JP4888922B2

JP4888922B2 - シール装置

Info

Publication number: JP4888922B2
Application number: JP2010137605A
Authority: JP
Inventors: 徹哉井口; 純弘松
Original assignee: イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP2010249322A

Description

本発明は、板を特殊な形状に成形したシール装置に関する。特に、被密封流体圧力または振動力等の外力または温度による膨張・収縮の変形等により取付面間が変位する取付部品に設けられるシール装置に関する。

組立部品の取付面間にシール装置を取付けてシールする装置において、外力により取付面間が変位すると、この変位によりシール装置のシール能力が低下するために問題となっている。例えば、ガスタービンエンジンに設けられるシールリングが知られている。このシールリングは、タービンエンジンなどに於いて、高温燃焼ガスの熱膨張応力または圧縮ガス圧力或いは回転時の振動力により変形を受ける取付面間に取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。また、ガスタービン、原子力機器等の取付面間は、高温、高圧の作用を受けるので、取付面間の寸法が変位する。この取付面間に取り付けられるシールリングも知られている（例えば、特許文献２参照）。

図７は、特許文献１の図１に開示されたシールリングと類似する。図７において、シールリング１２０は、断面がＵ形状をしたリング体である。また、このＵ形状のシールリング１２０の両端は逆曲部１３２、１３２に形成されている。更に、シールリング１２０は内リング１２２と外リング１２６から成る二重層である。また、内リング１２２の内周は溝１３５に形成されている。

そして、シールリング１２０は、ガスタービンの高圧タービンノズル１１０をシールするために取り付けられる。高圧タービンノズル１１０には、複数のノズルベーン１１２が設けられている。このノズルベーン１１２は、支持フランジ１１８に配置されている半径方向内側バンド１１６に一体に取り付けられている。高圧タービンノズル１１０の内側バンド１１６と支持フランジ１１８とを組み合わせるために、内側バンド１１６と支持フランジ１１８との間にシールリング１２０が取り付けられる。

高圧タービンノズル１１０は、図示省略の上流に設けられた燃焼室から送られた高温燃焼ガス１１４をノズルベーン１１２により回転させながら加速する。この為に、内側バンド１１６と支持フランジ１１８は加熱時間と共に、熱膨張による変形を受ける。熱膨張による変形を受ける内側バンド１１６と支持フランジ１１８の間に取り付けられたシールリング１２０は、内側バンド１１６と支持フランジ１１８の熱膨張による変形により軸方向へ弾性変形する。このとき、シールリング１２０は、Ｕ形状の曲げ中心の接点１２５が支持フランジ１１８に支持されている。同時に、シールリング１２０は、逆曲部１３２、１３２が内側バンド１１６と支持フランジ１１８に接触すると共に、逆曲部１３２、１３２の軸方向間に溝１３４、１３５、１３４が３個所に設けられている。この為に、シールリング１２０の軸方向の弾性変形する範囲は大きくなるが、反対に、シールリング１２０の接点１２５側で弾性に支持されたシール面１３２Ａ、１３２Ｂは、弾性変形が大きすぎて均一な密接力を得ることが困難になる。つまり、シール面１３２Ａ、１３２Ｂの追随性が悪くてシール能力が低下する。

また、断面がＵ形状をした開口側の３個の溝１３４、１３５、１３４のうち、内周側の大きな１個の溝１３５と、その溝１３５の両側における小さな２個の溝１３４の開口側が互いに逆方向となっている。この為に、例えば、流体の圧力を一方から受けた場合にシール効果が発揮されない問題が存する。更に、シールリング１２０には、両方の開口端に逆曲部１３２、１３２を形成する為に、全体の曲げ加工が困難になり、加工コストが上昇する。

図８は、断面がＥ形をしたシールリング２１６である。このシールリング２１６は、断面がＵ形状をした２個の第１環状シール部２２０Ａと第２環状シール部２２０Ｂとを中間部２２５で結合した形である。そして、第１環状シール部２２０Ａと第２環状シール部２２０Ｂの中間部２２５側の間に中間溝２１０が設けられている。また、中間部２２５で結合する第１弾性部２２４Ａと第２弾性部２２４Ｂの先端には、断面が半円状に形成された第３弾性部２２６Ａと第４弾性部２２６Ｂが設けられている。この半円状の第３弾性部２２６Ａ及び第４弾性部２２６Ｂには、外周側に組立部品と接合する円弧面の第１シール面２２２Ａと第２シール面２２２Ｂが形成されている。このシールリング２１６は、中間部２２５から、第１弾性部２２４Ａと第２弾性部２２４Ｂを介して各第１シール面２２２Ａ及び第２シール面２２２Ｂまでの距離により弾性力が発揮される。

しかも、このシールリング２１６は、第１弾性部２２４Ａと第２弾性部２２４Ｂの中間部２２５に対する反対の端部に第３弾性部２２６Ａと第４弾性部２２６Ｂが半円状に形成されているために、第１シール面２２２Ａ及び第２シール面２２２Ｂは組立部品に対し、密接する追随が不安定になる。つまり、中間部２２５を支点とする第１シール面２２２Ａ及び第２シール面２２２Ｂまでの第１弾性部２２４Ａと第２弾性部２２４Ｂの弾性変形力は、中間溝２１０が設けられているために、第１シール面２２２Ａと第２シール面２２２Ｂを常に均一な力でもって組立部品に対し、押圧することが困難になる。このために、第１シール面２２２Ａ及び第２シール面２２２Ｂの追随する密接力が不安定になり、第１シール面２２２Ａ及び第２シール面２２２Ｂのシール能力が低下する。また、シールリング２１６には第５弾性部２２３Ａと第６弾性部２２３Ｂを介して内径の外側に第３シール面２２１Ａと第４シール面２２１Ｂが設けられている。この第３シール面２２１Ａと第４シール面２２１Ｂは、組立部品の取付面間が傾斜した場合に密接させるものであるが、第１シール面２２２Ａ及び第２シール面２２２Ｂと同様に、中間部２２５を支点とするために追随する密接力の範囲が小さくなる。また、シールリング２１６は、２つの受圧溝と中間溝２１０とを関連して機能するように形成しなければならないので、正確な寸法のプレス加工が困難になる。

特表２００２−５２３７１２号公報（図１）特開２００２−５２９０号公報（図１）

本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものである。そして、本発明が解決しようとする課題は、流体圧力、熱応力等の外力によりシール装置を取り付ける取付面間の間隔が変位する場合でも、広い変位範囲にわたりシール能力を発揮させることにある。また、シール構造を機能的にして、加工コストを低減することにある。更に、シール装置の小型化を可能にして、狭い取付面間に取り付けられるようにすると共に、組立コストを低減することにある。更にまた、シール装置のシールする耐久能力を向上させることにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものである。そして、その技術的解決手段は以下のように構成されている。

発明のシール装置は、断面がＵ形状を成して第１湾曲部の一方側に第１弾性部を有すると共に他方側に第２弾性部を有する第１シール部と、第２湾曲部の一方側に第１対称弾性部と他方側に第２対称弾性部を有する第２シール部と、第１シール部の第２弾性部と第２シール部の第２対称弾性部とを連結する結合部と、第１弾性部の第１側面に有する第１シール面と、第１対称弾性部の第２側面に有する第２シール面とを具備し、第２弾性部の側面と第２対称弾性部の側面とを結合部で接触または近接させるものである。

シール装置は、結合部は断面円形状に形成されて内部に環状空間部を有してもよい。

シール装置は、第１シール面と第２シール面の位置が第１湾曲部及び第２湾曲部に対して結合部の位置より長い位置に形成されていてもよい。

シール装置は、第２弾性部の側面と第２対称弾性部の側面が平面に形成されて配列されていてもよい。

シール装置は、シール装置がニッケル基合金板または耐熱合金板で一体に折曲げて形成されていてもよい。

このシール装置によれば、断面がＥ形に形成されて各第１及び第２シール面が第１弾性部と第１対称弾性部の外側面に設けられている。そして、結合部の弾性力により第２弾性部と第２対称弾性部が並列に配列している。この為、取付面間の取付面に接合している第１シール面と第２シール面が外力、熱応力等により互いに圧縮されると、接合面間の接合面を支点にして第２弾性部と第２対称弾性部は、接合している側面が開き角度θ１の角度で変化しながら弾性変形することが可能になる。このときに、各第２弾性部及び第２対称弾性部は、接合面間の位置を変える接合面を支点にして互いに離反または近接するように弾性変形する。この移動する接合面を支点とする作用により、第１及び第２シール面は、取付面間が大きく変位しても、取付面に追随してシール能力を発揮することができる。この為に、第１及び第２シール面は変位するシール能力範囲が大きいから、大きく変位する取付面間であっても追随してシール効果が発揮できる効果を奏する。

更に、第１及び第２シール面は結合部が支点でＵ形状に曲げられた第１側面及び第２側面に形成されているから、結合部から各シール面までの長さが全体で長くなり、第２弾性部及び第２対称弾性部の長さが短くとも、各シール面の面圧方向の変位が大きい範囲で変位できる。この為に、第１及び第２シール面が、温度による変形、圧力の作用による変形、振動力による変形等に対してシール能力が発揮できる効果を奏する。更に、シール装置は、結合部を支点にして第１弾性部と第１対称弾性部の長さにより各シール面の変位を決めることができるから、全体が小型にできる。また、第２弾性部と第２対称弾性部の間の接合面間が接合または近接状態に形成されているから、シール装置の寸法精度を必要とせず、加工コストを低減できる。尚、第２弾性部と第２対称弾性部の間の接合面間が近接状態とは、各シール面を押圧して第２弾性部と第２対称弾性部が開き角度で弾性変形したときに、接合面間の側面の一部が互いに接合する近接範囲である。

結合部が円形状に折曲げられて内部が環状空間部に形成されている場合には、第２弾性部の側面と第２対称弾性部の側面が接面または近接した状態で配列できる。更に、第２弾性部と第２対称弾性部がθ１の開き角度で弾性変形するときには、接合面間の接合面の支点を移動させて第２弾性部と第２対称弾性部がθ１の開き角度を変化させながら弾性変形することができる。このために、各第１及び第２シール面の各取付面に対するシール能力を効果的に発揮させることができる。また、第２弾性部及び第２対称弾性部の長さが短くとも環状空間部を設けた結合部により、第２弾性部及び第２対称弾性部は、θ１の開き角度の変化に応じて弾性変形することが可能になる。このために、シール装置の各弾性部の長さを小さくできるので、小さな取付面間に装着できる効果を奏する。

第１シール面と第２シール面の位置が第１湾曲部及び第２湾曲部に対して結合部の位置より長い寸法の位置に形成されている場合には、各シール面に対する第１弾性部と第１対称弾性部の弾性変形する範囲を大きくできる。しかも、接合面間の接合面を支点とする第１シール面と第２シール面の追随範囲は、第１弾性部と第１対称弾性部の弾性変形する範囲に追随して大きくできる。このために、シール装置の各弾性部が小型にできると共に、取付面の変位に対応するシール能力も向上できる。

第２弾性部の側面と第２対称弾性部の側面が平面に形成されて配列されている場合には、両シール面が押圧されると、第２弾性部と第２対称弾性部の両側面が弾性変形してθ１の開き角度を変化させながら、第１及び第２シール面を取付面に対して密接させることができる。このため、第１及び第２シール面は、取付面に対して密接する能力が向上する効果を奏する。

各シール部がニッケル基合金材製板または耐熱合金材製板である場合には、プレス加工により一体に成形できると共に、耐食性と耐熱能力が向上できる。このニッケル基合金は、高温強度と耐食性に優れた析出硬化型Ｎｉ合金である。この為に、更に、高温（約７００°Ｃ）でのクリープ強度に優れ、しかも、溶接性に優れ、割れも惹起しない効果が期待できる。

本発明の第１実施の形態に係わるシール装置の断面図である。本発明の図１のシール装置を取り付けた液化タンクの一部を示す断面図である。本発明の第２実施の形態に係わるシール装置の取付状態の断面図である。本発明の第３実施の形態に係わるシール装置の断面図である。本発明のシール装置と比較例１のシールリングとの荷重−変位線図である。本発明の各シール装置をガスタービンの一部に取り付けた断面図である。本発明に係わる特許文献１の内容に類似する取付状態のシールリングの断面図である。本発明に係わる特許文献２の内容に類似するシールリングの断面図である。

以下、本発明に係わる実施の形態のシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、設計図を基にした正確な図面である。

図１は、本発明に係わる好ましい第１実施の形態を示すシール装置１の半断面図である。図１に於いて、シール装置１は、内周側に二つの被密封流体の受圧溝が設けてある。このシール装置１は、１枚の板からプレス成形して断面がＥ形に形成された環状体である。また、シール装置１は、断面がＵ形状の第１シール部２と断面がＵ形状の第２シール部１２を対称に結合してＥ形に形成する。第１シール部２は、第１湾曲部２Ｂの両側に第１弾性部２Ｃと第２弾性部２Ａを形成する。また、第２シール部２も、第２湾曲部１２Ｂの両側に第１対称弾性部１２Ｃと第２対称弾性部１２Ａを形成する。そして、第１シール部２に於ける第２弾性部２Ａの側面２Ａ１と第２シール部３に於ける第２対称弾性部１２Ａの側面１２Ａ１を抱き合わせにして接合面間５を形成する。この接合面間５の第２弾性部の側面２Ａ２と第２対称弾性部の側面１２Ａ２との対向する面間は、接触または近接状態にする。尚、この第２弾性部の側面２Ａ２と第２対称弾性部の側面１２Ａ２との近接状態の間隔は、第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１とを互いに押圧したときに、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａが互いに対向する側へ曲げられて接触し、この接触面で第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１とを支持できる寸法範囲である。また、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａの連結領域は、円形状に折曲げて結合部３に形成する。この結合部３には、内部に楕円状の環状空間部４を形成すると良い。しかし、必ずしも環状空間部４を設けなければならないとは限らない。第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａとが、変化する開き角度θ１で弾性変形ができればよい。例えば、環状空間部４を平面状の形で近接状態にしても良い。尚、シール装置１の板厚は、０．１ｍｍから１ｍｍのものを実施例として用いた。また、この板厚の好ましい範囲は０．１５ｍｍから０．７ｍｍにすると良い。この実施例では０．３ｍｍの板厚をプレス加工してシール装置１に形成した。

第１弾性部２Ｃの外周端部側は、円弧状に折曲げて第１シール面２Ｃ１に形成する。更に、第１対称弾性部１２Ｃも円弧状に折曲げて第２シール面１２Ｃ１を形成する。この第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１との間は間隔Ｈである。このシール装置１の間隔Ｈの寸法は、本実施例では、７ｍｍから１０．６ｍｍのものを利用した。また、シール装置１の板厚は０．０５ｍｍから０．８ｍｍのものを利用した。この第１シール面２Ｃ１の中央と、第２シール面１２Ｃ１の中央を通る線Ａ−Ａは、結合部３の中心より内径側にすると良い。尚、図１の線Ａ−Ａは、略結合部３の中心を通る線上に第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１を設けたものである。この実施例では、取付面間の変位に対して第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１が密接して追随することができる。図１は、シール装置１の内周に２つの受圧溝と結合部３を設けた一実施例である。これに対し、図示は省略するが、シール装置１の２つの受圧溝と結合部３を外周側にして環状体に形成しても同様な効果を奏する。更に、シール装置１を直線状の取付面間（取付溝）に取り付ける場合には、一直線状の形のシール装置１にする。本発明のシール装置１は、取付面間の全体形状に応じて環状、直線状、曲線状等に形成することができる。このシール装置１はニッケル基合金材製である。その具体例としては、７６％Ｎｉ−１６％Ｃｒ−８％Ｆｅ合金のインコネルである。このインコネルは加工性に富み、熱間、冷間加工が可能で、しかも、耐食性に優れる。この他に、シール装置１の材質としては、ハステロイＸ、ヘインズアロイ２５、チタン合金などが適している。また、シール装置１は、被密封流体によっては、表面処理をすると良い。表面処理材としては、銀、金、ニッケル、銅、フッ素樹脂を被密封流体の特性に応じて選択すればよい。

図２は図１のシール装置１を航空機器の低温タンクなどの第１組立部品５１Ａの取付用環状溝（取付面間）５０内に装着した半断面図である。そして、被密封流体はシール装置１の内周側に形成された受圧溝に作用する。このシール装置１は第１組立部品５１Ａの第１取付面５１Ａ１と第２組立部品５２Ａの第２取付面５２Ａ１により第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１とを圧接状態に取り付ける。このシール装置１の第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１とを圧接すると、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２は弾性変形して接合面間５が第１離間面２Ａ２と第２離間面１２Ａ２とに開く。この第１離間面２Ａ２と第２離間面１２Ａ２との開き角度はθ１となる。第１組立部品５１Ａと第２組立部品５２Ａは、低温の被密封流体の温度により収縮する変位接合面５１Ａ４と変位取付面５１Ａ２が変位して第１接合面５１Ａ３と第１取付面５１Ａ１になる。この場合は、第１離間面２Ａ２と第２離間面１２Ａ２との開き角度θ１は大きくなる。

この第１接合面５１Ａ３および第１取付面５１Ａ１と、変位接合面５１Ａ４及び変位取付面５１Ａ２とは、外力や熱膨張力に応じて変位するが、この変位に応じて第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１は、接合面間５に於いて接合している接合面（各側面）を支点にして変位することができる。このために、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａが変動して形成される接合面の支点により、第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１とを第１取付面５１Ａ１と第２取付面５２Ａ１の変位に応じて密接に追随することができる。そして、各組立部品５１Ａ、５２Ａの第１取付面５１Ａ１と第２取付面５２Ａ１が変位しても、この変位に応じて追随する第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１は、シール能力を発揮する。尚、説明を省略した符号は図１の符号と同じである。

上述のように構成されたシール装置１は、各組立部品５１Ａ、５２Ａに取り付けられて、２つのＵ形の受圧面に被密封流体が作用する。このとき、シール装置１は、第１シール面２Ｃ１が第１取付面５１Ａ１に密接すると共に、第２シール面１２Ｃ１が第２取付面５２Ａ１に密接して被密封流体をシールする。同時に、第１組立部品５１Ｂと第２組立部品５２Ｂが相対的に変位しても、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａの弾性変形につれて移動する接合面間５の接合面で支持された第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１は、第１取付面５１Ａ１と第２取付面５２Ａ１にそれぞれ密接してシールする。このため、シール装置１は、例え、各組立部品５１Ａ、５２Ａが相対変位しても、被密封流体に対するシール能力を発揮する。

図３は、本発明に係わる第２実施の形態を示す取付状態のシール装置１の半断面図である。図３のシール装置１は、図１の符号と同一であるものは、図１のシール装置１と略同一構成部品である。相違する点は、外周側に被密封流体の受圧溝を設けたものであって、図１のシール装置１とは受圧溝が反対の構成である。そして、このシール装置１をガスタービンの高温セクション３０Ａに於ける第１組立部品５１Ｂの第１取付面５１Ｂ１と第２組立部品５２Ｂの第２取付面５２Ｂ１との間の取付空間部５０に設けられた一実施例である。

図３において、シール装置１は仮想線のように形成されている。このシール装置１を第１組立部品５１Ｂの第１取付面５１Ｂ１と第２組立部品５２Ｂの第２取付面５２Ｂ１との間の取付空間部５０に装着する。実線で示すシール装置１は、装着状態であって、第１シール部２と第２シール部１２とが弾性変形して第１シール面２Ｃ１が第１取付面５１Ｂ１に密接すると共に、第２シール面１２Ｃ１が第２取付面５２Ｂ１に密接する。同時に、第２弾性部２Ａの側面２Ａ１は第１離間面２Ａ２のように弾性変形する。また、第２対称弾性部１２Ａの側面１２Ａ１は第２離間面１２Ａ２のように弾性変形する。そして、第１離間面２Ａ２と第２離間面１２Ａ２との接合面間５は開き角度θ１（図２も参照）で開くと共に、接合面間５の接合している接合面が支点となって第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１の密接を支持する。この接合面間５の接合している接合面の支点は、断面が円形状の結合部３により弾性力が付与されると共に、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａの弾性変形につれて移動し、第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１の密接を保持する。その他の構成は、図２に同一符号で示すように図２と同一構成部品である。

上述のように構成されたシール装置１は、組立部品５１Ｂ、５２Ｂに取り付けられて、２つのＵ形の受圧面に被密封流体が作用する。このとき、シール装置１は、第１シール面２Ｃ１が第１取付面５１Ｂ１に密接すると共に、第２シール面１２Ｃ１が第２取付面５２Ｂ１に密接して被密封流体をシールする。同時に、第１組立部品５１Ｂと第２組立部品５２Ｂが相対的に変位しても、第２弾性部２Ａと第２対称弾性部１２Ａの弾性変形につれて移動する接合面間５の接合面で支持された第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１は、第１取付面５１Ｂ１と第２取付面５２Ｂ１とに、それぞれ密接してシールする。このため、シール装置１は、例え、組立部品５１Ｂ、５２Ｂが変位しても、被密封流体に対するシール能力を発揮する。

図４は、本発明に係わる第３実施の形態を示すシール装置１の半断面図である。図４に於いて、シール装置１は、内周側に被密封流体の受圧溝が設けてある。このシール装置１において、図１と相違する点は、第１弾性部２Ｃと第１対称弾性部１２Ｃが互いに対向する側へ半径Ｒの円弧状に曲げられている。更に、第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１が結合部３より内径側に設けている。その他の構成は、図１に示す符号と同じものは同一構成部品である。

上述のように構成されたシール装置１は、第１弾性部２Ｃと第１対称弾性部１２Ｃの断面が弾性を有する円弧状に曲げられているので、被密封流体の高低の圧力変動に対して第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１の面圧を略均一にすることが可能である。また、第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１が結合部３より内径側にあって、第１湾曲部２Ｂと第２湾曲部１２Ｂから第１弾性部２Ｃと第１対称弾性部１２Ｃを介して結合部３より長い寸法の位置に設けられているので、シール装置１が取り付けられる図示省略した両組立部品の取付面間の変位に対して追随する能力が優れる。このために、シール装置１は、被密封流体のシール能力の向上と共に、取付面間の変位に対して追随し、シール能力を発揮する。

図５は、本発明の図１のシール装置１と比較例の図８のシールリングについて組立部品が高温で相対変位する場合の実験したデータである。尚、各組立部品が低温により収縮する場合も同様な結果となる。図５の符号１と２と３は、本発明のシール装置１を組立部品の取付面間に取り付けた状態での荷重と変位の関係を示す実験データである。また、符号１１と１２と１３は、比較例のシールリングを組立部品の取付面間に取り付けた状態での荷重と変位の関係を示す実験データである。

図５の符号１，２，３は、図１のシール装置１に於いて、第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１の間隔Ｈが７．1ｍｍに形成されている。このシール装置１を図３に示すように取り付けてＨ１＝４．６ｍｍにセットする。そして、取付面間を４．６ｍｍから７．１ｍｍまで変位させて実施状況のように繰り返す。このとき、符号１は最初に変位させた状態の荷重と変位の初期変化である。次に、符号２と符号３は取付面間を繰り返し変位させて第１シール面２Ｃ１と第２シール面１２Ｃ１のスプリングバックが安定した状態の荷重と変位の状態図である。本発明のシール装置１では、取付面間が約１．９ｍｍの範囲で変位しても対応できることが認められる。つまり、スプリングバック（約１．９ｍｍ）が優れていると共に、接合面間５の接合面で支持されるために耐久能力も優れている。

一方、図５の符号１１，１２，１３は、比較例のシールリング２１６の両シール面間を７．１ｍｍの長さに形成し、発明と同一の４．６ｍｍの組立部品の取付面間にセットして発明と同様に実験したものである。その荷重と変位の状態は、図５の符号１１，１２，１３のように変化する。符号１１は荷重と変位の初期の変化である。次に、符号２と符号３は取付面間を実際のように繰り返し変位させて第１シール面２２２Ａと第２シール面２２２Ｂの間隔が安定した状態の荷重と変位の状態図である。比較例のシールリング２１６では、約０．９ｍｍの変位の繰り返しに対応できるが、それ以上の変位に対しては、無理である。つまり、スプリングバックは、約０．９ｍｍまでになる。また、シールリング２１６は、発明のシール装置１よりも早く塑性変形するので、耐久能力を小さくする傾向がある。

図６は、本発明のシール装置１をガスタービンのタービンノズルアッセンブリ付近で各組立部品５１、５２の取付面間に取り付けた断面図である。図６に於いて、回転軸６０に取り付けられた回転ディスク６１にはブレード６２が設けられている。また、流体通路５５には、他のブレード７１が設けられている。そして、図示省略の燃焼室から送られた高温ガスＤがブレード６２、７１を介して回転させられながら加速する。このような構造に於いて、流体通路５５を形成する各組立部品５１、５２をシールするために、各組立部品５１、５２の取付空間部（取付溝）５０にシール装置１が取り付けられる。シール装置１を取り付ける取付空間部５０はプレートである第１組立部品５１の取付面と第２組立部品５２の取付面との間に形成される。この第１組立部品５１と第２組立部品５２は、高温ガスＤの熱による変形や回転軸６０の回転時の振動力を受ける場合には、取付空間部５０が変形するように間隙を設けた構成にされている。この流体通路５５では、各組立部品５１、５２の取付空間部５０を遮断するシール装置１が、３個所に設けられている。このシール装置１は、図１または図３に示す構成のものである。この為に、図１に於いて説明したように、第１組立部品５１と第２組立部品５２が互いに変位しても、シール装置１は、大きな変位の寸法範囲で追随しながら確実に高温ガスＤをシールすることが可能になる。

本発明のシール装置１は、高温、高圧流体または低温ガスが作用する取付空間５０に取り付けられてシール能力を発揮すると共に、耐久能力を発揮する。更に、シール装置１の形状が簡単な構造にできるために、複雑な取付空間部５０の構造であっても、シール装置１が容易に取り付けられて取付作業のコストを低減できる。更に、図６に示すように、組立部品５１，５２の取付空間部５０が微小に変位する構造であっても、このシール装置１により確実にシールすることが可能になる。また、シール装置１は第１シール部２と第２シール部１２との中間を折曲げて結合部３に構成したために、加工精度を下げることができ、シール装置１の加工コストが低減できる。

以上のように、本発明のシール装置は、高温・高圧流体または低温ガスをシールすると共に、各組立部品の取付面間が変位する装置に用いて有用である。特に、タービンエンジン、原子力機器、航空機のタンク等の高温・高圧流体、低温ガスを取付面間に設けてシールするシール装置として有用である。また、小さな寸法の取付面間でもシール能力を発揮するシール装置として有用である。更に、加工コストを低減できるシール装置として有用である。

１シール装置
２第１シール部
２Ａ第２弾性部
２Ａ１側面
２Ａ２第１離間面
２Ｂ第１湾曲部
２Ｃ第１弾性部
２Ｃ１第１シール面
３結合部
４環状空間部
５接合面間
１２第２シール部
１２Ａ第２対称弾性部
１２Ａ１側面
１２Ａ２第２離間面
１２Ｂ第２湾曲部
１２Ｃ第１対称弾性部
１２Ｃ１第２シール面
θ１開き角度

Claims

組立部品の取付面間に密接してシールするシール装置であって、
第１湾曲部の一方側に第１弾性部を有すると共に他方側に第２弾性部を有する第１シール部と、
第２湾曲部の一方側に第１対称弾性部と他方側に第２対称弾性部を有する第２シール部と、
前記第１シール部の第２弾性部と前記第２シール部の第２対称弾性部とを並列に連結するように折曲げられた結合部と、
前記第１弾性部の第１側面に有する第１シール面と、
前記第１対称弾性部の第２側面に有する第２シール面とを具備し、
前記第１シール面と前記第２シール面が押圧され、前記第１シール面と前記第２シール面との間が狭くなるにつれて開き角度が大きくなるように、取付前の状態で、前記第２弾性部の側面と前記第２対称弾性部の側面とを並列に接合面で接触させており、前記接合面間の接合面を支点にして第２弾性部と第２対称弾性部は、接合している側面が前記開き角度で変化しながら弾性変形し、前記第２弾性部及び第２対称弾性部は、前記接合面間で位置を変える接合面を支点にして互いに離反または近接するように弾性変形することを特徴とするシール装置。
前記第１シール面と前記第２シール面の位置が、前記第１湾曲部及び前記第２湾曲部に対して、位置を変える前記接合面の支点の位置より、前記第１シール面の中央と前記第２シール面の中央とを通る線に垂直な方向に沿って長い位置に形成されている請求項１に記載のシール装置。
前記第１シール面と前記第２シール面とを通る線上に前記結合部が設けられている請求項１または２に記載のシール装置。
前記結合部は断面円形状に形成されて内部に環状空間部を有することを特徴とする請求項１に記載のシール装置。