JPS63253127A - シール組立体 - 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】 産業上の利用分野 本発明は相対的に運動可能な二つの部材の間に設けられ
る摺動シールに係る。

従来の技術 相対的に運動可能な部材の間に設けられる摺動シール構
造は良く知られており、エンジンの排気ガスを導いたり
排気ノズルの出口流路面積を変化させるべく一つ又はそ
れ以上のフラップが静止状態にある側壁に隣接した位置
にて運動するよう構成された高性能ガスタービンエンジ
ンの排気ノズルに於て特に有用である。かかる摺動シー
ルは３５　ｐｓｉｇ　（２、４６ｋｇ／　ｃ！２２）ま
で又はそれ以上の排気ガスの高い圧力に耐えなければな
らず、またエンジン及びアフターバーナ装置に於ける４
０００″Ｆ（２２００′Ｃ）以上になることがある温度
に耐えなければならない。

かかるノズル装置内に種々の部材のための摺動シールを
設けようとした場合に生じる一つの問題は、通常平坦な
側壁及び可動のフラップが不均一に変形したりそれらの
間に不均一な相対変位が生しるということである。現代
の軽量のノズル装置の側壁及びフラップは、ガスの不均
一な静圧や温度の影響を受けると所定のシールラインの
全長に亘り不均一に反ったり撓んだりすることがあり、
従ってこれらの部材の間の相対変位の局部的な変動を受
入れることができるシール組立体が必要である。

連続的なシール要素を使用する従来のシールは、シール
組立体がかかる種々の相対変位を受入れることができる
よう、シールＩｌｌ立体の長さに沿って比較的容易に撓
み得るものでなければならない。

かかる可撓性は、シール要素が圧力荷重に耐え、また高
ｌＨに曝されることに起因して変形することが殆どない
という要件と相反する。これらの要件により、比較的厚
（、従って可撓性の小さいシール要素が必要とされる。

例えば米国特許４，５７５．０９９号の如き従来の構造
に於ては、枢むされた連続的なシール要素を使用するこ
とによってこれらの要件をバランスさせることが試みら
れている。連続的なシール要素に於ては、所定のシール
ラインに沿う二つの部材の間の相対変位の変動を受入れ
る能力はシール要素及びこれに関連する構造体の可撓性
に関連している。従って当技術分野に於て必要とされて
いるものは、強力で比較的可撓性の小さいシール要素に
て所望の摺動シールの機能を果すことができる摺動シー
ル組立体である。

発明の概要 従って本発明の一つの目的は、平坦な第一の部材とこれ
に対し相対的に運動可能な第二の部材との間に配置され
るシール組立体を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、第−及び第二の部材の間に
摺動シールラインを郭定するシール組立体を提供するこ
とである。

本発明の更に他の一つの目的は、第−及び第二の部材の
間の不均一な相対変位を受入れることができるたけでな
く、熱歪み等に起因する変形の如き同様の局部的な変位
を受入れることができるよう構成されたシール組立体を
提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、長期間摩耗に耐え、局
部的な摩耗が生じた場合に部分的に交換され青るよう構
成されたシール組立体を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、シールラインにより境
界が郭定された空間内のガスの高い静圧の存在により付
勢されることによってシールを行なうよう構成されたシ
ール組立体を提供することである。

本発明によれば、相対的に運動可能な二つの部材の間に
気密摺動シールを形成するシール組立体が得られる。本
発明のシール組立体は二つの部子オの間に郭定されたシ
ールラインに沿って配置されるようになっており、互に
隣接する複数個のシールセグメントを含んでいる。

各シールセグメントは一端にて相対的に運動可能な二つ
の部材の一方に枢むされ他端にて他方の部材の平坦面に
摺動可能に接触する枢動可能なフラッパを含んでいる。

各セグメントのフラッパは互に独立した部材であり且互
に独立して枢動可能であり、これにより各セグメントは
歪み、撓み、又は通常の方向の偏差的な運動に起因して
生じるような二つの部材の間の間隔の局部的な変動に対
処することができる。

本発明によるセグメントのフラッパは剛固であり、従っ
て部材の間の上述の如き不均一な相対変位を受入れるた
めにはシールラインに沿って撓むことが必要である従来
の比較的薄い可撓性を有するシールの場合に比して、比
較的厚いフラッパを使用することができ、また摩耗に耐
える期間を遥かに長くすることができる。各セグメント
のフラッパに近接した位置にはばねが設けられており、
このばねはフラッパを付勢して平坦面に接触させる付勢
力を与えるようになっている。

フラッパをシールラインの高圧側に傾斜させることによ
り、本発明によるシール組立体によれば、ガスの高い静
圧に応答してフラッパと平坦面との間の接触力及びシー
ル力を増大させる自己付勢式のシール構造が得られる。

セグメントに分割されたシールは、複数個の互に独立し
たフラッパ及びセグメントであって、それぞれ第−及び
第二の部材の間の相対変位に局部的に応答し、互に共働
してシールラインの長さに沿って集合的なシール組立体
及び気密境界を郭定するフラッパ及びセグメントを設け
ることにより、第−及び第二の部材の間の不均一な変形
に拘らず有効な局部的シール機能を達成する。

剛固なフラッパを使用すれば、比較的厚く、従ってより
長期間に亘り摩耗に耐えるシール要素を使用することが
可能になることによって従来の可撓性を有するシール要
素に優る明確な利点が得られる。また比較的厚いシール
要素、即ちフラッパは従来のシールに於ける機能上向等
のシール要素に比してｆｊ、ｉ造的に強力であり、これ
により過剰の圧力や過剰の温度に起因してシールが損傷
する虞れが低減される。

更に本発明によるシール組立体のセグメントに分割され
た構造によれば、摩耗し損傷したフラッパ及びそれに関
連するセグメント構造体のみを修理し交換すればよいの
で、摩耗した構成要素の交換を容易に行なうことができ
る。全体的に交換されることを要する従来の連続的なシ
ールとは異なり、本発明によるシール組立体の各シール
要素は隣接するシールセグメントを乱すことなく必要に
応じて交換され得る。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例 第１図は実質的に平坦な面を有する第一の部材１２と該
第−の部材１２に対し矢印２２により示されている如く
相対的に運動可能な第二の部材１４との間に配置された
本発明によるシール組立体１０を示している。シール組
立体１０は複数個のシールセグメント１６．１８．２０
・・・を含んでおり、これらのセグメントは互に共働し
て第一の部（第１２と第二の部材１４との間に気密障壁
を郭定するシールラインを形成するようになっている。

上述の如き構造は、第二の部材１４がエンジンの高温の
排気ガスの流れ方向−を変える可動のフラップであり、
第一の部材１２が排気ノズルの通路の横方向の境界を郭
定する実質的に静止状態の側壁であるガスタービンエン
ジンの排気ノズルに見られる。かかるノズル装置内のシ
ール組立体１０は二つの部材１２と１４との間に好まし
からざるガスの漏洩が生じることを阻止し、これにより
ノズルの効率の低下や排気ガス流路の外部に配置された
温度に敏感な構造体に損傷が及ぶことを回避するために
必要とされる。

上述の如く、シール組立体が１０が接触する部材１２の
面は実質的に平坦ではあるが、高温の排気ガスの熱影響
により、あるいは排気ガスの高い静圧に起因して構造的
に撓みが生じることにより、不均一な表面変位を生じる
ことか多い。第一の部材１２及び第二の部材１４の間の
かかる変位の局部的な変動は、本発明によるシール組立
体１０のセグメントに分割された構造によって受入れら
れる。

本発明によるシール組立体１０の特定のセグメント１６
の作動は第２図を参照することによって最も良好に説明
される。第２図はシールライン２４に垂直な断面を示し
ている。各セグメント１６は第二の部材１４に固定され
ており、一端にてヒンジブロック２８に枢若された枢動
可能なフラッパ２６を含んでおり、ヒンジブロック２８
はリベット３０又は他の固定手段により第二の部材１４
に固定されている。フラッパ２６の他端は第一の部材１
２の平坦面１２′に摺動可能に接触しており、これによ
り平坦面１２′との間に摺動シールを形成している。シ
ール組立体１０はノズルの内部空間３２とノズル外の低
圧の空間３４との間に気密境界を郭定している。

第３図に示されている如くフラッパ２６はその一端に細
長いヒンジピン３６を有しており、該ヒンジピンはフラ
ッパ２６をヒンジブロック２８に枢むすべくヒンジブロ
ック内に受入れられている。

フラッパ２５は従来の連続的なシールに比して厚く、通
常の運転条件下及び通常の応力が作用する状況下に於て
も実質的に撓むことがない。第２図より解る如く、第一
の部材１２と第二の部材１４との間に於けるこれらに垂
直な方向の局部的な相対変位３８は、対応するフラッパ
２６が枢動することによって対応するシールセグメント
により局部的に受入れられる。セグメントに分割された
シール組立体１０は互に独立して枢動可能な複数個のフ
ラッパ２６を有し、第一の部材１２と第二の部材１４と
の間に於ける局部的な相対変位３８に応答して何れかの
フラッパ２６が枢動しても、それより隔置された他のシ
ールセグメントの作動がＭ５　りを受けることはない。

かくしてセグメントに分割されたシール組立体１０によ
れば、剛固なシール要素、即ちフラッパ２６はフラッパ
に長手方向の可撓性を付与するに必要な材料及び構造上
の制限を受けることな〈従来の連続的なシールと同一の
シール機能を果すことができる。

本発明によるシール組立体１０の剛固なフラッパ２６は
薄く可撓性を有するシール要素よりも厚く長期間に亘り
摩耗に耐えるだけでなく、かかるシール組立体によれば
シールの設計者は従来の構造に於ては使用することがで
きなかった広範囲の材料を用いて設計することができる
ようになる。

か（して繰返し撓みを受ける条件下に於ては使用するこ
とができず、従って従来の連続的なシール構造には不適
当である耐熱材料が、各フラッパが二つの部材１２と−
１４との間の偏差的な相対変位を受入れるために変形す
ることがない本発明によるシール組立体１０の剛固なフ
ラッパ２６に組込まれてよい。

本発明によるシールセグメントのヒンジブロック２８が
第３図に示されている。ヒンジブロック２８はフラッパ
２６のヒンジピン３６の両端を受ける第一の溝４０及び
第二の溝４２を有している。

図示の実施例に於ける一体的なヒンジピン３６はフラッ
パ２６を第二の部材１４に枢若するための一つの構造に
すぎず、これと同様の結果がフラッパ２６及びヒンジブ
ロック２８に設けられた互い違いのラグ（図示せず）及
びこれらのラグに挿通される独立のヒンジピン（図示せ
ず）を使用する二とによっても達成される。

またヒンジブロック２８は第二の部材１４より離れる方
向へフラッパ２６が枢動す゛ることを制限する一体的な
ストッパ４４を有している。このストッパ４４は第一の
部材１２と第二の部材１４との間に異常な離間が生じた
場合にフラッパ２６が過剰に枢動することを防止する。

部材１２及び１４が通常の位置に戻ると、フラッパ２６
は成る角度にて第一の部材１２に接触し、これにより第
一の部材と所定の摺動接触状態を再度確立する。また第
二の部材１４とフラッパ２６との間には、フラッパ２６
が過剰に捲れ上がることを防止し、これによりフラッパ
２６が常に所定の作動範囲内にあることを確保するため
の同様のストッパ４６が設けられている。

またフラッパ２６を第二の部材１４より離れる方向に付
勢して第一の部子４１２の平坦面１２′と摺動シール接
触させるばね４８又は他の付勢手段を設けることも本発
明の範囲内に属する。

フラッパ２６を第２図に示された空間３２の如き圧力の
高い空間へ向けて傾斜させることにより、本発明による
シール組立体１０によれば、シール組立体１０を横切る
圧力が増大するにつれてフラッパ２６と第一の部材１２
との間の接触力及びシール力が増大する構造が得られる
。空間３２内のガスの高い静圧によりフラッパ２６が外
方へ第一の部材１２に対しより一層強力に付勢され、こ
れによりシールセグメントを横切るガスの差圧に応答し
て各シールセグメントの各フラッパ２６に対し付勢力が
与えられる。かくしてかかる構成によれば、シール組立
体１０が周囲を囲まれた空間３２内の比較的高い圧力に
抵抗することを補助する圧力フィードバックが得られる
。

本発明によるシール組立体１０の他の一つの特徴は、互
に独立したシールセグメント１６．１８、２０を使用す
ることによって得られ、シール組立体１０の交換に際し
ては好ましからざる程の摩耗や１８　（ｕを生じたシー
ルセグメントを修理しさえすればよい。このことは、シ
ール組立体１０の局部的な部分が不均一な環境条件や相
対運動（２２）に曝される第−及び第二の部材にとって
特に有益である。例えば第二の部材１４がフラップの枢
点よりフラップのアウタエツジまで延在するシールライ
ン２４を有する枢動可能な部材である場合には、フラッ
プのアウタエツジに隣接して設けられたシールセグメン
トはフラップの運動中フラップの枢点に隣接して設けら
れたシールセグメントよりもより大きい距離に亘り摺動
可能に運動する。

本発明によるシール組立体１０によれば、従来のシール
組立体の場合の如く連続的なシール要素全体を交換する
ことを要することなく、摩耗が迅速に進行するアウタエ
ツジに隣接するシールセグメント又はその構成要素を必
要に応じて交換することが可能になる。

本発明によるシール組立体１０によれば、互に隣接する
シールセグメントを互に当接した状態にて設ける二とに
より所定のシールライン２４に沿って集合的なシールが
形成され、これによりそれらの間にガスや他の材料が漏
洩することが低減若しくは排除される。また各シールセ
グメント１６．１８．２０は必要ならば直線以外のシー
ルラインに沿って配置されてもよい（かかる構成は従来
の連続的なシール要素によっても達成される）。かかる
非直線的な構造に於ては、各シールセグメントの枢軸は
シールライン２４に局部的に平行に設定され、これによ
り互に共働して非直線的なシール組立体１０を構成する
複数個のシール要素が形成される。

最後に所定のシールライン２４に沿う各シールセグメン
ト１６．１８．２０の長さは、第一の部材１２と第二の
部材１４との間に生ずる局部的な歪みや他の相対変位の
割合に応じて決定される。

可動のフラップ（１４）及びこれに隣接し静止状態を維
持する側壁（１２）を有するガスタービンエンジンの推
力方向制御式排気ノズルに本発明によるシール組立体１
０が組込まれる場合には、所定のシールライン２４に沿
うシールセグメントの最適の長さは３．６２５インチ（
９，２ｃｍ）であった。選定される正確な長さは、二つ
の部材１２と１４との間の局部的な変形及び相対変位の
程度と、多数のシールセグメントを組付は維持するに必
要な労力との兼合いで決定される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明９範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は可動の部材に固定された本発明によるシール組
立体を示す斜視図である。 第２図はシールラインに垂直な平面に沿う本発明による
シール組立体の断面図である。 第３図は本発明による一つのシールセグメントを示す分
解斜視図である。 １０・・・シール組立体、１２・・・第一の部材、１４
・・・第二の部材、１６．１８．２０・・・シールセグ
メント、２４・・・シールライン、２６・・・フラッパ
、２８・・・ヒンジブロック、３０・・・リベット、３
２・・内部空間、３４・・・外部空間、３６・・・ヒン
ジピン、４０．４２・・・溝、４４．４６・・・ストッ
パ、４８・・・ばね 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一の部材の実質的に平坦な面と前記面に対し実
   質的に平行に運動可能な第二の部材との間に配置される
   シール組立体にして、所定のシールラインに沿って配置
   された複数個のシールセグメントを含み、各シールセグ
   メントは前記第二の部材に固定され前記所定のシールラ
   インに局部的に平行なセグメント軸線の周りに枢動可能
   な剛固なフラッパを含み、各フラッパはその軸線方向エ
   ッジにて隣接するフラッパの軸線方向エッジに密に当接
   しており、各フラッパは前記セグメント軸線より半径方
   向に延在して前記平坦な面と摺動接触しているシール組
   立体。
2. （２）第二の部材に平行な平面内にて相対的に運動可能
   な実質的に平坦な第一の部材と第二の部材との間に配置
   されるシール組立体にして、所定のシールラインに沿っ
   て配置された複数個のセグメントを含み、各セグメント
   は隣接するセグメントと密に当接しており、各セグメン
   トは更にその全長に亘り延在し一端にて前記第二の部材
   に枢着された可撓性を有しないフラッパを含み、各フラ
   ッパの枢軸線は前記所定のシールラインに局部的に平行
   であり、各フラッパの他端は前記第一の部材と摺動可能
   に接触しているシール組立体。