JP2019525088A - シール、アセンブリおよび保持方法 - Google Patents

Abstract

リテーナとディスク部材とを隣接させることによって形成されたキャビティ内に配置された保持リングを含むバルブアセンブリが提供される。保持リングは、キャビティの内面に対して傾斜して配置することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、一般的にはバルブアセンブリに関する。特に、本発明は、航空宇宙用途で使用されるバルブシールアセンブリの設計に関する。

エンジンバルブ、特に航空宇宙用途で使用されるエンジンで使用されるバルブシールアセンブリの早期故障は、特に問題となる可能性がある。例えば、多くのジェットエンジンで一般的に使用されている従来のバルブシールアセンブリは、空気流がシールに当たるときに著しい力および他の応力を受ける。例えば、バタフライシールはこれらの用途に日常的に使用されている。しかしながら、バタフライシールは、動作中に生じる著しい空気流力の圧力下で変形するカーボンシールリングを含む。この変形はバルブの故障の原因となる。

より具体的には、従来のバルブは、それらの構成部品の構成のために、より故障しやすい傾向がある。例えば、従来のバタフライバルブは、ディスク部材と、リテーナと、リテーナの表面とディスク部材の表面との間に配置されたシールと、を含む。しかしながら、シールは基板によって支持されていない、またはベース構造上に強く支持されていない。その結果、かなりの空気流を受けると、強く基板に取り付けられていないのでシールが過度に動くことになる。

さらに、シールがカーボンで構成されている場合、これらの空気流力にさらされるとシールが曲がるおそれがある。また、曲がるとシールが変形したり破裂したりして破損するおそれがある。シールが破損すると、リテーナがバルブの穴の中に入り込み、従来のバルブが開位置で動かなくなる。したがって、従来のバルブは寿命が短い可能性があり、その結果、それらを使用するジェットエンジンの修理点検の頻度が増加する。

米国特許出願公開第２０１２／１０４３００号明細書

前述の欠点を考慮すると、空気流力および他の応力の影響を最小限に抑える改良されたシール保持構成が必要とされている。バルブアセンブリに含まれるシールを適切に支持する改良された基板もまた必要とされている。さらに、部品の修理および／または交換を最小限にするためにカーボンシールの寿命を延ばす必要があり、それによってコストが節約される。本明細書に記載の実施形態は、上述の欠陥を解決するのに役立つ。

例えば、一実施形態は、リテーナをディスク部材に隣接させることによって形成されたキャビティ内に配置された保持リングを含むバルブアセンブリを提供する。保持リングは、キャビティの内面に対して傾斜して配置することができる。

別の実施形態は、シールおよびリテーナを含むバルブアセンブリを提供する。バルブアセンブリはまた、リテーナとディスク部材との間にシールを固定する力を提供する保持リングを含むことができる。保持リングは、リテーナをディスク部材に隣接させることによって形成されたキャビティ内に傾斜して配置されている。

様々な実施形態の追加の特徴、利点、および他の態様は、添付の図面を参照して以下に説明される。本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。これらの実施形態は、説明のために提示されている。開示される実施形態の追加の実施形態、または変更は、提供される教示に基づいて当業者には容易に明らかになるであろう。

例示的な実施形態は、様々な構成要素および構成要素の配置の形態をとることができる。例示的な実施形態は、添付の図面に示されており、全体を通して類似する符号は、様々な図面の対応する、または類似する部分を示すことができる。図面は、実施形態を例示するためのものであり、本開示を限定するものとして解釈するべきではない。図面の以下の可能な説明が与えられれば、本開示の新規な態様が当業者に明らかになろう。

従来のバルブアセンブリの例示的な断面図である。 本明細書に記載の様々な態様による例示的な断面図である。 本明細書に記載の様々な態様による例示的な断面図である。 本明細書に記載の様々な態様によるバルブアセンブリの例示的な上面図である。 本明細書に記載の様々な態様による例示的なバルブアセンブリの分解図である。 本明細書に記載の様々な態様による例示的なバルブを組み立てるときに行われる例示的な一連のステップを示す図である。 本明細書に記載の様々な態様による例示的なバルブの組み立て中の保持リングの様々な位置を示す図である。

例示的な実施形態が、特定の用途について本明細書に記載されているが、本開示は、それに限定されないことを理解されたい。当業者であれば、本明細書で提供される教示にアクセスして、その範囲内の追加の用途、変更、および実施形態、ならびに本開示が重要な有用性を有する追加の分野を認識するであろう。

図１は、従来のバルブアセンブリ１００の断面図である。従来のバルブアセンブリ１００は、ディスク部材１０２と、リテーナ１０４と、リテーナ１０４によってディスク部材１０２の表面上に固定されたシール１０６と、を含む。従来のバルブアセンブリ１００では、強力な基板付着がないために、シール１０６が空気流または流れの中に過剰に移動する可能性がある。この基板の欠損は設計に本質的に存在し、そして上で説明したようにシールの寿命を制限する。

より具体的には、動作中にシール１０６に過度の曲げ力が加わると、特にシール１０６がカーボンでできている場合には、早期故障を引き起こす可能性がある。これらの力はまた、リテーナ１０４をバルブのボア（図示せず）内に延在させることにより、リテーナ１０４を破損させる。この延在により、従来のバルブアセンブリ１００は開位置で動かなくなる。本明細書に記載の例示的な実施形態はこれらの問題を解決する。

図２は、本明細書に記載の様々な態様によるバルブアセンブリ２００の断面図を示す。バルブアセンブリ２００は、バタフライシールアセンブリとすることができ、ディスク部材２０２とリテーナ２０６とを含むことができ、それらの間にシール２０４が固定される。ディスク部材２０２およびリテーナ２０６の少なくとも一方は、鋼、ステンレス鋼のいずれか、または一般的に言えば耐腐食性材料（例えば耐腐食性鋼）で作ることができる。

シール２０４は、ディスク部材２０２の第１の表面２１８とリテーナ２０６の第２の表面２２０との間に部分的に固定することができる。シール２０４の一部は、ディスク部材２０２およびリテーナ２０６から離れて外側に突出することができる。シール２０４の外側に突出した部分は、バルブアセンブリ２００が作動したときにバルブのシール動作を実行する。シール２０４は、Ｌ字形シールであってもよい。すなわち、その断面は、実質的にＬ字形のような形状を有してもよい。シール２０４は、当業者に知られている他の断面形状を有してもよい。例えば、Ｔ字形シールもまた使用することができる。

キャビティ２１０は、ディスク部材２０２とリテーナ２０６とを隣接させることによって形成される。具体的には、リテーナ２０６は第１の溝２１２を含み、ディスク部材２０２は第２の溝２１４を含み、これらは２つの部分が接合されたときにキャビティ２１０を形成する。

保持リング２０８がキャビティ２１０の底面に対して傾斜２１６して配置されている。一般的に言えば、保持リング２０８は、キャビティ２１０の内面に対して傾いている（すなわち傾斜している）。保持リング２０８は長方形の断面を有することができる。さらに、保持リング２０８は、時効硬化鉄超合金、または一般的に言えば鉄基合金から作ることができる。

配置されると（すなわち、キャビティ２１０の底面に対して傾斜した向きで）、保持リング２０８は半径方向の力を提供する。すなわち、保持リング２０８は、図２において右から左へ力を提供し、それはシール２０４を定位置に固定し続ける。この構成は、従来のバルブアセンブリ１００におけるシール保持力と比較してより強いシール保持力を提供する。

保持リング２０８は、空気流がバルブアセンブリ２００に流入する典型的な動作中にシール２０４を定位置に保つのを助けるさらなる保持力を提供する。保持力は、リテーナ２０６によって生成される力に加えて、ディスク部材２０２上のシール２０４を押圧または付勢する。したがって、シール２０４は定位置にしっかりと保持され、空気流中に過度に突出することはない。このように、保持リング２０８が動作中にシール２０４を固定するためのさらなる保持を提供するので、空気流によってシール２０４に及ぼされる応力が防止される（または最小限に低減される）。このようにして、本実施形態は非常に耐久性のあるシールを提供する。カーボンシールを利用するバルブアセンブリの場合、カーボンシールは過度に応力がかかることにより他のタイプのシールよりも破損しやすいので、耐久性を高めることができる。

図３は、本明細書に記載の様々な態様によるバルブアセンブリ３００の断面図を示す。バルブアセンブリ３００は、シール２０４の底端部に配置された支持体３０２を含む。いくつかの実施形態では、支持体３０２は金属支持体であってもよい。他の実施形態では、支持体３０２は鋼で作られてもよい。

支持体３０２は、バルブアセンブリ３００にいくつかの利点を付与する。例えば、支持体３０２はシール２０４のための基板として作用し、したがってバルブアセンブリ３００が作動するときに物理的支持を増大させる。さらに、支持体３０２はシール２０４をバルブ本体の壁（図示せず）に対して付勢する。このさらなる付勢は、バルブアセンブリが作動しているときの漏れを低減させる。

図４は、バルブアセンブリ２００（またはバルブアセンブリ３００）の上面図４００の一例を示す。リテーナ２０６は、ディスク部材２０２の周囲に配置されている。シール２０４（図示せず）は、ディスク部材２０２とリテーナ２０６との間に固定することができる。それらの間にシール２０４を固定する力は、保持リング２０８によって提供される。バルブアセンブリ２００はまた、アクチュエータ（図示せず）の一部を受け入れるように構造的に構成されたポート４０２を含むことができる。アクチュエータを使用して、バルブを開位置と閉位置、または任意の中間位置に切り替えることができる。

航空宇宙用途では、バルブアセンブリ２００はバタフライバルブであってもよい。より正確には、バルブアセンブリ２００は圧力調整バタフライバルブアセンブリであってもよい。そのようなバルブは、ジェットエンジンにおける先導圧力調整バルブであってもよい。したがって、バルブアセンブリ２００は、使用されるカーボンシール（すなわち、シール２０４）が受ける空気流に起因する応力が低減されるので、ロバストな圧力調整システムを提供することができ、使用されるカーボンシール（すなわち、シール２０４）の寿命が延びる。これらの低減された応力は、シール２０４がディスク部材２０２とリテーナ２０６との間にしっかりと固定されていることから生じる。

図５は、バルブアセンブリ２００の例示的な分解図５００を示す。具体的には、図５は保持リング２０８のより詳細な図を示す。保持リング２０８は長方形の断面を有するが、内側に傾斜している。この構成は、バルブアセンブリ２００を作製するために全ての構成要素を組み立てるときに（図２に示すように）傾斜２１６を提供する。

様々な実施形態およびそれらの構造を説明したので、次に、バルブアセンブリ２００の様々な構成要素のアセンブリに関する具体的な詳細について図６および図７により説明する。

図６は、保持リング２０８をバタフライシール６０８上に組み立てるための方法６００を示す。方法６００は、シール２０４がディスク部材２０２上、すなわちバルブのバタフライ部分上に取り付けられるステップ６０２を含む。方法６００は、保持リング２０８をリテーナ２０６に挿入するためのステップ６０４をさらに含む。ステップ６０６は、保持リング２０８を含むリテーナ２０６をシール２０４に向かってスライドさせることを含む。ステップ６１０は、リテーナ２０６を保持リング２０８上に固定することを含む。ステップ６１０は、保持リング２０８によって発生した力の結果として、２つの部分が一緒になるときに受動的に行われる。さらに、いくつかの実施形態では、アセンブリをさらに強化するために、ディスク部材２０２とリテーナ２０６との間の界面で溶接することができる。

図７は、本明細書に記載の様々な態様による、バルブアセンブリ２００の組み立て中の保持リング２０８の様々な可能な位置７００を示す。図６に関して上述したように、シール２０４は、最初にバタフライ部分に取り付けることが望ましく、その後に、組み立ての次のステップが実行される。組み立て中、位置７０２はその自由状態における保持リング２０８の位置を示す。より正確には、その自由状態では、保持リング２０８は、それがディスク部材２０２の溝内に配置された場合に想定される位置にある。

組み立てると、保持リング２０８は、位置７０４で示すように、リテーナ２０６の溝の中に拡張する。拡張中に、保持リング２０８が半径方向に拡張するにつれて軸方向に圧縮されることにより、軸方向予荷重が発生する。

保持リング２０８がリテーナ２０６の内側で依然として拡張された状態で、２つがバタフライの上で（すなわちディスク部材２０２の上で）滑る。図７に示すように、リテーナ２０６および保持リング２０８がディスク部材２０２と嵌合すると、保持リング２０８が内方および半径方向に引っ張られ、そうして部品を互いに固定する。

一般に、本実施形態は、バルブアセンブリ内のシールのための保持方法を提供する。シールはリテーナを使ってバルブ内に保持される。リテーナは、適切な位置に配置されると、その中で拡張して半径方向に縮む保持リングを含む。バルブのリテーナとディスク部材との間の界面で溶接を行うことができ、それにより、強力な保持力およびシールのための適切な支持基板を提供することができる。この構成は、バルブ動作中にシールにかかる応力の量を減らすことによってシールの寿命を延ばす。

実施形態はバルブ、バタフライバルブ、およびバルブアセンブリの文脈で説明されているが、当業者であれば、本明細書に開示する技術および構成が、任意の部分が固定される用途において使用することができることを容易に認識するであろう。例えば、本明細書に開示されている技術は、上に開示されているように、保持リングを装着したリテーナを使用することによってベアリングを固定するために使用することができる。

さらに、実施形態は、不正開封防止アセンブリを作製するための方法を提供する。特に、いったんシール（またはベアリング）が固定されると、保持リングを解放せずにシールをアセンブリから取り外すことはできず、これは保持リングが配置されているキャビティを破断することによってのみ起こり得る。したがって、いくつかの用途では、本実施形態は、部品および構成要素を固定するための受動的な不正開封防止機構を提供するための手段が必要とされる場合に利点をもたらす。

当業者であれば、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、上述の実施形態の様々な適応および変更を構成することができることを理解するであろう。したがって、添付した特許請求の範囲内で、本開示は本明細書で詳細に説明したもの以外で実施することができることを理解されたい。
［実施態様１］
リテーナ（２０６）とディスク部材（２０２）とを隣接させることによって形成されたキャビティ（２１０）内に配置された保持リング（２０８）を含み、前記保持リング（２０８）は前記キャビティ（２１０）の内面に対して傾斜して配置される、バルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様２］
前記保持リング（２０８）は長方形の断面を有する、実施態様１記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様３］
前記ディスク部材（２０２）の第１の表面（２１８）と前記リテーナ（２０６）の第２の表面（２２０）との間に部分的に配置されたシール（２０４）をさらに含む、実施態様１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様４］
前記シール（２０４）の底端部に配置された金属支持体（３０２）をさらに含む、実施態様３に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様５］
前記リテーナ（２０６）と前記ディスク部材（２０２）との間に配置されたシール（２０４）をさらに含む、実施態様１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様６］
前記シール（２０４）はカーボンを含む、実施態様５に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様７］
前記リテーナ（２０６）および前記ディスク部材（２０２）のうちの少なくとも一方は鋼で作られている、実施態様１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様８］
前記リテーナ（２０６）および前記ディスク部材（２０２）のうちの少なくとも一方は耐腐食性材料で作られている、実施態様７に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様９］
前記保持リング（２０８）は鉄基合金で作られている、実施態様１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１０］
前記保持リング（２０８）は時効硬化鉄超合金で作られている、実施態様１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１１］
シール（２０４）と、
リテーナ（２０６）と、
前記リテーナ（２０６）とディスク部材（２０２）との間の前記シール（２０４）を固定する力を提供する保持リング（２０８）と、を含み、前記保持リング（２０８）は、前記リテーナ（２０６）を前記ディスク部材（２０２）に隣接させることによって形成されたキャビティ（２１０）内に傾斜して配置される、バルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１２］
前記シール（２０４）はカーボンシール（２０４）である、実施態様１１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１３］
前記シール（２０４）の底端部に配置された金属支持体（３０２）をさらに含む、実施態様１１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１４］
前記リテーナ（２０６）は耐腐食性材料から作られている、実施態様１１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１５］
前記保持リング（２０８）は鉄基合金で作られている、実施態様１１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１６］
前記保持リング（２０８）は時効硬化鉄超合金で作られている、実施態様１１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１７］
溝を含むリテーナ（２０６）と、
前記溝内に傾斜して配置された保持リング（２０８）と、
を含むバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１８］
シール（２０４）およびディスク部材（２０２）をさらに含む、実施態様１７に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様１９］
前記シール（２０４）は、前記ディスク部材（２０２）と前記リテーナ（２０６）との間に部分的に配置されている、実施態様１８に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
［実施態様２０］
前記リテーナ（２０６）は耐腐食性材料で作られており、前記保持リング（２０８）は鉄基合金で作られている、実施態様１７に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。

１００ 従来のバルブアセンブリ
１０２ ディスク部材
１０４ リテーナ
１０６ シール
２００ バルブアセンブリ
２０２ ディスク部材
２０４ シール
２０６ リテーナ
２０８ 保持リング
２１０ キャビティ
２１２ 第１の溝
２１４ 第２の溝
２１６ 傾斜
２１８ 第１の表面
２２０ 第２の表面
３００ バルブアセンブリ
３０２ 支持体
４００ 上面図
４０２ ポート
５００ 分解図
６００ 方法
６０２ ステップ
６０４ ステップ
６０６ ステップ
６０８ バタフライシール
６１０ ステップ
７００ 位置
７０２ 位置
７０４ 位置

Claims (10)

1. リテーナ（２０６）とディスク部材（２０２）とを隣接させることによって形成されたキャビティ（２１０）内に配置された保持リング（２０８）を含み、前記保持リング（２０８）は前記キャビティ（２１０）の内面に対して傾斜して配置される、バルブアセンブリ（２００、３００）。
2. 前記保持リング（２０８）は長方形の断面を有する、請求項１記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
3. 前記ディスク部材（２０２）の第１の表面（２１８）と前記リテーナ（２０６）の第２の表面（２２０）との間に部分的に配置されたシール（２０４）をさらに含む、請求項１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
4. 前記シール（２０４）の底端部に配置された金属支持体（３０２）をさらに含む、請求項３に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
5. 前記リテーナ（２０６）と前記ディスク部材（２０２）との間に配置されたシール（２０４）をさらに含む、請求項１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
6. 前記シール（２０４）はカーボンを含む、請求項５に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
7. 前記リテーナ（２０６）および前記ディスク部材（２０２）のうちの少なくとも一方は鋼で作られている、請求項１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
8. 前記リテーナ（２０６）および前記ディスク部材（２０２）のうちの少なくとも一方は耐腐食性材料で作られている、請求項７に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
9. 前記保持リング（２０８）は鉄基合金で作られている、請求項１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
10. 前記保持リング（２０８）は時効硬化鉄超合金で作られている、請求項１に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。

Images