JP2005201445A - ターボマシンの高圧タービン用のシーリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低い全体透過性を有し、またシーリングされるべき表面の不連続部分および／または変形に適応できるシーリング装置を提供する。
【解決手段】シーリング装置が、複数の弾性ブリストルによって形成されたブラシガスケット１０を備え、各ブリストルは、屈曲部分１０ｃによって相互接続された主部分１０ａと第２部分１０ｂとを有し、第２部分１０ｂが、他の静止部分４のシーリングされるべき表面１６との間の漏れを防止する接触を確実にする自由端部１４を有している。シーリング装置は、さらに屈曲部分を有する可撓性ワッシャ１８を備え、可撓性ワッシャ１８は、ブラシガスケット１０のブリストルの第２部分１０ｂの自由端部と、シーリングされるべき表面１６との両方を押圧し、ブラシガスケット１０のブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４が、シーリングされるべき表面１６と永続的に接触する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばターボマシンの高圧タービン内のターボマシンの異なる空洞間の流れセクションを縮小するべく構成されたシーリング装置の一般分野に関する。

ターボマシンの高温部分において、シーリング装置は、ケーシングの一般的な相対移動によって生じ、また熱歪みから生じる、隙間内の相当な変化にさらされる。特に、高圧タービンのステータ段に関する場合のように、シーリングされるべきターボマシンの部分の１つが、区分されているときには、シーリング装置の押圧領域は不連続であり、また区分化されていないシーリングガスケットが非効率的になる。

ターボマシンの高温部分をシーリングするために、異なるタイプのガスケットが存在する。例えば、いわゆるブラシガスケットは、米国特許第４７８１３８８号、米国特許第５４８０１６２号、および米国特許第６１７０８３１号によって知られており、前記ガスケットは、例えば金属製である、複数のブリストル（ｂｒｉｓｔｌｅ）またはワイヤで構成されている。この複数のブリストルまたはワイヤは、クリンプ加工または溶接され、一端がハウジング内に保持され、他方の自由端部が、ターボマシンのシーリングされるべき部分の表面と接触している。そのため、このようなブラシ接合部分は、シーリング装置がさらされる隙間における変化に適応することができる。ブラシガスケットのブリストルは、その構造によって、シーリングされるべき部分の変形した、または不連続な表面に適応する。

シーリングされるべき領域の相対的な変位が小さい、静的適用の場合には、径方向または軸方向の配置を呈するブリストルを有するブラシガスケットを製造することが知られている。しかしながら、相対移動が大きい場合には、製造するブリストルを相当な長さにわたって撓ませることができるようになるため、米国特許第６０５９５２６号のように、ブラシガスケットのブリストルの屈曲される中間配置によることが可能であることが有利である。

しかしながら、ブラシガスケットは、静的適用に関してある欠点を有する。前記ガスケットを構成するブリストルの全体透過性（ｏｖｅｒａｌｌ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）が、達成すべき本当に効率的なシーリングを可能にするためには高すぎるのである。この考えは、ブリストルが、前記ブリストルがさらされる圧力差に応じて許容可能な機械特性を保持するために、直径が７５マイクロメートル（μｍ）よりも大きくなくてはならない金属製ブリストルに、特に当てはまる。

同様に、屈曲されたブラシガスケットは、完全に満足のゆくものではない。特に、その全体透過性は、シーリングされるべき領域の完全なシーリングを保証するには常に高すぎる。さらに、シーリングされるべき表面が、不連続部分および／または変形を呈する場合、特に、ターボマシンのシーリングされるべき領域の部分間における相対的な径方向および／または軸方向への移動のために、屈曲したブラシガスケットが、様々な幾何学的な粗さにぴったりと合わず、これにより、ブラシの下に大きな漏れ範囲が形成されてしまう。
米国特許第４７８１３８８号明細書 米国特許第５４８０１６２号明細書 米国特許第６１７０８３１号明細書 米国特許第６０５９５２６号明細書

したがって、本発明は、比較的低い全体透過性を有し、かつシーリングされるべき表面の不連続部分および／または変形に適応できる、シーリング装置を提供することにより、このような欠点の改善することを探求する。

この目的のために、本発明は、圧力の異なる２つの空間を分離するために、ターボマシンの２つの静止部分間をシーリングするためのシーリング装置を提供し、前記シーリング装置が、複数の弾性シーリングブリストルによって形成されたブラシガスケットを備え、該弾性シーリングブリストルは、少なくとも部分的に、前記静止部分のうち１つのハウジング内に保持され、各ブリストルは、屈曲部分によって相互接続された主部分と第２部分とを有し、ブリストルの前記主部分は、少なくとも部分的に、前記静止部分の１つの前記ハウジングに保持されており、ブリストルの前記第２部分それぞれが、他の静止部分のシーリングされるべき表面との間に漏れを防止する接触を確実にするために、前記ハウジングの外側へ突出したそれぞれの自由端部を有しており、前記密封装置が、屈曲部分を有する可撓性ワッシャをさらに備えており、該可撓性ワッシャは、少なくとも部分的に、ブラシガスケットのブリストルの主部分を覆い、ブラシガスケットのブリストルの第２部分の自由端部と、シーリングされるべき前記表面との両方を押圧する自由端部を有し、ブラシガスケットのブリストルの第２部分の前記自由端部が、シーリングされるべき前記表面と永続的に接触することを特徴とする。

ブラシガスケットの自由端部を押圧する可撓性ワッシャの部分によって、前記ブリストルの自由端部は、シーリングされるべき表面と接触した状態に永続的に維持されることが可能になる。さらに、シーリングされるべき表面を押圧するワッシャの部分によって、シーリング装置の全体としてのシーリングが増加される。さらに、前記ワッシャは可撓性であるため、シーリング装置が、シーリングされるべき表面の様々な幾何学的な粗さにわたってぴったりと合うように、静止部分間の相対的な径方向および／軸方向への移動を補正することが可能になる。

本発明の有利な特徴によれば、可撓性ワッシャは、実質的にオメガ（ω）形状の屈曲部分を有する。

本発明の別の有利な特徴によれば、ブラシガスケットのブリストルの第２部分の自由端部と、シーリングされるべき表面とを押圧する可撓性ワッシャの自由端部が、圧力が低い方の空間の側に配置される。

本発明のさらに別の有利な特徴によれば、シーリング装置は、静止部分のハウジング内にあるブラシガスケットのブリストルの主部分を保持するための保持リングをさらに含んでいる。

本発明のこれ以外の特徴および利点は、本発明の非限定的な実施形態を示す添付の図面を参照した、以下の説明から明白となる。

図１から図３は、本発明の実施形態を構成するシーリング装置を示す軸断面図である。これらの図面中で、参照符号２および４は、縦軸Ｘ−Ｘのターボマシンの第１の静止部分および第２の静止部分をそれぞれ示している。一例として、前記２つの静止部分２、４は、ターボマシンの高圧タービンにおける構成要素であってよい。「静止」という用語は、前記２つの部分が、静止しているが、それでもなお径方向および／または軸方向への相対移動にさられることができると考えられることを意味する。

シーリング装置６は、ターボマシンの第１の静止部分２のハウジング内に収納されている。あるいは、シーリング装置を、第２の静止部分４のハウジング内に配置することもできる。前記シーリング装置６によって、ターボマシンの２つの空間Ｐ１とＰ２との間の漏れ防止が確実になる、例えば、空間Ｐ２内の圧力は、空間Ｐ１内の圧力よりも低い。

特に、シーリング装置６は、複数のブリストルまたはワイヤで形成されたブラシガスケット１０で構成されている。ブリストルは、金属または複合繊維の巻き線からなることができる。前記ブリストルは、従来、例えば溶接により、軸Ｙの周りで各々のブリストルの一端１２で固定されている。各々のブリストルの他端１４は、自由端部であり、ターボマシンの第２の静止部分４のシーリングされるべき表面１６と漏れを防止して接触している。

より詳細には、この方法で製造されたブラシガスケット１０の各々のブリストルは、屈曲部分１０ｃによって相互に接続された、主部分１０ａと第２部分１０ｂとを呈している。主部分１０ａのブリストルは、少なくとも部分的に、ターボマシンの第１の静止部分２のハウジング８内に保持されており、また第２部分１０ｂのブリストルは、前記ハウジングから外方へ突出し、各ブリストルの自由端部１４で、前記ブリストルが、シーリングされるべき表面と漏れを防止する接触を確実にする。

本発明では、シーリング装置６は、さらに、金属製で、例えば湾曲部分を有する可撓性ワッシャ１８を含んでおり、可撓性ワッシャ１８分は、少なくとも部分的に、ブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａを覆い、この可撓性ワッシャは、ブラシガスケット１０のブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４と、およびシーリングされるべき表面１６とを押圧する自由端部２０を有する。

したがって、ワッシャ１８の自由端部２０によって、ブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４が、シーリングされるべき表面１６と永続的に接触することが確実にされる。さらに、ワッシャ１８の自由端部２０は、シーリングされるべき表面１６を押圧するので、前記自由端部によって、シーリング装置６の全体的なシーリングが増加する。

好ましくは、保持リング２２は、ブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａを、第１の静止部分２のハウジング８内に保持するように構成されている。前記保持リング２２は、第１の静止部分２のハウジング８の１つの壁に固定されている。Ｃ字型のフープ２４も設けることができ、このフープは、少なくとも部分的に、ブラシガスケット１０のブリストルの固定された端部１２を包囲し、前記フープは、保持リング２２によってハウジング８内に保持されている。

本発明の有利な特徴によれば、可撓性ワッシャ１８は、実質的にオメガ（ω）形状をした直角部分を有する。オメガ部分の第１のローブ２６が、少なくとも部分的に、ブラシガスケット１０のブリストルの固定された端部１２を包囲している。

第１のローブ２６は、ブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａの外縁とぴったりと合う部分２８ａを有する第１のアーム２８によって、ハウジング８の内側へ向かって延びている。シーリング装置６が、シーリングされるべき表面１６による軸方向の不連続部分と遭遇するときに、ブラシガスケット１０のブリストルによる特定量の軸方向の可撓性を可能にするために、ブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａと接触していない第１のアーム２８の別の部分２８ｂが、ブリストルの前記部分の背後に後方の間隙Ｊ１を残す。

第１のローブ２６は、やはりブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａの外縁とぴったりと合う部分３０ａを有する第２のアーム３０によって、ハウジング８の外側に向かって延びている。これに加え、ブリストルによる特定量の軸方向の可撓性をさらに可能にするために、第２のアーム３０の別の部分３０ｂは、ブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａと接触していない。

可撓性を有するオメガ形状のワッシャ１０は、第２のローブ３２を呈する。前記第２のローブ３２は、第１の静止部分２のハウジング８に固定された保持リング２２を径方向に押圧する。第２のローブ３２は、第２のアーム３０と接続される第３のアーム３４によって、ハウジング８の内側へ向かって延びている。第２のローブ３２は、ブラシガスケット１０のブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４と、シーリングされるべき表面１６とを押圧する自由端部２０を有する第４のアーム３６によって、ハウジング８の外部に向かって延びている。さらに、前記自由端部２０と第３のアーム３４との間には、前方の隙間Ｊ２が設けられている。

別の有利な特徴によれば、可撓性ワッシャ１８の前記自由端部２０（第４のアーム３６の自由端部でもある）が、より低い圧力を有する空間Ｐ２と並んで配置されている。

したがって、可撓性ワッシャ１８、より詳細には可撓性ワッシャ１８の自由端部２０によって、ブラシガスケット１０のブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４が、空間Ｐ１と空間Ｐ２との圧力差の影響で、空間Ｐ２に向かって径方向に撓むことが防止される。このようなブラシガスケットのブリストルの自由端部の径方向の撓みが生じると、ブラシガスケットのブリストルが、シーリングされるべき表面ともはや接触しないために、ブラシガスケットのブリストルは「離れる（ｕｎｓｔｕｃｋ）」ことになり、その結果、シーリング装置の全体透過性が増加する。

本発明のさらに別の有利な特徴によれば、ブラシガスケット１０のブリストルの屈曲部分１０ｃは、直角に角度付けされているため、ブラシガスケットのブリストルの第２部分１０ｂが、ブラシガスケットのブリストルの主部分１０ａに対してほぼ垂直に延びることができる。

さらに有利なことに、ブラシガスケット１０は、ブリストルの主部分１０ａが、ターボマシンの縦軸Ｘ−Ｘに対してほぼ垂直に延びるように、かつブリストルの第２部分１０ｂが、この同じ縦軸Ｘ−Ｘとほぼ平行に延びるように配置される。

以下に、本発明のシーリング装置の動作の簡単な説明を示すが、この動作は、上述した説明から論理的に生じたものである。

図１は、前記装置が自由状態にあるとき、すなわちターボマシンの第２の静止部分が適所に位置していないときのシーリング装置６を示している。この構成では、可撓性ワッシャ１８の自由端部２０は、ブラシガスケット１０のブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４を堅固に押圧している。さらに、ワッシャ１８の自由端部２０は、ブリストルの第２部分１０ｂの自由端部１４に対して軸方向にわずかに突出している。

ターボマシンの第２の静止部分４が、第１の静止部分２（図２中で、通常使用における構成）に対して軸方向に押圧されると、可撓性ワッシャ１８、特に可撓性ワッシャ１８の第４のアーム３６が、前方の隙間ｊ２’が、シーリング装置がその自由状態にある構成よりも小さくなるように、軸方向に変形する（Ｊ２’＜Ｊ２）。

同様に、ブラシガスケット１０のブリストルの主部分１０ａが、ハウジング８の内側へ向かって軸方向に変形することにより、後方の隙間Ｊ１’が低減される（Ｊ１’＜Ｊ１）。可撓性ワッシャ１８が、その自由端部２０において、シーリングされるべき表面１６に対して堅固に押圧され、装置６の全体シーリングが増加することに注目するべきである。

さらに、ワッシャ１８が、シーリングされるべき表面１６を押圧するため、特に、シーリングされるべき表面が、不連続部分および／または変形を呈するときに、シーリング装置６を、シーリングされるべき表面１６と接触した状態に保つことが可能になる。この構成を図３に示す。

図３では、シーリング装置６が、シーリングされるべき表面１６の軸方向の不連続部分と遭遇し、前記不連続部分は、隙間Ｊ３によって示されている。このような不連続部分Ｊ３により、ターボマシンの第１の静止部分２と第２の静止部分４との間に相対的な軸方向移動が生じることがある。前記記静止部分２、４のいずれかにおける相当量の熱変形によっても引き起こされる可能性がある。

この状況では、ブラシガスケット１０のブリストルの自由端部１２は、シーリングされるべき表面１６との堅固な漏れを防止する接触が維持される。これは、主部分１０ａにおいて、通常使用におけるその構成（図２）に対してハウジング８の外側へ向かって若干変形する、ブラシガスケットのブリストルの可撓性により可能である。これにより、後方の隙間Ｊ１”が、通常使用における構成に関して再度拡大する（Ｊ１”＞Ｊ１’）。

ワッシャ１８が可撓性を有することにより、シーリングされるべき表面１６の軸方向への不連続部分が無くなり次第、シーリング装置６が、その通常使用位置（図２）を回復することが可能である。軸方向への不連続部分が無くなると、ブラシガスケット１０の主要分１０ａのブリストルが、弾性的にその初期形状（図２）へと戻る。

その結果、本発明のシーリング装置６が、シーリングされるべき表面１６で遭遇するであろう様々な変形および／または不連続部分にぴったりと合う。ターボマシンの２つの静止部分間の優れたシーリングを確実にするために、ブラシガスケット１０のブリストルの自由端部１４は、シーリングされるべき表面と常に接触している。

本発明のシーリング装置の軸方向断面図であり、シーリング装置は、ターボマシンの静止部分のハウジング内に保持されている。 図２のシーリング装置が設けられているターボマシンの領域を示す軸方向断面図である。 シーリングされるべき表面が不連続部分を呈するときの、図１のシーリング装置の変形を示す図である。

符号の説明

２ 第１の静止部分
４ 第２の静止部分
６ シーリング装置
８ ハウジング
１０ ブラシガスケット
１０ａ 主部分
１０ｂ 第２部分
１０ｃ 屈曲部分
１２ 端部
１４ 自由端部
１６ シーリングされるべき表面
１８ 可撓性ワッシャ
２０ 自由端部
２２ 保持リング
２４ Ｃ字型のフープ
２６ 第１のローブ
２８ 第１のアーム
２８ａ 第１のアームの部分
２８ｂ 第１のアームの別の部分
３０ 第２のアーム
３０ａ 第２のアームの部分
３０ｂ 第２のアームの別の部分
３２ 第２のローブ
３４ 第３のアーム
３６ 第４のアーム
Ｊ１ 後方の隙間
Ｊ２ 前方の隙間
Ｊ３ 不連続部分
Ｐ１、Ｐ２ 空間
Ｙ 軸

Claims (6)

1. 圧力の異なる２つの空間（Ｐ１、Ｐ２）を分離するために、ターボマシンの２つの静止部分（２、４）間をシーリングするためのシーリング装置であって、前記シーリング装置が、複数の弾性シーリングブリストルによって形成されたブラシガスケット（１０）を備え、弾性シーリングブリストルは、少なくとも部分的に、前記静止部分（２）のうち１つのハウジング（８）内に保持され、各ブリストルは、屈曲部分（１０ｃ）によって相互接続された主部分（１０ａ）と第２部分（１０ｂ）とを有し、ブリストルの前記主部分（１０ａ）が、少なくとも部的に、前記ハウジング（８）内に保持されており、ブリストルの前記第２部分（１０ｂ）が、他の静止部分（４）のシーリングされるべき表面（１６）と漏れを防止する接触を確実にするために、前記ハウジング（８）の外側へ突出したそれぞれの自由端部（１４）を有しており、前記シーリング装置が、屈曲部分を有する可撓性ワッシャ（１８）をさらに備え、可撓性ワッシャ（１８）が、少なくとも部分的に、ブラシガスケット（１０）のブリストルの主部分（１０ａ）を覆い、ブラシガスケット（１０）のブリストルの第２部分（１０ｂ）の自由端部と、前記シーリングされるべき表面（１６）との両方を押圧する自由端部（２０）を有し、ブラシガスケット（１０）のブリストルの第２部分（１０ｂ）の前記自由端部（１４）が、前記シーリングされるべき表面（１６）と永続的に接触することを特徴とする、シーリング装置。
2. 可撓性ワッシャ（１８）が、実質的にオメガ形状の屈曲部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ブラシガスケット（１０）のブリストルの第２部分（１０ｂ）の自由端部（１４）と、シーリングされるべき表面（１６）とを押圧する可撓性ワッシャ（１８）の自由端部（２０）が、より圧力が低い方の空間（Ｐ２）の側に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 静止部分（２）のハウジング（８）内にあるブラシガスケット（１０）のブリストルの主部分（１０ａ）を保持するための保持リング（２２）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. ブラシガスケット（１０）のブリストルの屈曲部分（１０ｃ）が、直角に角度付けされ、ブラシガスケットのブリストルの第２部分（１０ｂ）が、ブラシガスケットのブリストルの主部分（１０ａ）に対して実質的に垂直に延びることができ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装置。
6. ブラシガスケット（１０）は、ブリストルの主部分（１０ａ）が、ターボマシンの縦軸（Ｘ−Ｘ）に対して実質的に垂直に延びるように、かつブリストルの第２部分（１０ｂ）が、ターボマシンの前記縦軸（Ｘ−Ｘ）と実質的に平行して延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

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