JPS5963306A - 摩耗可能シ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は摩耗可能なシールとシール月利に関し、特に、
ハロゲン化炭化水素を含む改良された非金属製摩耗可能
シールに関゛リ−る。

先行技術の説明 ガスタービンエンジンの効率は、回転部祠と静止部材と
の間の空気漏れの防止（こ少なくと５部分的に依存する
。例えば、カスタービンエンジンにおいてジュラ・クド
と並設した動翼部材によつ（°流入空気が圧縮されるよ
うな］−ンジンの前１ｊ作動部では、様々な漏止め手段
を用いることによ−）で前記エンジン部内の圧縮空気ま
たは畠圧空気の低１１−。

域への漏れが防止されてぎた。このような漏止め手段は
、様々な金属構造体、例えは、ハニカｌ＼、ラビリンス
シール歯、金属製の繊維室Ｊ：たは多孔質部材等を含む
。加えＵ、１９７０年１２月１′、）Ｅ１付の米国特許
３５４７４５５号に記載されているような摩耗可能月利
月料と、１９６７年９月５日イ］の米国性ｉ　３３３９
９３３号に記載されているような高温用酸化物月利が用
いられできた。これらは、１ＦＩＩ’）Ｊの外端にａ３
いＣあるいは外端と並置して用いうるちのであり、また
、様々なミツトスパン部材、ラビリンスシール歯等と協
働するように用いうるちのである。

カスタービンエンジンの比較的低温の作動部では、軽量
の摩耗可能有機材料で作りうるような低温用作動シール
を用いると便利である。このような月利は通常のエンジ
ン運転状態において摩耗可能月利として良好な性能を発
揮してきた。しかし、土ンジン不平衡の場合、このよう
な有機材料が比較的多量にしかも急速にこ１つ取られそ
して可燃生成物としてエンジンの高温作動部に送り込ま
れる可能性があり、その結果、急速なエネルギー放出に
よる火災とエンジン破損が生ずるおそれがある。

注Ｊし列遷」Ｌ 本発明の目的は、比較的低い燃焼熱および部材表面を通
過する流体、たとえば空気、に対する耐浸食性を右づる
という特性を兼備する軽小の摩耗可能密封部材を提供す
ることである。

本発明の他の目的は、並設の突起と共用する上記のよう
な摩耗可能密封部材を含み、並設の突起と摩耗可能密封
部材とが協働して流体圧力降下密封をもたらずような回
転シールを提供することである。

上記および他のＬｌ的と利点は詳しく後述するように好
適実施例と添付図面からより良く理解されＪ：う。なお
、これらの実施例と図面は本発明を例示するものであっ
てその範囲を限定するものひはない。

簡略に述べると、本発明の一態様はペース部材と、それ
に固着した非金属の摩耗可能月利とからなる摩耗可能密
封部材である。この摩耗可能部々Ａは、少なくとも約６
０重（イ）％のハＩＺＩゲン、りｆましくはフッ素、を
含むハ［丁１ゲン化炭化水素からなり、少なくとも約４
０重量％、好ましくは５０〜９０車ω％の固体金のを有
し、１ボンド当り約４０００　Ｂ　’Ｉ　ＬＪ以上の燃
焼熱を有り−る。

本発明の他の態様は、並置されそし−Ｃ互いに相対的な
動きをづるようになっている第１部ｖＵＪ３よび第２部
材を含む回転シールとしＣ存する。第１部材には前記ハ
［１グン化炭化水素の摩耗可能非金属月利が固着されＣ
いる。第２部材は少なくとも１個の突起を有し、この突
起は第１部材に取イ・１りた摩耗可能材料に向りられ、
かつ摩耗可能材料の一表面と協働し−Ｃ両部月間に流体
、例えば空気、の圧力降下密封をもたらず。

好適実施例の説明 比較的多作の摩耗可能密封有機材１！８１、例えば、中
空のフェノール系微小球体を満たしたエポキシ樹脂をガ
スタービンニＬンジンの高温作動構造部内に取込むこと
は、従来、急速なエネルギー放出にＪ：る破損をひき起
こした。従って、このような摩耗可能材料を比較的低い
燃焼熱を有りるものと取換えることが必要であった。摩
耗可能有ＵＮ　Ｉ、Ｊ料を開面ハニ］ムと交換すること
はエンジン効率を低下さ°せた。代わりの材料は、所要
の比較的低い燃焼熱に適合覆るように十分低い重量含量
の炭素と水素を含有する必要があることがわかっている
。

また、それは金属材料より低い密度のものＣ゛あり、し
かも有機材料の摩耗、浸食特性を保持り−るものである
ことが好ましかった。加え−Ｃ代わりのＨ石は製造と通
常の摩耗後の修理が容易であることか望ましかった。

本発明によれば、比較的低い摩擦特性をｂつために使わ
れてきたある種の材料を、その炭素と水素の重量百分率
が低い故に摩耗可能材わ１としＣ用いうることがわかっ
た。この種の材料はハ］−１グン化炭化水素であり、そ
の最も酋通の種類のｂのはデｌ〜ラフルオロエチレンと
゛して市販されている。

その例どしてテフロン（１ｅｒｌｏｎ　）　＋Ａ　利ま
たは１（ｅｌ−ＦＵ料がある。本発明によれば、少なく
とも約６０重量％のハ１］ゲンをｅ　するこのＪ、−）
＜Ｃハ【」ゲン化炭化水素は、摩耗可能密封部分とし′
Ｃ適用されるために必要な燃焼熱の条イ′１に合致（Ｊ
るに十分低い重■の炭素と水素を右ツることが確認され
Ｃいる。

固体の八［」グン化炭化水素をこのような用途に使える
が、航空機用にはハロゲン化炭化水素の多孔質料￥＋１
を用いて比較的低い密度と軽舟の材料を得ることが好ま
しい。上述の具体例テトラフルオロエチレンは好適な市
販品である。なぜなら、それらは約７０〜８０重齢％の
範囲のフッ素を含有しそして１ボンド当り約２２００８
　Ｔ　ｔＪの燃焼熱を右するからである。このような材
料の密度は固体状態で１立方フイー１〜当たり約１３５
ボンドＣある。ただし、体積で約５０％の固体と５０％
のボイドとを有りるテトラフルオロエチレンでは１立方
フイート当たり約７０〜７５ポンドの好適密度が冑られ
る。なおボイドの大部分ははと／υど連続している。本
発明の評価中に確認されたことは、約４０％未満の固体
含量が、本発明にＪ３りる使用に望ましくない浸食特性
をもたらずとい・うことで゛ある。

また、本発明の評価中、デフ【」ンの多孔質材料を本発
明と関連りる評価の！こめに市販品としＵ　（Ｕだ。こ
の材料の密度は、空気と水の中での重量測定によれは７
０〜７５　ｌｂ／ｆｔ３　　（ボンド／＼“Ｉ万フィー
ト）ｒ：′ある。パー・ボム（））　ａｒｒ　Ｂ　ｏｍ
ｂ　）法によって測定した燃焼熱は２２００　Ｂ　−Ｉ
’　Ｕ　／Ｉｂ（ある。この材料のりぐれた耐浸食性は
Ｍ２Ｏ３粗粒を用いて測定した。この粗粒は平均粒度七
）６ミクＬ１ンを有し、ノズルから２８ｐｓｉの圧乃Ｃ
試験ハに向りられ、そのノズルは２０°の角度を４１シ
、試験片から４インチ離れでいた。この特定試験片の標
準化された浸食は、密度が約７１〜７７１ｂ、／［［３
の範囲にある試験片に対しＵｌ、７４−　１゜９３　ｓ
ｅｃ　／ｍｉｌであることがわかった。

摩耗可能性に関連しで、合金製動ＩＫとラビリンスシー
ルをデフ【」ンの多孔賀祠利ハに対しＣ００１ｍｉｌ／
ｓｅｃの摩擦速度で１Ｑ□＋＋＋ｉｌの１ｄ終深庶に達
するまＣ擦らＵたが、その際、デフ【」ン祠利片に接触
りる動翼またはシールの先端部の摩耗は測定しうる程の
ものＣはなかった。

厚耗可能密封＋Ａ利の火災または爆発１”ｊ竹を測定づ
るために、デフ１」ン粉末（−６００メツシユ）が高周
波アークの存在の下で圧力１９ｐｓｉｏのバー１〜マン
（）−１ａｊｔｍａｌｌ）管内に置かれた。テフロン粉
末の点火も圧力上背も起こらなかった。別途め評価どじ
で、同一粒度のデフ［１ン粉末を自己点火環境の下で１
０００下と２００１１ｓｉＵで働く火災１−ンネルに２
４人し−Ｃみたが、テフロンは点火せず、圧ツノ」二ｙ
？も起こらなかっｌこ。

これらのデータかられかることは、少なくとも約６０重
量％のフッ素含量を右するア１〜ラフルＡ■」ニヂレン
によっＣ代表されるハし１グン化炭化水素は、それが箸
しく分解を始める温度、例えば約６５０　’ＦまＣ゛、
ガスタービンエンジン環境においＣＩ９！耗可能密封祠
１１とし−Ｃ機能しうることＣ゛ある。

デフ１」ン多孔質倒斜のような市販の多孔質月利の密度
は意図した用途に応じて選択される。多孔質デフロンは
、例えば、速度３００〜５００表面フィート／分、送り
約０．００３インチ／パスで正レーキ角を１０°にしで
単点高速度工具を用いＣ容易に機械加１ニジうるものＣ
ある。所望に応じ、機械加工された表面は研摩布で軽く
こりることににって一層滑らかになる。

このよう４Ｔハロゲン化炭化水素をベースまたは・裏打
ち部材、例えばシュラウドまたはシールといった一要素
に固定りるために幾秤かの周知の１段を用いつる。機械
的手段に加えて、様々な接着材料、例えば、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂等を意図した適用温度に応じて用い
うる。ハ【−］ゲン化炭化水素は摩耗リベきものぐある
から、一般にこのような接着材料を用いる時表面処］！
！１を前ｆ）−、＞で１−ｊつでも行わなくＣもハに１
グン化炭化水素の接７１強度はハロゲン化炭化水素それ
自体より強い。所望の場合とか製造に便利であれば、こ
のような１８着のために適当な材料の接着膜を用い・）
る。組立ては、当業界ひ用いられる従来の方法、例えは
、真空袋を適当な圧力Ｊ３よび温度ど共に用いることに
よって達成される。このよう’ｔ７　ｊＪ法は様々な材
料、例えばプラスデック対プラスチックＪ、たはプラス
デック対金属の接着にＪ３いく長い間用いられてきた。

−特定例において、１９さ約０　、　１　！′〕０イン
チのテフロン多孔質材料を金属−シュラウド部材に接着
りるのにエポキシ接着樹脂からなる支持膜を使用した。

この膜は様々な種類のものがメ１〜ル・ボンド（Ｍｅ劃
側　Ｂａｎｄ　）　３２８暑オ￥；１ま１こはハイゾル
（ｌ−１ｙｓｏｌ　）　Ｅ　Ａ　９６’４’９　Ｒ材料
としＣ市販され（いる。　図面に関し°Ｃ説明すると、
第１図は動翼部材１２と協働づ−るシュラウド１０のよ
うな第１部口またはベース部材の態様の回転シールの断
片的な部分断面斜視１図である。これらの部材はＨいに
相対運動をりるようになっＣおり、例えば、動翼部材１
２が回転する。動翼部材１２は、表面１７を有す゛る摩
耗可能なハロゲン化炭化水素の多孔質月利に向【ブられ
かつそれに並設されたダ起または先端部１４を含む。前
述のように、このような材料は、所望に応じ、機械的固
定手段の他に種々の接着剤と接合材料によって第１部口
の金属製裏当０部に固着されうる。このような部材の動
作中、突起または動翼先端１４と多孔賀摩耗可能部材１
６の表面１７とは互いに平行に動いて両部材間に空気圧
力降下密封をもたらり。

第２図は本発明の他の態様であるラビリンス型シールの
断片的断面図である。多孔質ハロゲン化炭化水素の態様
の前記摩耗可能非金属月利は旬号１６の箇所に設りられ
、ラビリンスシール部材１８の突起または歯と平行にそ
れらど協働りるＪ、うに第１部材２０に固着されて回転
シールをなす。

前述のように、本発明と関連するＩ￥耗可能非金属部部
材、第３図の断片断面図にＪ３いてここＣ示した固体状
の実質的にボイドの無い外側または表面の部分または膜
と、それに固着された、多数の孔２６を有する多孔質構
造体の形態の内側部分２４とを有刃る複合非金属構造体
の形態をとり得、全体がベース部材または第１部月２０
に固着されている。第３図の複合摩耗可能構造体は、１
Ｑまたは薄板２２を接着しつる上述の多孔質ハ【−ｌゲ
ン化炭化水素、たどえばデフし１ン祠才）１を用い−Ｃ
設（）うるもの、ぐある。約１Ｏ−２５ｐｓｉａ′）範
囲の圧力と約５００〜７００下の温度で材料を圧着りる
ことによって拡散接合を達成しうる。

第３図に示したような構成は、減＾ｌのために６Ｏ体積
％のボイドを含みうる摩耗可能ハロゲン化炭化水素材料
の耐浸食性をさらに改善する。当業者に理解されるよう
に、摩耗可能部材の厚さは重要ぐはない。なぎなら、摩
耗−するのは表面部分だからである。従って、材料の厚
さは用途によって選定される。本発明の評価中、約０．
０３〜０゜２０インチの範囲の厚さが試験された。

以上、本発明の特定実施例を説明したが、もらろん、本
発明の範囲において様々な改変が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は摩耗可能蜜月部分を含むシュラウドと協動づる
動翼部材の断片的部分断面斜視図、第２図は非金属摩耗
ｉｉＪ能密封部分を含むラビリンス型シールの断片断面
図ぐある。第３図は本発明と関連りる摩耗可能材料の他
の形態を承り。 主な符号の説明 １０・・・・・・シニｚラウド、 １２・・・・・・動翼部材、 １６・・・・・・摩耗可能多孔質部材、１８・・・・・
・ラビリンスシール、 ２０・・・・・・ベース部材、 ２２・・・・・・表面部分、 ２４・・・・・・内側部分。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　並置されそして互いに相対的な動きをするよう
   になっている第１部月および第２部材と、前記第１部材
   の一表面に固着された摩耗可能非金属材料とから成り、
   前記摩耗可能材料は、（ａ　）少なくとも約６０重量％
   のハロゲンを含むハロゲン化炭化水素と、（ｂ）少なく
   とも約４０重量％の固体含量と、（Ｃ）１ボンド当り約
   ４０００Ｂ］Ｕ以下の燃焼熱とを有し、前記第２部材は
   少なくと５１個突起を含み、前記突起は前記第１部月に
   取（＝Ｊけた前記摩耗可能材料に向けられかつ前記摩耗
   可能ｔｔＡ　ｆｆ１ｌの一表面と階別」して両部材間に
   流体圧力降下密封をもたらづようになっている回転シー
   ル。 （２γ　前記ハロゲンはフッ素で′ある、特許請求の範
   囲第１項記載の回転シール。 （３）　前記フッ素の含量は約７０〜８０重量％の範囲
   にある、特許請求の範囲第２項記載の回転シール。 （４）　前記ハ１］ゲンはテトラフルオ［］Ｉチレンの
   態様をなり、特許請求の範囲第一２項記載の回転シール
   。 （５）　前記摩耗可能材料は多孔賀であり、約５０〜９
   ０重量％の範囲にある固体含量をもつ、特許請求の範囲
   第１項記載の回転シール。 （６）　前記摩耗可能材料は複合構造体Ｃ′あり、この
   構造体は内側部分と表面部分からなり、各部分は前記摩
   耗可能非金属材料の一形態であり、前記内側部分は前記
   第１部月に固着された特許′［請求の範囲第５項の摩耗
   可能多孔質＋Ａｆｉｌであり、前記表面部分は前記内側
   部分に固着された１１ｕ記（Ａわ１の実質的にボイドの
   無い形態である、特許請求の範囲第１項記載の回転シー
   ル。 （７）　ベース部材と、このベース部材に固着された摩
   耗可能非金属部＋洛とから成り、前記摩耗可能非金属部
   材は、（ａ　）少なくとも約６０重ｌｉｔ％のハロゲン
   を含むハ［］グン化炭化水素と、（１））少なくとも約
   ４０重量％の固体含量と、（Ｃ）１ボンド当り約４００
   ０８ＴＵ以下の燃焼熱とを有する、摩耗可能密封部材。 （８）　前記ハロゲンはフッ素である、特許請求の範囲
   第７項記載の密封部材。 （９〉　前記フッ素の含量は約７０〜８０重量％の範囲
   にある、特許請求の範囲第８項記載の密封部材。 （１０）　前記ハロゲンはテトラフルオロエチレンの態
   様をなり一１特許請求の範囲第８項記載の密封部材。 （１１）　前記摩耗可能非金属部材は多孔質であり、約
   ５０〜９０重量％の範囲にある固体含量をもつ、特許請
   求の範囲第７項記載の密封部材。 （１２）　前記摩耗可能非金属部材は複合構造体であり
   、この構造体は内側部分と表面部分からなり、各部分は
   前記摩耗可能非金属材料の一形態であり、前記内側部分
   は前記第１部月に固着された特許請求の範囲第１１項の
   多孔性摩耗可能部材であり、前記界面部分は前記内側部
   分に固着された材料の実質的にボイドの無い形態である
   、特許請求の範囲第７項記載の密封部オＡ。