JP2020520441A - 織布層が支持されたリーフシール - Google Patents

Abstract

本発明は、ガスおよび蒸気タービン、航空機エンジンなどの様々な機構における高速ロータ、ブレードなどの回転エレメントの周囲にシーリングを提供するために取り付けられるシーリングエレメント（１）に支持するために、金属シート（２）間に配置されるように設計された、織布層（３）の構造に関する。

Description

本発明は、主に、ガスおよび蒸気タービン、航空機エンジンなどのエネルギセクタの様々な機構に含まれる高速ロータおよびブレードなどの回転エレメントの運動の周囲の高圧ゾーンと低圧ゾーンとの間にシーリングを提供するために使用されるシーリングエレメントに関する。

本発明は、特に、高速時に回転エレメントの周囲にシーリングを提供するために取り付けられたシーリングアセンブリに支持するために、金属シートの間に配置されるように設計された織布層の構成、および前記織布層の製造方法に関する。

公知技術では、エネルギセクタにおけるガスおよび蒸気タービン、航空機エンジンおよび高速回転するブレードおよびロータを含むその他の装置において、回転エレメントの周囲の円形に取り付けられたシーリングアセンブリが存在する。これらのシーリングアセンブリは、高速回転するターボ機械エレメントの周囲に形成される高圧ゾーンと低圧ゾーンとの間にシーリングを提供する。

シーリングアセンブリには、円周方向に特定の傾斜角で並んで配置された極めて薄い金属シート（プレート、シム）から形成されたリーフシールが設けられている。シール領域における高い差圧による漏れ流が有するエネルギは、エネルギがリーフシールを通過するときにこれらのシートへ伝達される。金属シートはエネルギ減衰特性を有しないので、リーフシールは過剰なかつ不規則な振動に曝される。したがって、差圧が大きいとき、安定した構造を維持することが困難である。リーフシールが不安定な構造でまたは不適切な周波数間隔で作動すると、リーフシールは、極めて短時間で疲労に曝され、それらの構造的一体性を失い、漏れ始める。

シートは、円周方向に、軸の周囲に所定の傾斜角度で配置されているので、リーフが互いに接触するように設計されているとしても、外径においてリーフの間に間隙が形成される。その間隙から、著しい量の漏れが生じる。同時に、この間隙から逃げる漏れは、不規則な振動を生じ、リーフシールを短時間で損傷する。既存のシーリングエレメントには、金属シートの間の間隙をカバーするための構成は設けられていない。

その結果、高速回転するエレメントのシーリングアセンブリにおける改良がなされてきており、したがって、上述の欠点を排除しかつ既存のシステムに対して新たな解決策をもたらすための新たな構造が求められている。

本発明は、上述の要求を満たし、全ての欠点を排除しかつ幾つかの付加的な利点をもたらすシーリングエレメントに関する。

本発明の主な目的は、高速回転するエレメントにおけるシーリングエレメントを補強し、金属シートをより安定して機能させるために、シートの間に適切に配置されるように製造された織布層によって金属シートを支持することである。

本発明の別の目的は、金属シートの間に金属または非金属の繊維から製造された織布層を配置することによって、差圧がある場合にシート金属プレートの振動によって誘発される変形を防止することである。

等方性材料特性を有するシートと異なり、織布層構造の発明は、半径方向におけるシーリングエレメントの可撓性を失うことなく、より安定した構造を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、織布層を使用することによって、金属シートへ伝達される過剰なエネルギおよび振動を吸収する能力を備える金属シートを提供し、これにより、金属シートをより安定させることである。

織布層がリーフの間に配置されることによって、上述の従来の金属シートの外径において著しい漏れを生じる開口が、最小限に小さくなる。本発明は、また、漏れ流の量を減らし、多孔質媒体を形成することによってより良いシーリング性能を提供することを目的とする。

本発明の製造中、織布層は、一方の端部から、テーパローラによってプレスされる。プレスされた端部が内径にとどまるように、織布層がシートの間に配置されると、従来の金属シートに形成された開口が閉鎖される。これにより、金属シートから漏れる流れを最小限に減らし、また、シートにおいて発生される振動の減衰に貢献することを目的とする。

上記で言及されかつ以下で詳細に理解される全ての利点を認識するために、本発明は、様々なシートと、高速のロータおよびブレードなどの回転エレメントの運動中に周囲に形成される高圧ゾーンと低圧ゾーンとの間の流れ方向に向かう漏れの量を減らすために、流れが金属シートに直接かつ不規則に衝撃を与えることを防止するフロントプレートと、金属シートに機械的支持を提供するバックプレートと、回転エレメントの周囲に、フロントプレートとバックプレートとの間に一列に並んで配置された金属シートと、を備え、かつ、振動を減衰させかつ漏れの量を減らすために金属シートの間に配置される、様々な形状およびパターンで編まれた金属および／または非金属の耐久性の繊維から形成された織布層を備える、シーリングエレメントである。

以下の図面およびこれらの図面を参照することによってなされる詳細な説明に概説される本発明の構造的かつ独特の特徴および全ての利点は、明瞭に理解されるであろう。したがって、これらの図面および詳細な説明を考慮して評価がなされるべきである。

本発明の構造および付加的な要素によるその利点を包括的に理解するために、以下の図面と共にそれを評価する必要がある。

本発明のシーリングエレメントの三次元の図である。 本発明のシーリングエレメントの側面図である。 本発明のシーリングエレメントの正面図である。 シーリングエレメントにおいて織布層を使用して平坦なシートの間の間隙を閉鎖する図である。 シーリングエレメントにおいて織布層を使用して、圧延された端部を備える金属シートの間の間隙を閉鎖する図である。 圧延された端部を備える金属シートと、金属シートの間に配置された織布層との詳細図である。 １つのローラによって織布層を形成するプロセスの図である。 ２つのローラによって織布層を形成するプロセスの図である。 織布層の製造において使用することができる織りパターンのサンプルの図である。

この詳細な説明では、シーリングエレメント（１）の本発明の好ましい構造が、主題をより良く理解することのみを目的に、いかなる限定的効果もなしに説明される。

本発明は、主に、ガスおよび蒸気タービン、航空機エンジンなどのエネルギセクタの様々な機構に含まれる高速ロータおよびブレードなどの回転エレメント（８）の運動中に周囲に形成される高圧ゾーン（Ｙ）と低圧ゾーン（Ｄ）との間の流れ方向（Ａ）に向かう漏れ流の量を減らすために使用されるシーリングエレメント（１）における改良に関する。図１は、関連するシーリングエレメント（１）の三次元図を示している。これによれば、全般的な状態を備えるシーリングエレメント（１）は、
・流れが金属シート（２）に直接かつ不規則に衝撃を与えることを防止する、漏れ流の高圧側（Ｙ）に配置されたフロントプレート（４）と、
・差圧により金属シート（２）において発生する明確な力に遭いながら金属シート（２）に機械的支持を提供する、漏れ流の低圧側（Ｄ）に配置されたバックプレート（５）と、
・漏れを防止するために、回転エレメント（８）の周囲にフロントプレート（４）とバックプレート（５）との間に一列に並んで配置された金属シート（２）と、
・流れの間に金属シート（２）における振動を減衰させかつ漏れの量を減らすために金属シート（２）の間に配置される、様々な形状およびパターンで織られた、金属および／または非金属の耐久性繊維から形成された織布層（３）と、
を有している。

シーリングエレメント（１）を形成するフロントプレート（４）、バックプレート（５）および金属シート（２）は、溶接または類似の結合方法によって接続される。

本発明のシーリングエレメント（１）における改良は、金属シート（２）の間に配置された織布層（３）の構成である。織布層（３）は、金属またはその他の耐久性材料から製造された繊維から様々なパターンおよび形状で織ることができる構造である。図９は、織布層（３）において使用することができる織りパターンの複数の例を示している。図２は、本発明のシーリングエレメント（１）の側面図を示している。図２から、回転エレメント（８）上に並んで配置された金属シート（２）および織布層（３）の構成をより明瞭に観察することができる。図３は、前方プロフィルからのシーリングエレメント（１）の断面図を示している。図３中の断面において、高圧ゾーン（Ｙ）と低圧ゾーン（Ｄ）との間の漏れ方向（Ａ）を見ることができる。

等方性の材料特性を有する金属シート（２）とは異なり、設計された織布層（３）は、半径方向において可撓性の構造を有している。金属シート（２）の間に配置された織布層（３）により、これらは、振動効果を減衰させる能力が提供されている。この点において、シーリングエレメント（１）は、半径方向においてより安定した構造を有している。

金属シート（２）から成るシーリングエレメント（１）に織布層（３）を加えることによって、シート金属（２）の抵抗およびシーリング性能が改善された。

このために、金属シート（２）が回転エレメント（８）の表面に同心状に配置されているとき、金属シート（２）の間で外径に向かって次第に開放する間隙をカバーするように形成された織布層（３）が設計される。

本発明のシーリングエレメント（１）における織布層を製造する方法は、以下のとおりである。

まず、織布層（３）は、図７に示すように、平坦な面上でテーパローラ（１０）を用いて一方の端部からプレスされるか、または図８に示すように、角度の付いたレイアウトを形成するように２つのローラ（１０）を用いて両端部からプレスされる。次のステップでは、設計パラメータが作動条件にしたがって設定された、シーリングエレメント（１）内の金属シート（２）が製造される。回転エレメント（８）と接触する金属シート（２）の端部は、直線的なまたは湾曲した形状に製造することができる。図６は、折り曲げられた金属シート（２）と、織り合わされた織布層（３）との構造の詳細図を示している。図６に示したように、折り曲げられた端部（２．１）を含む金属シート（２）のこの構造により、回転エレメント（８）における摩耗の量が減少し、より良い空気力学的な持上げ力が金属シート（２）上で達成される。

金属シート（２）および織布層（３）の製造後、金属シート（２）および織布層（３）の対は、図４に示すように、直線的に配置され、回転エレメント（８）の表面に対して同心状になるように形成される。準備された織布層（３）および金属シート（２）の対は、溶接などの方法を用いることによってスペーサ（７）に接合される。シート金属（２）の間の所望の間隙を調節するために使用される部分としてのスペーサ（７）の機能は、織布層（３）によって達成することができる。したがって、シーリングエレメント（１）は、スペーサ（７）を用いることなく構成することもできる。直線軸に沿って接合された織布層（３）、金属シート（２）およびスペーサ（７）が、リング状に所望の半径で曲げられた後、両端部で互いに固定される。これにより、回転エレメント（８）の周囲に円形の構造が形成される。

シーリングエレメント（１）の製造は、完全なリングの形状に配置された織布層（３）、金属シート（２）およびスペーサ（７）を、バックプレート（４）、フロントプレート（５）および支持リング（６）と組み合わせることによって完了する。

シーリングエレメント（１）において、シート金属ローラ機械および／または類似の機器によって、回転エレメント（８）に近い端部を圧延することによる金属シート（２）の製造も、上記で説明されている。図５は、織布層（３）を使用することによって、折り曲げられた端部（２．１）を備える金属シート（２）の間の間隙を閉鎖する図を示している。

シーリングエレメント（１）における織布層（３）の構造により、差圧がある場合に、金属シート(２)の振動によって誘発される変形が、最小レベルにまで減少した。織布層（３）により、シーリングエレメント（１）は、半径方向におけるその弾性を失うことなく、より安定した構造として利用される。

１ シーリングエレメント
２ 金属シート
２．１ 圧延された端部
３ 織布層
４ フロントプレート
５ バックプレート
６ 支持リング
７ スペーサ
８ 回転エレメント
１０ ローラ
Ａ 流れ方向
Ｄ 低圧ゾーン
Ｙ 高圧ゾーン

Claims (3)

1. 流れが金属シート（２）に直接かつ不規則に衝撃を与えることを防止するフロントプレート（４）と、金属シート（２）に機械的支持を提供するバックプレート（５）と、を備えるシーリングエレメント（１）であって、金属シート（２）は、高速回転ロータ、フラップとしての回転エレメント（８）の運動中に周囲に形成される高圧ゾーン（Ｙ）と低圧ゾーン（Ｄ）との間の流れ方向（Ａ）における漏れ流の量を減らすために、回転エレメント（８）の周囲でフロントプレート（４）とバックプレート（５）との間に一列に並んで配置されている、シーリングエレメント（１）において、
   流れの間に金属シート（２）における振動を減衰させかつ漏れの量を減らすために、金属シート（２）の間に配置される、様々な形状およびパターンで織られた、金属および／または非金属の耐久性繊維から形成された織布層（３）を備えることを特徴とする、シーリングエレメント（１）。
2. 回転エレメント（８）とのあらゆる接触の場合に摩耗の量を減らすために、前記回転エレメント（８）と接触する前記金属シート（２）の部分に、折り曲げられた端部（２．１）を有することを特徴とする、請求項１記載のシーリングエレメント（１）。
3. 前記織布層（３）の１つの縁を前記金属シート（２）の間に配置することができるように、前記織布層（３）の１つの縁に、単一のローラ（１０）を用いてまたは２つのローラ（１０）を通して押し潰されることによって形状が与えられていることを特徴とする、請求項１記載の織布層（３）の製造方法。

Images