JP5416769B2 - 押出防止ガスケット面シール - Google Patents

Description

この発明は、一般に流体継手に関し、より詳細には流体継手用のシール機構に関する。

ある種の航空機用ガスタービンエンジンは、通常より高い圧力で作動する流体システムを用いており、したがって、漏洩を起こし易い。たとえば、ある種の適用例では、２８ＭＰａ（４０００ｐｓｉ）の燃料が、多数のエンジンアクチュエータを作動させる作動流体として使用されている。高圧および大流量のために、４ボルトフランジの面シールとして周知のタイプの継手が、様々な構成要素間の流体接続を行うために使用されている。押出解析に基づいて、標準タイプのシールは、フランジがシールから浮き上がるのを防ぐために、中圧システムに通常使用されるフランジより厚いフランジを必要とする。この厚目のフランジは、構造全体の重量を増し、それでもなお、組み立て中にフランジを適切に締結しないと、シールが不具合を起こし易い。

従来、４ボルトフランジの面シールは、２つのタイプのシール構造の１つを組み入れている。その２つのタイプは、（１）米国４４１２４オハイオ州クリーブランドのＰａｒｋｅｒ Ｈａｎｎｉｆｉｎ Ｃｏｍｐａｎｙによって商標名ＧＡＳＫ−Ｏ−ＳＥＡＬの下に販売されているもののような、金属とエラストマーの複合フランジガスケット、または（２）合わせバックアップリング付き遊合Ｌ字形断面エラストマーシールである。標準的フランジガスケットは、両面にエラストマーシールを有する金属製保持板から構成される。シールは、保守整備および組立を簡単にするために保持板に恒久的に取り付けられている。一方の側のシールはフランジに押し付けられ、他方のシールは、対合する構成要素またはフランジに押し付けられる。フランジガスケットタイプ構造の不利な面は、高圧下で限界があり、シールの押出を防ぐために小さな空隙を維持する必要があることである。これは、フランジの撓みを抑えるために厚く剛なフランジ連結部を必要とする。

遊合Ｌ字形エラストマーは、対合する構成要素またはフランジのシール箱内に配置される。次いで、フランジが、シールに被せて締結されて、シールに圧縮力を加える。この構造は、シールがシール箱内に装着されていることを確認できる視覚表示が存在しないので、保守整備性を制約する。シールはまた、バックアップリングがシール箱の底に来るようになる逆向きに装着されて、作動中役に立たなくなる可能性もある。このタイプのシールはまた、適切に作動させるためには、フランジにシール箱を精密に機械加工する必要がある。

米国特許第２００２／０３０３２６号

従来の技術のこれらおよび他の欠点が、統合的押出防止機構を組み込んだボルト締めフランジガスケットシールを提供する本発明によって対処される。

一態様によれば、流体継手用のシールアセンブリが、（ａ）表裏に第１の面および第２の面を有するほぼ平らで実質的に剛なシール保持具であって、第１の面に形成された第１の環状溝を有するシール保持具と、（ｂ）第１の溝内に配置された第１の弾性シールと、（ｃ）第１の弾性シールの半径方向外側寄りに配置され、第１の弾性シールに固定された第１の環状バックアップリングであって、第１の弾性シールより実質的に硬い第１のバックアップリングとを備える。

本発明の別の態様によれば、流体継手が、（ａ）それを貫通する孔を有する第１のフェルールであって、その一方の端部にシール面が配置されている第１のフェルールと、（ｂ）それを貫通する孔を有する第２のフェルールであって、その一方の端部にシール面が配置されている第２のフェルールと、（ｃ）両フェルールの両シール面の間に締結されたほぼ平らで実質的に剛なシール保持具であって、表裏に第１の面および第２の面を有し、各面が、その面内に形成された環状溝を有する、シール保持具と、（ｄ）それぞれの溝内に配置されたシールリングであって、（ｉ）環状弾性シール、および（ｉｉ）弾性シールの半径方向外側寄りに配置され、弾性シールに固定された環状バックアップリングであって、弾性シールより実質的に硬いバックアップリングを備えるシールリングとを具備する。

本発明は、添付図面と併せて以下の説明を参照することにより、最も良く理解されるであろう。

本発明の態様によって構成された流体継手の側面図である。 図１の流体継手の半断面分解組立図である。 図１に示されたシールアセンブリの透視図である。 図３のシールアセンブリの半断面図である。 組立状態の配管継手の拡大半断面図である。

同一の参照番号は、様々な図全体に亘って同じ要素を表示する図面を参照すると、図１は、第１のフェルール１４に連結された第１の導管１２と、第２のフェルール１８に連結された第２の導管１６とを備えた流体継手アセンブリ１０を示す。シールアセンブリ２０が、フェルール１４と１８との間に配置されている。フェルール１４および１８は、１対の板状フランジ２２と２４との間に一体に締結され、フランジ２２と２４は図示のボルト２６などの締結手段によって固締されている。図示の例では、第１の導管１２および第２の導管１６は、ガスタービンエンジンの高圧油圧作動流体として使用される、たとえば約２８ＭＰａ（４０００ｐｓｉ）の流体を移送する金属配管を構成する。本発明の原理は、信頼性の高い流体用面シールが必要なところにはどこにでも適用可能である。

図２は、流体継手１０の構成要素の半断面分解組立図である。第１のフェルール１４は、実質的に剛であり、鋼またはアルミニウム合金などの材料から製作することができる。第１のフェルール１４は、第１の端部３０および第２の端部３２を有するほぼ円筒形の本体２８と、それを貫通する中央孔３４とを有する。シール面３６は、第１の端部３０に配置される。環状リム３８が、本体２８から半径方向外向きに延出する。周知のタイプのパイプまたは管であり得る第１の導管１２は、第１のフェルール１４の第２の端部３２に、たとえば締結具、接着剤、または熱もしくは音波接合を用いて流体密封接合状態に接合される開放端部４０を有する。図示の例では、第１の導管１２と第１のフェルール１４とは、突合せ溶接によって接合されている。

第２のフェルール１８および第２の導管１６は、それぞれ第１のフェルール１４および第１の導管１２と構造上同一であり、それらは互いに同様に接合される。

図３および４は、シールアセンブリ２０の構造を示す。シールアセンブリ２０は、表裏の第１の面４４および第２の面４６と、流体を流す中央孔４８とを有し、実質的に剛で、ほぼ平らなシール保持具４２を備える。シール保持具４２に適切な材料の例には、鋼およびアルミニウム合金が含まれる。環状溝４８および５０が、第１の面４４および第２の面４６にそれぞれ形成されている。同一のシールリング５２が、溝４８および５０内に配置されている。

シールリング５２は、弾性シール５６と、バックアップリング５８とを備える。弾性シール５６は、作動中に出会うと想定される物理的および化学的状態に適合可能な任意の弾性材料から製作することができる。高圧液体炭化水素燃料に使用することを意図する図示の適用例では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ化炭素ポリマーが、適切な材料の一例である。弾性シール５６の硬度（デュロメータ）等級は、用途に応じて変わり、低環境温度が想定される場合には柔らか目の材料が使用される。図示の例では、弾性シール５６は、ショア「Ａ」スケールで約７５の硬度を有する。弾性シール５６は、断面でほぼ「Ｌ」字形であり、半径方向脚６０と、軸方向脚６２とを有する。軸方向脚６２は、凸状の丸い先端を有し、シール保持具４２の第１の面４４から自由状態で突出する寸法になっている。突出量は、流体継手１０が組み立てられたときに所望される圧縮量によって決定される。

バックアップリング５８は、半径方向脚６０および軸方向脚６２によって形成される「角部」内に配置される。バックアップリング５８は、弾性シール５６に固定される。２つの構成要素を固定する適切な方法の例には、締結具、接着剤、熱または音波接合、および弾性シール５６とバックアップリング５８の同時成形が含まれる。バックアップリング５８は、弾性シール５６が圧力を受けて流体継手１０の構成要素の間に押し出されるのを防止するために、弾性シール５６より硬く作られる。図示の例では、約９０ショアＡ以上の硬度を有するあらゆる材料が、この目的を満たしている。多くの周知のプラスチックおよび金属が、この硬度要件を満たすことができる。

任意選択で、シールリング５２は、たとえば締結具または接着剤を用いて溝４８および５２内に固定することができる。これは、シールアセンブリ２０を一体ユニットにする。

図５は、組立状態の流体継手１０を示し、シールアセンブリ２０が、第１のフェルール１４と第２のフェルール１８との間に締結され、第１のフェルール１４および第２のフェルール１８は、さらに、フランジ２２および２４によって締結されている。シールリング５２が、溝４８および５０内に配置されている。弾性シール５６は圧縮され、バックアップリング５８は、弾性シール５６の外側寄りに配置され、それによって、弾性シール５６が外に向かって押し出されるのを防止することができる。上記の通り、バックアップリング５８は弾性シール５６に固定されているので、バックアップリング５８がシールアセンブリ２０から不注意で外されることは起こり得ない。さらに、弾性シール５６のＬ字形断面本来の形によって、弾性シール５６が逆向きに装着されれば即座に明らかになる。シールリング５２がシール保持具４２固定された場合には、シールリング５２がアセンブリから外されることは起き得ない。シールアセンブリ２０は対称であるので、流体継手１０の誤組立はさらに起こり得ない。

上記のシールアセンブリには、従来技術のフランジシールと比較していくつかの利点がある。すなわち、（１）管継手重量の軽減、（２）シールの信頼性の向上、（３）シールが適切に装着されていることの視覚確認の容易化、（４）シールの誤装着による整備起因不具合の低減、（５）最小限の部品を使用することによる整備性の向上、および４ボルトフランジの製造プロセスの簡略化によるコストの低減である。これらの利点により、より軽く、より保守整備性の良い、信頼性が向上したシール構成が可能になる。

上記では、流体継手構成およびシールアセンブリを説明した。本発明の特定の実施形態を説明して来たが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなくそれらの実施形態に様々な変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の好ましい実施形態および本発明を実施するための最良の形態についての上記の説明は、例示の目的のためにのみ提供されたものであり、限定することを目的として提供されたものではない。

１０ 流体継手アセンブリ
１２ 第１の導管
１４ 第１のフェルール
１６ 第２の導管
１８ 第２のフェルール
２０ シールアセンブリ
２２ 板状フランジ
２４ 板状フランジ
２６ ボルト
２８ 本体
３０ 第１の端部
３２ 第２の端部
３４ 中央孔
３６ シール面
３８ 環状リム
４０ 開放端部
４２ シール保持具
４４ 第１の面
４６ 第２の面
４８ 中央孔
４８ 環状溝
５０ 環状溝
５２ シールリング
５６ 弾性シール
５８ バックアップリング
６０ 半径方向脚
６２ 軸方向脚

Claims (19)

1. （ａ）表裏に第１の面および第２の面を有する平らで剛なシール保持具であって、前記第１の面に形成された第１の環状溝を有するシール保持具と、
   （ｂ）前記第１の溝内の半径方向外側寄りに配置され、軸方向および半径方向に延出した脚を有するＬ字形の断面形状を有する第１の弾性シールと、
   （ｃ）前記第１の弾性シールの半径方向外側寄りに配置され、前記第１の弾性シールに固定された第１の環状バックアップリングであって、前記第１の弾性シールより硬く、前記半径方向脚および軸方向脚によって画成される角部内に配置された第１のバックアップリングと、
   を備える流体継手用のシールアセンブリ。
2. 前記第１の弾性シールが前記第１の溝内に固定されている、請求項１に記載のシールアセンブリ。
3. 前記軸方向に延出した脚が、凸状の湾曲した先端を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
4. 前記軸方向に延出した脚が、自由状態で、前記シール保持具の前記第１の面を越えて延出する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
5. 前記第１の弾性シールがフッ化炭素エラストマーを含む、請求項１に記載のシールアセンブリ。
6. 前記第１の弾性シールが７５ショアＡ以下の硬度を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
7. 前記第１のバックアップリングが９０ショアＡ以上の硬度を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
8. 前記シール保持具が、前記第２の面に形成された第２の環状溝を有し、前記シールアセンブリが、
   （ａ）前記第２の溝内に配置された第２の弾性シールと、
   （ｂ）前記第２の弾性シールの半径方向外側寄りに配置され、前記第２の弾性シールに固定された第２の環状バックアップリングであって、前記第２の弾性シールより硬い第２の環状バックアップリングと
   をさらに備える、請求項１に記載のシールアセンブリ。
9. 前記第２の弾性シールが前記第２の溝内に固定されている、請求項８に記載のシールアセンブリ。
10. （ａ）それを貫通する孔を有する第１のフェルールであって、その一方の端部にシール面が配置されている第１のフェルールと、
    （ｂ）それを貫通する孔を有する第２のフェルールであって、その一方の端部にシール面が配置されている第２のフェルールと、
    （ｃ）前記両フェルールの前記両シール面の間に締結された平らで剛なシール保持具であって、表裏に第１の面および第２の面を有し、各面が、その面内に形成された環状溝を有する、シール保持具と、
    （ｄ）前記それぞれの溝内に配置されたシールリングであって、
    （ｉ）溝内の半径方向外側寄りに配置され、軸方向および半径方向に延出した脚を有するＬ字形の断面形状を有する環状弾性シール、および
    （ｉｉ）前記弾性シールの半径方向外側寄りに配置され、前記弾性シールに固定された環状バックアップリングであって、前記弾性シールより硬く、前記半径方向脚および軸方向脚によって画成される角部内に配置されたバックアップリング
    を備えるシールリングと、
    を具備する流体継手。
11. 前記シールリングが前記溝内に固定されている、請求項１０に記載の流体継手。
12. （ａ）前記第１のフェルールを押さえる第１のフランジと、
    （ｂ）前記第２のフェルールを押さえる第２のフランジと、
    （ｃ）前記両フランジを一体に固定する締結手段と
    をさらに備える、請求項１０に記載の流体継手。
13. 前記締結手段が、前記第１のフランジと第２のフランジとを相互に連結する機械的締結具を備える、請求項１２に記載の流体継手。
14. （ａ）前記第１のフェルールと確実に流体連通する第１の導管と、
    （ｂ）前記第２のフェルールと確実に流体連通する第２の導管と
    をさらに備える、請求項１０に記載の流体継手。
15. 各弾性シールの前記軸方向に延出した脚が、凸状の湾曲した先端を有する、請求項１０に記載の流体継手。
16. 前記軸方向に延出した脚が、自由状態で、前記シール保持具の前記面を越えて延出する、請求項１０に記載の流体継手。
17. 前記弾性シールのそれぞれがフッ化炭素エラストマーを含む、請求項１０に記載の流体継手。
18. 前記弾性シールのそれぞれが７５ショアＡ以下の硬度を有する、請求項１０に記載の流体継手。
19. 前記バックアップリングのそれぞれが９０ショアＡ以上の硬度を有する、請求項１０に記載の流体継手。
    

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