JP2009216241A - リーフシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール板を溶接することなく、周方向の回転ズレを防止して設置することができるリーフシール装置を提供する。
【解決手段】形状の異なるシール板２０及び４０を組み合わせてリーフシール１０を構成し、リーフシール１０の一部に他とは形状の異なる凸又は凹等の係合部１５を構成する。ホルダー８０には係合部１５に係合する切り欠き等の構成を形成しておき、これらを嵌合させて設置することにより、リーフシール１０が周方向に回転することなくホルダー８０に保持される構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、航空機エンジン、ガスタービン等の回転軸周りの相対移動する２構成部品間をシールするリーフシール装置に関する。

従来、薄板状の部材を積層して環状に構成したこの種のシール装置としては、例えば特許文献１に開示されているリーフシール装置が知られている。特許文献１のリーフシール装置においては、薄板を所定の間隔で所定の傾斜で積層して環状に形成するとともに、各薄板の外周側の端縁（基端）をケーシングに固設することにより、中心に配設される回転軸の周囲空間をリーフシールの高圧側の領域と低圧側の領域とに分けている。また、環状に構成された薄板の高圧側及び低圧側には、各々外周部に側板が配設されており、圧力方向のガイド板として作用するように構成されている。
特許３６９２３００号公報

ところで、例えば特許文献１に開示されているような従来のこの種のシール装置においては、薄板は、外周側の端縁（基端）をケーシングに溶接等されて固定されている。そして、環状に構成された薄板において、軸方向（圧力方向）に作用する力（圧力）については薄板の両側に配置される側板がガイドとして作用するように構成されているが、周方向に作用する力については薄板の端縁の溶接のみで対応している。

しかしながら、薄板を溶接により固定していた従来のリーフシール装置においては、次のような課題があり改善が望まれている。

薄板を溶接によりハウジングやケーシング等に固設すると、リーフシール装置を分解するには溶接部を削り取らなければならず、分解作業が非常に面倒で時間を要し効率の悪いものとなる。その結果、リーフシール装置の調整、修理等のメンテナンスが面倒で効率の悪いものとなる。また、分解した薄板を再度組み立てて使用することが困難になる場合が多くなるという問題もある。
また、溶接の影響により薄板に変形等が生じる可能性があり、薄板の構成の精度が維持できなくなる可能性があるという問題も生じる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、シール板（薄板）をケーシング等に溶接することなく、所定の形態で、特に周方向の回転移動（ズレ）が適切に防止された状態で設置することができ、従って分解を容易に行うことができるとともに溶接に伴う変形等の悪影響を排除することができ、その結果、調整、修理等のメンテナンスが容易で精度の維持が容易なリーフシール装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のリーフシール装置は、環状のリーフシールであって複数の薄板状のシール板を周方向に積層して形成したリーフシールと、前記リーフシールの外周側を保持する保持部とを有するリーフシール装置であって、前記リーフシールは、形状の相違する複数種類の前記シール板を積層して形成され、前記保持部に保持される外周側の所定の範囲に、前記シール板の形状の相違に基づいて形成される当該所定の範囲以外の範囲とは異なる形状の箇所を係合部として有し、前記保持部は、前記リーフシールの前記係合部と周方向に係合する係合部受け部を有することを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明のリーフシール装置は、前記リーフシールが、平面形状が第１の形状の第１のシール板と、前記保持部に保持される外周側の部分の形状が前記第１の形状とは異なる第２の形状の第２のシール板との、２種類の前記シール板を積層して形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明のリーフシール装置は、前記リーフシールが、前記外周側の所定の範囲に、当該所定の範囲以外の範囲に対して凸に形成された係合部を有し、前記保持部が、前記リーフシールの前記係合部と係合するように凹に形成された係合部受け部を有することを特徴とする。

また、請求項４に係る本発明のリーフシール装置は、前記リーフシールが、前記外周側の所定の範囲に、当該所定の範囲以外の範囲に対して凹に形成された係合部を有し、前記保持部が、前記リーフシールの前記係合部と係合するように凸に形成された係合部受け部を有することを特徴とする。

請求項１に係る本発明のリーフシール装置によれば、シール板（薄板）をケーシング等に溶接することなく、周方向の回転移動（ズレ）が適切に防止された状態で設置することができる。従って分解を容易に行うことができるとともに溶接に伴う変形等の悪影響を排除することができる。また、その結果、調整、修理等のメンテナンスが容易で精度の維持が容易なリーフシール装置を提供することができる。

また、請求項２に係る本発明のリーフシール装置によれば、２種類のシール板を組み合わせるのみで、前述のように周方向に回転移動（ズレ）が防止された状態で環状に構成されたシール板（リーフシール）を設置することができる。従って、より一層簡単に、分解を容易に行うことができ溶接に伴う変形等の悪影響を排除することができるリーフシール装置を提供することができる。

また、請求項３に係る本発明のリーフシール装置によれば、リーフシールの凸部及び保持部の凹部により、環状に構成されたシール板（リーフシール）の周方向の回転移動（ズレ）を確実に防止することができる。

また、請求項３に係る本発明のリーフシール装置によれば、リーフシールの凹部及び保持部の凸部により、環状に構成されたシール板（リーフシール）の周方向の回転移動（ズレ）を確実に防止することができる。

本発明のリーフシール装置の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態においては、ガスタービンにおいて、タービンのケーシングに設置された静翼と回転軸との間に設置されるリーフシール装置を例示して本発明を説明する。
ガスタービンは、圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させ、その燃焼ガスをタービンに導入して回転軸に設けられた動翼に吹き付けることで、燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生する。タービンには、回転軸に設けられた動翼とケーシングに設けられた静翼とが回転軸の軸方向に交互に配列されるが、高圧側から低圧側への燃焼ガスの漏れを防止又は低減し、回転軸の軸方向の各位置に配置された動翼に効率よく燃焼ガスが吹き付けられるように、静翼の内周側端縁（回転軸側）と回転軸の外周面との間に軸シールが設けられる。本実施形態のリーフシール装置は、その軸シールに用いて好適なリーフシール装置である。

図１は、そのリーフシール装置１の全体構成を示す図である。リーフシール装置１は、全体がリング状（環状）に形成されるが、図１は、その一部の半断面斜視図である。
まず、図１を参照して、リーフシール装置１の全体構成について概略的に説明する。
図１に示すように、リーフシール装置１は、リーフシール１０及びホルダー８０を有する。

リーフシール１０は、複数（多数）のシール板２０及び４０が回転軸の周方向に沿って積層されて全体が環状に形成されたものである。
リーフシール１０は、第１のシール板２０が積層されて形成される標準リーフ部１１と、第２のシール板４０が積層されて形成される回り止めリーフ部１２とを有する。本実施形態のリーフシール装置１においては、リーフシール１０の大部分には標準リーフ部１１が形成されるが、その一部に、一箇所、図１に示すように回り止めリーフ部１２が配設される。

標準リーフ部１１及び回り止めリーフ部１２を形成する各シール板２０、４０は、鋼板、ステンレス板、ニッケル合金板、コバルト合金板、アルミニウム板、あるいはその他の非鉄金属等により形成された薄板状の部材である。

各シール板２０、４０は、連結保持部２１、４１とシール部３０、５０とを有する。
連結保持部２１、４１は、複数のシール板２０、４０を順次所定の間隔で積層するための積層連結箇所である。
シール部３０、５０は、連結保持部２１、４１から径方向に回転軸の中心の方向に延伸した板部分であり、その先端の自由端部３１、５１が、図示しない回転軸の外周面に接触又は近接するように配置される。このシール部３０、５０により、リーフシール装置１は、その両側を回転軸の軸方向にシールする。

ホルダー８０は、リーフシール１０を保持するとともに、リーフシール装置１を装置に設置するための環状部材である。ホルダー８０は、高圧Ｐ１側に配置される環状の第１のホルダー８１と、低圧Ｐ２側に配置される同じく環状の第２のホルダー９１とが接合されて構成され、その内周側に形成される溝（リーフシール挟持部９９）においてリーフシール１０を挟持する。ホルダー８０の外周面は図示せぬタービンの静翼の内周面に嵌合され、これによりリーフシール装置１がタービンの静翼と回転軸との間に固定設置される。

図２及び図３は、各々リーフシール装置１の周方向の一部断面図であって、図２は、第１のシール板２０がホルダー８０に保持されている図１のＡの箇所における断面図であり、図３は、第２のシール板４０がホルダー８０に保持されている図１のＢの箇所における断面図である。
また、図４は、第１のシール板２０の連結保持部２１付近の平面図であり、図５は、第２のシール板４０の連結保持部４１付近の平面図である。また、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、各々第２のホルダー９１の構造を示す図である。
以下、図２〜図６をさらに参照して、リーフシール装置１の構成について詳細に説明する。

図２及び図４に示すように、第１のシール板２０の連結保持部２１には、その両側縁部に矩形の切り欠き２２、２３が形成されている。この切り欠き２２及び２３は、第１のシール板２０を積層した時に、図１に示すような第１のメイングルーブ１３及び第２のメイングルーブ１４を形成する切り欠き（メイングルーブ用切り欠き）である。

リーフシール１０に形成されたメイングルーブ１３、１４、すなわち、高圧Ｐ１側に形成される第１のメイングルーブ１３と低圧Ｐ２側に形成される第２のメイングルーブ１４とには、ホルダー８０の第１のホルダー８１に形成された凸条部８７及び第２のホルダー９１に形成された凸条部９７が各々嵌合される。これによりリーフシール１０は、回転軸の軸方向及び径方向においてホルダー８０により挟持される。

また、図３及び図５に示すように、第２のシール板４０の連結保持部４１には、一方の側縁部に矩形の切り欠き４２が形成されている。この切り欠き４２は、高圧Ｐ１側に形成され、第１のシール板２０のメイングルーブ用切り欠き２２と同じ形状の切り欠きであり、第２のシール板４０を積層した時に、図１に示すような第１のメイングルーブ１３をリーフシール１０に形成するメイングルーブ用切り欠きである。この第１のメイングルーブ用切り欠き４２（メイングルーブ１３）に対しては、ホルダー８０の第１のホルダー８１に形成された凸条部８７が嵌合される。

一方、第２のシール板４０の連結保持部４１の他方（低圧Ｐ２側）の側縁部４４には、切り欠きは実質的に形成されていない。
第２のシール板４０のこの他方の側縁部４４は、図１に示すように、第２のシール板４０を積層し、さらに、この第２のシール板４０が積層されたリーフ部（回り止めリーフ部）１２を第１のシール板２０が積層された標準リーフ部１１中に配設した時には、第２のメイングルーブ１４内の一部に凸部（係合凸部）１５を構成する。

また、前述したように、第２のメイングルーブ１４に対しては第２のホルダー９１の凸条部９７が嵌合されるが、凸条部９７の一部には、後述するように第２のシール板４０によりメイングルーブ１４内に構成される係合凸部１５と係合するように、切り欠き部（係合部受け部）９８が形成されている（図６参照）。従って、リーフシール１０をホルダー８０に装着設置する際には、リーフシール１０の係合凸部１５が形成されている箇所、すなわち回り止めリーフ部１２が配設される箇所に、第２のホルダー９１の凸条部９７の切り欠き部９８が配設され、図３に示すように、回り止めリーフ部１２の係合凸部１５が第２のホルダー９１の凸条部９７の切り欠き部９８に嵌合される。これによりリーフシール１０は、回転軸の軸方向及び径方向においてホルダー８０により挟持されるとともに、さらに周方向においてホルダー８０と相対的に移動しないように、換言すれば回転方向にホルダー８０と滑り、ズレが生じないように、ホルダー８０に保持される。

ホルダー８０は、前述したように、第１のホルダー８１と第２のホルダー９１とが接合されて構成される。

第１のホルダー８１は、図１に示すように、シール板２０、４０の連結保持部２１、４１の高圧Ｐ１側を押さえるとともに、シール板２０、４０の連結保持部２１、４１の外周の高圧Ｐ１側を被覆するように配設される断面が略Ｌ字形状の円環状部材である。

一方、第２のホルダー９１は、図１及び図６（Ａ）に示すように、シール板２０、４０の連結保持部２１、４１の低圧Ｐ２側を押さえるとともに、シール板２０、４０の連結保持部２１、４１の外周の低圧Ｐ２側を被覆するように配設される断面が略Ｌ字形状の円環状部材である。

そして、図２及び図３に示すように、第１のホルダー８１の接合面（対向面）８２と第２のホルダー９１の接合面９２とが当接されて、各接合面の外周縁８３及び９３が溶接により接合されることにより、内周側に溝状のリーフシール挟持部９９が形成される。

図１及び図２に示すように、リーフシール挟持部９９の内周面となる第１のホルダー８１と第２のホルダー９１の各対向面８６及び９６には、各々、その環状の面に沿って、断面が矩形に突出した凸条部８７及び９７が形成されている。前述したように、リーフシール１０には、高圧Ｐ１側及び低圧Ｐ２側に、第１のメイングルーブ１３及び第２のメイングルーブ１４が形成されており、これらメイングルーブ１３、１４に、ホルダー８０の第１のホルダー８１に形成された凸条部８７及び第２のホルダー９１に形成された凸条部９７が各々嵌合される。これにより、リーフシール１０の各シール板２０、４０は、回転軸の軸方向及び径方向においてホルダー８０により挟持され、ホルダー８０に対して所定の状態に固定維持される。

第２のホルダー９１の凸条部９７の一部には、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に各々断面図、正面図及び斜視図を示すように、第２のホルダー９１の径方向に対して傾斜した切り欠き９８が形成されている。切り欠き９８の傾斜の向き、角度、幅及び深さ等は、切り欠き９８が第２のシール板４０によりメイングルーブ１４内に構成される係合凸部１５に係合するように、その係合凸部１５に合わせて規定される。

図１及び図２を参照して前述したように、第２のホルダー９１の凸条部９７は、リーフシール１０の第２のメイングルーブ１４に嵌合するが、その際、リーフシール１０の係合凸部１５が形成されている箇所、すなわち回り止めリーフ部１２が配設される箇所に、第２のホルダー９１の凸条部９７の切り欠き部９８が配設され、図３に示すように、回り止めリーフ部１２の係合凸部１５が第２のホルダー９１の凸条部９７の切り欠き部９８に嵌合される。これによりホルダー８０は、周方向においてリーフシール１０と相対的に移動しないように、すなわち、リーフシール１０との間で回転方向の滑りやズレが生じないように、リーフシール１０を保持する。

以上説明したように、本実施形態のリーフシール装置１は、第１のホルダー８１と第２のホルダー９１とが接合されて構成されるホルダー８０のリーフシール挟持部９９に、リーフシール１０の外周部、すなわち積層されて環状に形成されたシール板２０、４０の連結保持部２１、４１が挟持されており、これによりリーフシール１０とホルダー８０とが一体化されている。そして、リーフシール装置１においては、リーフシール１０の低圧側Ｐ２の側面外周部に形成されるメイングルーブ１４の一部に、すなわち第２のシール板４０により構成される回り止めリーフ部１２の領域に、グルーブの底面が他の領域よりも突出した凸部１５が形成されており、この凸部１５に、第２のホルダー９１に形成された凸条部９７の一部に形成されている切り欠き９８が係合され、リーフシール１０とホルダー８０との周方向の相対的な移動（回転）が防止されている。

このように、本実施形態のリーフシール装置１においては、リーフシール１０を構成するシール板の一部に形状の異なるリーフ板を組み合わせることにより、すなわち、第１のシール板２０で大部分を構成しながら一部に形状の異なる第２のシール板４０を配設することにより、リーフシール１０の一部に形状の異なる凸部１５を形成している。
すなわち本実施形態のリーフシール装置１においては、単に異なる形状のシール板を組み合わせるだけで、リーフシール１０にホルダー８０と周方向において係合する係合部（係合凸部１５）を構成しており、溶接等によりリーフシール１０とホルダー８０とを接合する構造あるいは作業工程を必要としない。

従って、本実施形態のリーフシール装置１は、溶接等によりリーフシールとホルダーとを接合していた従来のリーフシール装置と比較して、分解を大幅に容易に行うことができ、リーフシール装置１の調整、修理等のメンテナンスを容易に行うことができる。また、溶接による、例えば変形等の悪影響を排除することができ、高い精度でリーフシール装置１を組み立てることができ、精密なリーフシール装置１を提供することができる。
その結果、動作性能及び耐久性能に優れた高性能なリーフシール装置を提供することができる。

なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、リーフシールとホルダーとの係合部（係合凸部１５）の構成、形態は、前述した実施形態に限られるものではない。
例えば、図７に示すように、リーフシール１０ｂのホルダーと嵌合するグルーブ１４の一部（回り止めリーフ部１２ｂの箇所）に、他の領域（標準リーフ部１１の箇所）よりも表面が凹となった箇所（係合凹部１７）を形成し、これにホルダー側に形成された図示せぬ凸部を嵌合するような構成としてもよい。

また、前述した実施形態のリーフシール装置１においては、係合部（係合凸部１５）はリーフシール１０の外周に１箇所設けたが、複数箇所に設けるようにしてもよい。

また、前述した実施形態のリーフシール装置１においては、係合部（係合凸部１５）は第２のメイングルーブ１４内に形成したが、第１のメイングルーブ１３内に形成しても、あるいはまたその両方に形成してもよい。

また、前述した実施形態のリーフシール装置１においては、第１のシール板２０及び第２のシール板４０の２種類のシール板を組み合わせてリーフシール１０を構成したが、形状の異なる３種類以上のシール板を組み合わせるようにしてもよい。

また、係合部の形状も、単純な凸部及び凹部に限られるものではなく、リーフシール１０とホルダー８０とが係合可能な形状であれば、任意の形状でよい。

また、リーフシールとホルダーとの係合形態が本実施形態のようなグルーブと凸条部でない場合には、その係合形態に応じた係合部の構成であってよい。
本発明の趣旨は、異なる形状のシール板を組み合わせることによりリーフシールにそのような係合部を形成することにあり、この趣旨の範囲内であれば、いかなる変形をしてもよく、それらのいずれの形態も本発明の範囲内である。

本発明は、航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン等の各種タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプなど大型流体機械の回転軸等の軸シールに有効に適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態のリーフシール装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示すリーフシール装置の周方向の一部断面図であって、第１のシール板がホルダーに保持されている図１のＡの箇所における断面図である。 図３は、図１に示すリーフシール装置の周方向の一部断面図であって、第２のシール板がホルダーに保持されている図１のＢの箇所における断面図である。 図４は、図１に示すリーフシール装置の第１のシール板の連結保持部近傍の平面図である。 図５は、図１に示すリーフシール装置の第２のシール板の連結保持部近傍の平面図である。 図６は、図１に示すリーフシール装置の第２のホルダーの構造を示す図であって、図６（Ａ）は、周方向の断面図であり、図６（Ｂ）は、切り欠き部近傍の一部平面図であり、図６（Ｃ）は、切り欠き部近傍の一部斜視図である。 図７は、本発明の他の実施形態としてのリーフシールの構成を示す図である。

符号の説明

１…リーフシール装置
１０、１０ｂ…リーフシール部
１１…標準リーフ部
１２、１２ｂ…回り止めリーフ部
１３、１４…メイングルーブ
１５…係合凸部（係合部）
１７…係合凹部（係合部）
２０…第１のシール板
２１…連結保持部
２２、２３…メイングルーブ用切り欠き
３０…シール部
３１…自由端部
４０…第２のシール板
４１…連結保持部
４２…メイングルーブ用切り欠き
４４…側縁部
５０…シール部
５１…自由端部
８０…ホルダー（保持部）
８１…第１のホルダー
８２…接合面
８３…溶接部
８６…対向面
８７…凸条部
９１…第２のホルダー
９２…接合面
９３…溶接部
９６…対向面
９７…凸条部
９８…切り欠き部
９９…リーフシール挟持部

Claims (4)

1. 環状のリーフシールであって複数の薄板状のシール板を周方向に積層して形成したリーフシールと、前記リーフシールの外周側を保持する保持部とを有するリーフシール装置であって、
   前記リーフシールは、形状の相違する複数種類の前記シール板を積層して形成され、前記保持部に保持される外周側の所定の範囲に、前記シール板の形状の相違に基づいて形成される当該所定の範囲以外の範囲とは異なる形状の箇所を係合部として有し、
   前記保持部は、前記リーフシールの前記係合部と周方向に係合する係合部受け部を有することを特徴とするリーフシール装置。
2. 前記リーフシールは、平面形状が第１の形状の第１のシール板と、前記保持部に保持される外周側の部分の形状が前記第１の形状とは異なる第２の形状の第２のシール板との、２種類の前記シール板を積層して形成することを特徴とする請求項１に記載のリーフシール装置。
3. 前記リーフシールは、前記外周側の所定の範囲に、当該所定の範囲以外の範囲に対して凸に形成された係合部を有し、
   前記保持部は、前記リーフシールの前記係合部と係合するように凹に形成された係合部受け部を有することを特徴とする請求項１に記載のリーフシール装置。
4. 前記リーフシールは、前記外周側の所定の範囲に、当該所定の範囲以外の範囲に対して凹に形成された係合部を有し、
   前記保持部は、前記リーフシールの前記係合部と係合するように凸に形成された係合部受け部を有することを特徴とする請求項１に記載のリーフシール装置。

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