密接。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及密封装置，尤其是涉及设置在因外力或热变形而使安装空间发生变化的安装部的密封装置。

背景技术

本发明的相关技术1揭示于U.S.Pat.No.6,237,921号。其密封环设于燃气涡轮发动机内。并且，也揭示了与U.S.Pat.No.5,716,052号类似的技术的密封环。该密封环截面形成为U形。在涡轮发动机的燃烧气体流动的附近，密封环安装在因高温燃烧气体引起的热应力或压缩气体引起的压力或振动力使密封环的密封部发生弹性变形的部位。另外，还已知有安装在涡轮发动机、原子能设备等的高温、高压部位的、截面为E形的密封环。

图10表示上述相关技术1的密封环。图10中，密封环120是截面为U形的环体。另外，该U形的密封环120的两端形成倒弯曲部132、132。而且，密封环120是由内环122和外环126构成的双层。另外，内环122的内周形成槽134。

密封环120是为了对燃气涡轮的高压涡轮喷嘴110进行密封而安装的。在高压涡轮喷嘴110中设有多个喷嘴叶片112。该喷嘴叶片112一体地安装在配置于支承凸缘118上的径向内侧带116上。为了将高压涡轮喷嘴110的内侧带116相对于支承凸缘118进行密封接合，在内侧带116与支承凸缘118之间安装有密封环120。

高压涡轮喷嘴110，使从设置在未图示的上游的燃烧室送来的高温燃烧气体114借助喷嘴叶片112边旋转边加速。因此，内侧带116和支承凸缘118随着加热而发生热变形。安装在发生热变形的内侧带116和支承凸缘118之间的密封环120通过内侧带116和支承凸缘118的热变形而朝轴向弹性变形。此时，密封环120，其U形的弯曲中心的接点125由支承凸缘118支承。同时，密封环120，倒弯曲部132、132与内侧带116和支承凸缘118接触，同时在倒弯曲部132、132的轴向之间设有3处槽134、134、134。因此，密封环120的密封面132A、132B难以在弹性变形的广的范围内得到均匀的接触力。

另外，是将外周环126嵌入内周环122的外周的双层，尽管未图示，连接相关技术1中记载的环状体的两端的连接部的密封能力下降。而且，截面为U形的开口侧的3个槽134、134、134中的内周侧大的1个槽134和该槽134的两侧的小的2个槽134的开口侧呈相互反向。因此，比如，存在从一方承受流体的压力的场合不能发挥密封效果的缺点。而且，密封环120的两方的开口端形成倒弯曲部132、132，故整体的弯曲加工变得困难，加工成本上升。

图11是截面为E形的密封环200。U.S.Pat.No.4,121,843号揭示了与该密封环200相类似的相关技术2。该密封环200是将截面为钓鱼钩形的2个环状密封部201、202利用一端部的中间部205进行结合的形状。在各环状密封部201、202的结合间设有中间槽210。在各环状密封部201、202设有截面形成为半圆形的第1弹性部201B和第2弹性部202B，在该半圆形的各第1及第2弹性部201B、202B的端部侧形成与安装构件接合的第1密封面201A和第2密封面202A。该密封环200，从中间部205至各第1密封面201A及第2密封面202A为止的距离为L2。

该密封环200，其第1弹性部201B和第2弹性部202B形成为半圆形，当第1密封面201A及第2密封面202A相互受到作用力，则由于第1弹性部201B和第2弹性部202B的弹性变形小，故中间部205发生弹性变形以使中间槽210减小。但是，因设有中间槽210，故中间部205的弹性变形力难以始终以均匀的力对第1密封面201A和第2密封面202A进行按压。而且，中间槽210的宽度为0尺寸，第1弹性部201B与第2弹性部202B接触后，第1弹性部201B与第2弹性部202B弹性位移，故负荷相对于该弹性位移急剧增加。因此，该密封环200在安装密封环200的安装槽发生位移的场合不太好。另外，在将该密封环200进行弯曲加工的场合，不得不弯曲加工成E型，故存在加工成本上升的缺点。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而作成的，目前，与该问题相关的技术开发正在进行。因此，本发明所需解决的课题是，即使因流体压力、热应力等的外力使安装密封装置的安装槽的宽度发生位移的场合，也能在大的位移范围内发挥密封能力。并且，结构简单，能降低加工成本。而且，密封装置的安装容易，能降低组装成本。

本发明是为了解决以上技术课题而作成的，其技术解决手段如以下那样地构成。

本发明的密封装置，包括：截面呈U形、在弯曲状弹性部的两侧具有第1侧部和第2侧部的第1密封部；具有与所述第1密封部相同形状的第1侧部和第2侧部的第2密封部；以及将所述第1密封部的第2侧部与所述第2密封部的第2侧部的两端部进行结合使所述第1密封部的第2侧部与所述第2密封部的第2侧部并列接触的结合部，在所述第1密封部的第1侧部的端部侧外侧面具有第1密封面，在所述第2密封部的第1侧部的端部侧外侧面具有第2密封面。

本发明的密封装置1，截面呈W形，各密封面设置在各第1侧部的端部的外侧面。在各第2侧部的端部设有将2个密封部进行结合的结合部。因此，当由受到热变形等的外力的安装槽的两侧面对各密封面相互按压时，则整体以结合部为支点可进行弹性变形。此时，各第2侧部的弹性部侧的接合面发生弹性变形以使相互分离。通过该作用，密封面即使根据安装槽的宽度的位移而发生大的位移，也能使密封面的面压力大致相同，从而发挥密封能力。因此，即使各密封面的位移范围位移大，也能发挥密封效果。

而且，密封部以结合部为支点弯曲成U形，故从结合部至密封面的长度整体变长，即使各密封部的第2侧部的长度小，密封面的面压方向的位移也能在大的范围内位移。因此，各密封面相对于热变形、压力变形、振动变形等能发挥密封能力。而且，密封装置，可由第1侧部和第2侧部的长度决定密封面的弹性位移，故可使整体小型。而且，各密封部可分体加工，加工变得容易，具有降低加工成本的效果。而且，密封装置整体形成为W形，即使形成安装槽的结构复杂，也具有安装容易的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的密封装置的剖视图。

图2是表示安装了本发明的密封装置的燃气涡轮发动机的局部剖视图。

图3是表示本发明的实施例2的密封装置的剖视图。

图4是表示图3的密封装置的立体图。

图5是表示本发明的实施例3的密封装置的剖视图。

图6是表示图5的密封装置的立体图。

图7是表示本发明的实施例4的密封装置的立体图。

图8是表示本发明的实施例5的密封装置的立体图。

图9是表示本发明的实施例1和实施例2的密封装置与比较例1的密封环的负荷-位移线图。

图10是表示作为本发明的第1相关技术例举的密封装置的立体图。

图11是表示作为本发明的第2相关技术例举的密封装置的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的各实施例的密封装置进行说明。以下进行说明的各附图是按照设计图的正确的图纸。

图1是本发明的较佳实施例1的密封装置。图1中，密封装置1的截面形成W形的密封体1A。该W形的密封体1A，其截面是将U形的2个第1密封部2和第2密封部3对称地相拥的形状。第1密封部2，在弯曲状的第1弹性部2B的两侧形成第1侧部2A和第2侧部2D。另外，第2密封部2也在弯曲状的第2弹性部3B的两侧形成第1侧部3A和第2侧部3D。第1密封部2的第2侧部2D与第2密封部3的第2侧部3D相拥接合的端部焊接形成结合部4。结合部4除了焊接以外还可如假想线所示那样用小螺钉8结合。而且，也可将未图示的截面U形的铆接构件从内周侧夹持在将第2侧部2D与第2侧部3D相互接合的内周端部上以将两端部进行接合。而且，也可使第2侧部3D的端部比第2侧部2D的端部长，将第2侧部3D的端部弯折成U形铆接固定在第2侧部2D的端部上。

下面，将第1密封面2A1设置在第1密封部2的第1侧部2A的外侧面上。将第2密封面3A1设置在第2密封部3的第1侧部3A的外侧面上。该第1密封面2A1和第2密封面3A1在轴向线Y上形成。轴线方向Y是密封体1A的第1弹性部2B和第2弹性部3B成为内径侧的场合。另一方面，在密封体1A的第1侧部2A或第2侧部3A成为内径的场合、Y线成为径向线。该轴向线Y与结合部4之间的位置配置成L1的尺寸。该尺寸L1可减小。另外，也可根据需要在结合部4的内周侧形成通过各密封面2A1、3A1的轴向线Y。在如此结构中，仅第2侧部2D的第1侧面2C与第2侧部3D的第2侧面3C接触，当从图1的假想线所示的第1侧部2A的第1密封面2A1和第1侧部3A的第2密封面3A1的状态，将密封体1A安装在安装槽50内，则如图1的实线所示，第1侧部2A的第1密封面2A1与第1侧部3A的第2密封面3A1发生位移，安装槽50的第1侧面52A与第2侧面51A密接。此时，仅结合部4结合的第1密封部2的第1侧面2C和第2密封部3的第2侧面3C从假想线的状态如实线所示的那样相互分离。

密封装置1如上所述安装在安装槽50内。安装槽50设置在承受燃气涡轮发动机、原子能设备等的高压及高温流体的作用之处。形成该安装槽50的一方的构件51上设有第2侧面51A和第2底面51B。在另一方的构件52上也设置第1侧面52A和第1底面52B。该一方的构件51与另一方的构件52，考虑到热变形等，相互的底面51B、52B做成可移动，安装槽50的宽度可位移。密封装置1安装在安装槽50内，第1密封面2A1与第1侧面52A密接。第2密封面3A1与第2侧面51A密接。当位移为安装槽50的两侧面51A、52A的宽度变窄，则一方的第1侧部2A与另一方的第1侧部3A以结合部4为支点进行弹性变形。此时，第1侧面2C与第2侧面3C朝相互分离的方向进行弹性变形。因此，第1密封面2A1与第2密封面3A1相对于安装槽50的第1侧面52A和第2侧面51A，一边保持大致同一面压力状态，一边可进行大的位移。其结果，密封装置1相对于安装槽50的两侧面51A、52A的位移发挥密封效果。另外，密封装置1结构小型，故即使是流体通道的连接部的狭窄的安装槽也可容易地进行安装。

图2是燃气涡轮发动机的局部剖视图。图2中，安装在旋转轴60上的旋转盘61上设有叶片62。另外，在流体通道55内设有其他叶片71。从未图示的燃烧室送来的高温气体D通过叶片62、71边旋转边加速。如此结构中，为了将形成流体通道55的各连接部进行密封，在连接部的安装槽50内安装有密封装置1。安装密封装置1的安装槽50设置在成为板框的一方的构件51与另一方的构件52之间。该一方的构件51与另一方的构件52构成为，当受到热变形和振动力时连结部的安装槽50可变形。该流体通道55中，设有3处隔开连接部的间隙的密封装置1。该密封装置1是图1所示的结构。因此，如图1所作的说明，即使一方的构件51与另一方的构件52相互位移，也可在大的位移范围内可靠地对高温气体D进行密封。

图1是在密封体1A的内周设有2个受压槽和结合部4的一个实施例。相比之下，尽管未图示，即使将密封装置1的2个受压槽与结合部4安装在外周侧形成环状也是同样的发明，能得到相同的效果。而且，在将密封体1A安装在直线上的安装槽50内的场合，可做成直线状的密封体1A。本发明的密封装置1根据安装槽50的形状形成环状、直线状、曲线状等。该密封装置1是镍基合金材料制。作为其具体例，是76％Ni-16％Cr-8％Fe合金的因科内尔镍铬耐热耐腐蚀合金。该因科内尔镍铬耐热耐腐蚀合金加工性好，可进行热加工、冷加工，而且耐腐蚀性好。

图3和图4是表示本发明的实施例2的密封装置1。图3是该密封装置1的剖视图。图4是图3的立体图。图3及图4中，第1密封部2的第2侧部2D与第2密封部3的第2侧部3D之间配置支承部10，在支承部10上将各侧部2D、3D的端部进行焊接形成结合部4。该第1密封部2和第2密封部3的形状是与图1的密封体1A大致相同的形状。该密封装置1的材质全部是因科内尔镍铬耐热耐腐蚀合金。

如图4所示，支承部10形成为环状平板的本体10H。该本体10H的外周形成沿周部交替弯曲的接合部10A、10B。该本体10H的内周形成沿周部交替弯曲的接合部10C、10D。该各接合部10A、10B、10C、10D与安装槽50的各安装面接合以保持密封装置1的第1侧部2A和第2侧部3A的各密封面正确地与安装槽50的各侧面51A、52A密接。图3的密封装置1中，其他结构与图1所示的密封装置1大致相同。

图5和图6是表示本发明的实施例3的密封装置1。该密封装置1，其支承部10形成为平板。将支承部10的端部、一方侧的第1密封部2的第2侧部2D的端部、另一方侧的第2密封部3的第2侧部3D的端部进行焊接形成结合部4。如图6所示，在支承部10的另一方侧沿周面等间隔形成多个孔11。设有该孔11的支承部10被压接在安装底面53B、54B上使密封体1A得到保持。同时，第1密封面2A1与第2密封面3A1与安装槽50的侧面密接进行密封。该第1密封面2A1和第2密封面3A1通过支承部10被保持成不移动，故能稳定地与安装槽50的侧面密接。该第1密封部2的第1侧部2A与第2侧部2D之间的受压槽、以及第2密封部3的第1侧部3A与第2侧部3D之间的受压槽朝被密封流体侧开口。图5的密封装置1中，其他结构与图1所示的密封装置1大致相同。

图7是本发明的实施例4的密封装置1。该密封装置1能形成直线状体或环状体。为了使整体的长度可伸缩，将整体的长度做成可分割为2等分、3等分。该密封装置1的分割密封装置1B，可通过热膨胀等的力使密封装置1的整体进行伸缩。另外，因为在燃气涡轮发动机中安装槽50复杂，故密封装置1在该安装困难的场合是有用的。

该密封装置1与图1的结构相同。将图1所示的密封装置1分割成2等分。将第1接头部5的密接面5A与该一方的第2分割密封装置1B的第2密封部3的第2嵌接槽3R以嵌接状态嵌合。未图示的与图7相同形状的另一方的第1分割密封装置1B的第1嵌接槽2R中也嵌接有与第1接头部5相同形状的第2接头部5的密接面5A。将如此的第1分割密封装置1B与第2分割密封装置1B通过各接头部5进行结合。该结合后的密封装置1，即使安装在受热膨胀的安装槽50内，各密封面与图1的密封装置1相同，第1密封面2A1和第2密封面3A1与热变形对应地进行位移，将被密封流体进行密封。同时，密封装置1的长度方向的位移通过各接头部5、5的密接面5A的滑动来吸收。该各分割密封装置1B、1B的各接头部5、5的组合结合从哪个方向都可结合，没有方向性，因而只要事先制作大量相同的分割密封装置1B…，就可连接成所需的长度。

图8是本发明的实施例5的密封装置1。该密封装置1具有与图7的密封装置1相同的功能。图8的密封装置1中，形成与图1相同的密封体1A。而且，以与该密封体1A相同长度形成与该第1密封体1A的第1嵌接槽2R嵌合的截面U形的第1接头密封部7。而且，形成与第2嵌接槽3R嵌接的截面U形的第2接头密封部6。将与第1嵌接槽2R嵌合的第1接头密封部7和与第2嵌接槽3R嵌合的第2接头密封部6相互从各嵌接槽2R、3R向相反方向突出相同长度。

事先制作多个如此形成的分割密封装置1C，将各嵌接槽2R、3R与突出的各接头密封部6、7相互连接。该各嵌接槽2R、3R与各接头密封部6、7的各密接面6A、7A做成层状，以密接状态嵌合。只要事先制作许多个该分割密封装置1C，分割密封装置1C的端部接合时没有方向性，不管从哪个端部都可相互连接，可将分割密封装置1C接合成所需的长度。分割密封装置1C的结合部可与热应力等对应地伸缩，故用于安装槽50进行位移之处可发挥密封效果。

图9是利用有限元素法(FEM)为将本发明的图1所示的密封装置1的板厚改变成2种的实施例1和实施例2的密封装置1、作为与其相对的比较例1的图11所示的密封环200朝两密封面间方向压缩的状态的变化做成负荷-位移线图所进行解析的结果。进而利用有限元素法对其他比较例1进行解析，即使是具有将图11的L2做成0的中间槽210的截面E形的密封环也成为与图11的密封环200相同的结果。图9中的符号40的线图是实施例1。对于图1的密封装置1的第1密封部2和第2密封部3的板厚形成为0.3mm的结构进行了负荷-位移线图解析。该实施例1的线图相对于位移(mm)量的大小，负荷(kgf/circ.cm)不会变得较大。即，相对于密封装置1的各密封面2A1、3A1的位移量，将面压做成大致一定，可发挥密封效果。另外，由于回弹量的范围增大，故可提高相对于安装槽50的侧面的相对位移的密封能力。图9中的符号A是回弹量(范围)。

下面，图9中所示的符号41的线图是实施例2。实施例2的密封装置1的第1密封部2和第2密封部3的板厚形成为0.4mm。对于该密封装置1利用有限元素法进行了负荷-位移线图解析。实施例2的线图与比较例1的图11的密封环200的负荷-位移线图相比较，负荷(kgf/circ.cm)相对于位移mm量的大小并没有怎么增大。从该负荷-位移线图清楚地可见，与其他传统技术的密封环相比具有优良的密封效果。即，将各密封面2A1、3A1的面压做成大致一定，与广范围的位移对应，长期发挥密封效果。另外，即使对第1密封部2及第2密封部3作用负荷，也能认为在长期没有塑性变形。尤其是实施例1及实施例2，都能在第1密封部2和第2密封部3的板厚做薄的场合发挥密封效果，故可做成小型的密封装置1。而图9的符号B是回弹量(范围)。

图9中所示的符号42是将作为比较例1的图11所示的密封环200的两个密封面间进行压缩，利用有限元素法对其负荷-位移线图进行解析得到的。该密封环200为图11所示的形状，但也可认为表示与U.S.Pat.No.6,237,921号记载的图4所示的密封环(符号38)同样的负荷-位移线图。该负荷-位移线图中，位移至大约0.4mm为止以某种程度的倾斜角度上升，当超过了该0.4mm的位移后以陡峭的倾斜角度上升。这是因为，比较例1的密封环，弹性部205设有中间槽210并被弯曲，故密封面201A、202A相对于安装槽的侧面的位移不能得到均匀的密封能力的缘故。另外，该比较例1中，负荷-位移线图的重复负荷引起的应力集中的弯曲部出现塑性变形。为此，发现密封能力下降。图9的符号C是回弹量(范围)。

本发明的密封装置1，安装在高温、高压流体进行作用的安装槽50内，发挥密封能力，且发挥耐久能力。而且，可将密封装置1的形状做成简单的结构，故即使是复杂的安装槽50的结构，也能容易地安装密封装置1，降低安装作业的成本。而且，安装槽50如图2所示，即使构件的结合间隙是粗糙的结构，通过该密封装置1也能可靠地进行密封。另外，因为密封装置1是由第1密封部2和第2密封部3分体加工组合而成的简单的结构，故可降低密封装置1的加工成本。

下面对本发明的其他实施例的发明进行说明。

本发明的第2发明的实施例的密封装置，是使密封部的弹性部处于径向的内周或外周并形成环状。

该第2发明的密封装置，两个密封部的结构形成为W形，故可将第1侧部和第2侧部之间的受压槽的开口朝向被密封流体作用的方向形成。因此，不管被密封流体从密封装置的径向的外侧或内侧的哪个方向进行作用的安装槽的结构，都具有可安装密封装置的效果。

本发明的第3发明的实施例的密封装置，各第1侧部的端部延伸至穿过结合部的密封体1A的径向线或轴向线附近。

该第3发明的密封装置，第2侧部形成为与第1侧部大致同一长度，故具有可使发挥密封效果的密封面的接触宽度减小的效果。而且，可使密封面的面压方向的位移增大。因此，在安装槽的宽度发生很大位移的装置结构中，具有可使带来密封装置的密封效果的位移范围增大的效果。

本发明的第4发明的实施例的密封装置，结合部通过将各第2侧部的端部利用焊接或截面U形的铆接构件进行结合形成。

该第4发明的密封装置，若将结合第2侧部的结合部利用焊接或铆接进行结合，则不管各密封部的加工是薄壁板、还是厚壁板，都可进行加工制作。因此，具有适用于密封装置的设计范围增大的效果。

本发明的第5发明的实施例的密封装置，两密封部由镍基合金材料构成。

该第5发明的密封装置，各密封部由镍基合金材料构成，故镍基合金可选择高温强度和耐腐蚀性优良的析出硬化型Ni合金。因此，可进一步期待高温(约700℃)下的蠕变强度好、而且焊接性好、不易引起龟裂的效果。

本发明的第6发明的实施例的密封装置，在两个密封部具有支承部，且支承部被保持在安装槽的结构构件上。

该第6发明的密封装置，在两密封部间一体地设有支承部，故无论安装槽的结构如何都能正确地进行保持。因此，密封面能与安装槽的侧面正确地密接，可发挥密封效果。

以上对本发明的特定的实施例进行了叙述，但这些实施形态的说明并没有包罗本发明的全部，或本发明并不局限于所揭示的形态。从记载例可见从该实施例可进行各种变更和修正。本发明的技术范围由权利要求进行限定。

如上所述，本发明的密封装置，能有效地用于在对高温·高压流体进行密封的一般设备的连接部。尤其是适用于涡轮发动机、原子能设备等高温·高压流体进行作用而发生应力变形的安装槽。另外，作为能降低加工成本的密封装置也是有用的。

Claims (6)

1.一种密封装置，与形成安装槽的侧面进行密接以进行密封，其特征在于，包括：截面呈U形、在弯曲状弹性部的两侧具有第1侧部和第2侧部的第1密封部；具有与所述第1密封部大致相同形状的第1侧部和第2侧部的第2密封部；以及将所述第1密封部的第2侧部与所述第2密封部的第2侧部的两端部结合以使所述第1密封部的第2侧部与所述第2密封部的第2侧部并列接触的结合部，在所述第1密封部的第1侧部的端部侧外侧面具有第1密封面，在所述第2密封部的第1侧部的端部侧外侧面具有第2密封面。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封部的所述弹性部处于径向的内周或外周，并形成环状。

3.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述各第1侧部的端部延伸至穿过所述结合部的密封体(1A)的径向线或轴向线的附近。

4.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述结合部通过将两个第2侧部的端部进行焊接或利用截面为U形的铆接构件进行结合。

5.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述两密封部由镍基合金材料制成。

6.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，在所述两密封部间具有将所述两密封部保持在安装槽的结构构件上的支承部。

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