| 【発明の名称】 |
シール装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 敦士
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| 【要約】 |
【課題】高温下において安定したシール効果を得ることができるシール装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シール装置１は、板部材２と、この板部材２の一端２ａを第１部材Ｂ１に離間しつつ取り付ける取付部３とを備えている。板部材２は筒状の第１部材Ｂ１及び第２部材Ｂ２の内周面に沿ってセグメント状に複数配置されたものなので、高温下において使用される場合においても、各板部材２どうしの隣接部分の空間が熱による変形を吸収するので、安定したシール効果が得られる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 筒状に形成された第１部材と第２部材との端部どうしの接合部分をシールするシール装置において、一端が前記第１部材に取り付けられ他端が前記第２部材に当接しつつ前記接合部分に沿って環状に複数配置される板部材を備えることを特徴とするシール装置。
【請求項２】 請求項１に記載のシール装置において、前記それぞれの板部材の一端を、前記第１部材と離間させつつ取り付ける取付部を備えることを特徴とするシール装置。
【請求項３】 請求項１又は２に記載のシール装置において、前記取付部は、前記板部材の変形を吸収するための空間部を備えることを特徴とするシール装置。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のシール装置において、前記板部材に設けられ、この板部材の振動を低減するための防振部材を備えることを特徴とするシール装置。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のシール装置において、前記第２部材と板部材との当接面に、この板部材の摩耗を防止するための摩耗防止部材を備えることを特徴とするシール装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２つの部材の端部どうしの接合部分をシールするシール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば図６に示すようなガスタービンエンジン３０において、空気取入口３１から取り入れられた空気は圧縮機３２によって高圧の圧縮空気に変換されたあと燃焼室に送られ、噴射された燃料とともに燃焼されて高温高圧ガスとなる。燃焼室を出た高温高圧ガスはタービンに送られ、タービンはこの高温高圧ガスを膨張させ、その熱エネルギーを出力部３５などを駆動するための機械仕事として取り出す。このようなガスタービンエンジン３０において、圧縮機３２からの圧縮空気Ａ１と燃焼室からの燃焼空気Ａ２とは、スクロール（第１部材）６１によって仕切られている。
【０００３】図７はスクロール６１部分（すなわち符号Ｃ部分）の拡大図である。図７において、第１部材６１は筒状に形成されたものであり、有底筒状に形成された第２部材６２の端部とその一部を重ね合わせるように配置されている。第１、第２部材６１、６２によって形成される内側の空間Ｓ１には圧縮機によって生成された高圧の圧縮空気Ａ１が満たされており、外側の空間Ｓ２には燃焼室によって生成された燃焼空気Ａ２が満たされている。このとき、内側空間Ｓ１の温度は例えば約３００〜４００度、外側空間Ｓ２の温度は例えば約１１００〜１２００度であり、内側空間Ｓ１の温度は外側空間Ｓ２の温度より低く、内側空間Ｓ１の圧力は外側空間Ｓ２の圧力より高い。
【０００４】第１部材６１の端部と第２部材６２の端部との接合部分には、内側空間Ｓ１と外側空間Ｓ２との空気の出入りを規制するシール部材６３が設けられている。このシール部材６３は円環状に一体的に形成された板部材であって、一端６３ａは第１部材６１の内周面に固定されており、他端６３ｂは第２部材６２の内周面に当接可能に自由端となっている。そして、他端６３ｂが第２部材６２の内周面に当接されることにより、内側空間Ｓ１の圧縮空気Ａ１の外側空間Ｓ２への流入が防止されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このとき、第１部材６１は燃焼空気Ａ２の影響を直接受けるので、シール部材６３のうち第１部材６１に固定されている一端６３ａ側の温度は他端６３ｂ側の温度に比べて高くなる。したがって、シール部材６３には熱分布の差による熱応力が発生する。シール部材６３はこの熱応力によって変形するので、安定したシール効果を得られない。
【０００６】一方、このシール部材６３にスリットを形成することによってシール部材６３に作用する熱応力を吸収する方法があるが、自励振動が発生するなど、安定したシール効果が得られない場合が多い。
【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高温下において安定したシール効果を得ることができるシール装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するため、本発明のシール装置は、筒状に形成された第１部材と第２部材との端部どうしの接合部分をシールするシール装置において、一端が前記第１部材に取り付けられ他端が前記第２部材に当接しつつ前記接合部分に沿って環状に複数配置される板部材を備えることを特徴とする。
【０００９】本発明によれば、シール部材を複数の板部材によって構成することにより、高温下で使用される場合においても、各板部材どうしの隣接部分の空間が熱による板部材の変形を吸収するので、各板部材は大きな熱応力を生じることなく安定したシール効果を得られる。
【００１０】請求項２に記載のシール装置は、請求項１に記載のシール装置において、前記それぞれの板部材の一端を、前記第１部材と離間させつつ取り付ける取付部を備えることを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、板部材と第１部材とを離間させつつ取り付けることにより、例えば、第１部材が高温度となってもその熱は直接板部材に伝達されない。したがって、板部材の熱による変形は抑えられるので、安定したシール効果が得られる。
【００１２】請求項３に記載のシール装置は、請求項１又は２に記載のシール装置において、前記取付部は、前記板部材の変形を吸収するための空間部を備えることを特徴とする。
【００１３】本発明によれば、板部材を取り付ける取付部に空間部を設けることにより、熱による板部材の変形はこの空間部に吸収されるので、板部材に生じる熱応力は低減される。したがって、安定したシール効果が得られる。
【００１４】請求項４に記載のシール装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のシール装置において、前記板部材に設けられ、この板部材の振動を低減するための防振部材を備えることを特徴とする。
【００１５】本発明によれば、板部材に防振部材を設けることにより、振動による板部材の劣化などは防止される。したがって、板部材は安定したシール効果を発揮する。
【００１６】請求項５に記載のシール装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のシール装置において、前記第２部材と板部材との当接面に、この板部材の摩耗を防止するための摩耗防止部材を備えることを特徴とする。
【００１７】本発明によれば、第２部材と板部材との当接面に摩耗防止部材を設けることにより、板部材と第２部材との摩耗は防止されるので、板部材の劣化は抑えられる。したがって板部材は安定したシール効果を発揮する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態によるシール装置を図面を参照して説明する。図１は本発明のシール装置の一実施形態を示す側方断面図であり、図２は平面図であり、図３は正面図である。この場合シール装置１は、例えば図６に示す符号Ｃ部分に設けられるものである。
【００１９】これらの図において、シール装置１は、板部材２と、この板部材２の一端２ａを第１部材（スクロール）Ｂ１に取り付けるための取付部３とを備えている。第１部材Ｂ１は筒状に形成されており、この第１部材Ｂ１の端部は有底筒状に形成された第２部材Ｂ２の端部と重ね合うように配置されている。
【００２０】これら各第１、第２部材Ｂ１、Ｂ２は、例えばガスタービンエンジンにおける圧縮機と燃焼室とを仕切るための部材である。すなわち、これら第１、第２部材Ｂ１、Ｂ２によって形成された内側の空間Ｓ１には圧縮機によって生成された高圧の圧縮空気Ａ１が満たされており、外側の空間Ｓ２には燃焼室によって生成された燃焼空気Ａ２が満たされている。このとき、内側空間Ｓ１の温度は例えば約３００〜４００度、外側空間Ｓ２の温度は約１１００〜１２００度であって、内側空間Ｓ１の温度は外側空間Ｓ２の温度より低いとともに、内側空間Ｓ１の圧力は外側空間Ｓ２の圧力より高い。また、筒状に形成された第１部材Ｂ１の端部は、第２部材Ｂ２の端部より半径方向外方（すなわち図１中、上側）に配置されている。
【００２１】板部材２は、一端２ａを取付部３によって第１部材Ｂ１の内周面に取り付けられ、他端２ｂを第２部材の内周面に対向するように延出しており、弾性変形することによって他端２ｂが第２部材Ｂ２の内周面の一部に当接可能に設けられている。そして、この板部材２は、第１、第２部材Ｂ１、Ｂ２の接合部分に沿って環状に複数（例えば３０枚）配置されている。
【００２２】取付部３は板部材２の一端２ａを第１部材Ｂ１の内周面と離間させつつ取り付けるものである。この取付部３は、ボルト５と、台座６と、ナット７と、ブシュ８と、抑え板９とを備えている。取付部３は１つの板部材２に対して２つずつ設けられており、図２、４、５に示すように２種類の第１取付部３ａと第２取付部３ｂとからなっている。この場合、第１取付部３ａと第２取付部３ｂとはブシュ８の形態が異なっており、第１取付部３ａは第１ブシュ８ａを、第２取付部３ｂは第２ブシュ８ｂを備えている。
【００２３】第１部材Ｂ１の内周面には、溶接によって固定される複数のボルト５が環状に配置されている。このボルト５には、リング状に形成された台座６が嵌め込められている。そして、ブシュ８と台座６との間には台座６側から、防振板（防振部材）１０、板部材２、抑え板９が配されている。
【００２４】台座６は溶接によってボルト５及び第１部材Ｂ１の内周面に固定されており、板部材２はこの台座６によって第１部材Ｂ１から離間するように取り付けられる。また、それぞれの板部材２の第１部材Ｂ側の面には、防振板１０が互いの板面を当接させるように設置されている。すなわち、防振板１０はそれぞれの板部材２と対応するように複数枚、第１、第２部材Ｂ１、Ｂ２の接合部分に沿うように環状に配置されている。この防振板１０は、内側空間Ｓ１を流れる圧縮空気Ａ１の作用によって生じる板部材２の振動を低減するためのものであり、板部材２の一端２ａから他端２ｂに向かう途中位置まで延出するように設けられている。
【００２５】抑え板９は１つの環状に形成された部材であり、第１部材Ｂ１の内周面に配された複数のボルト５に対応する複数の貫通穴を備えている。すなわち、例えばボルト５が第１部材Ｂ１の内周面に６０個設置されている場合には抑え板９は６０個の貫通穴を備えている。この抑え板９の断面形状は、板部材２の一端２ａ側部分である第１端部９ａを第１部材Ｂ１に向かうように円弧状に折り曲げられ、他端２ｂ側部分である第２端部９ｂを板部材２から離れるように円弧状に折り曲げれられている。このとき、第１端部９ａと第１部材Ｂ１との離間距離が小さく設けられるので、この部分においてもシール効果が得られるようになっている。また、第２端部９ｂが板部材２から離れるように円弧状に折り曲げられていることにより、圧縮空気Ａ１の作用により振動する板部材２と抑え板９との干渉が低減されるようになっている。
【００２６】図４に示す第１ブシュ８ａは、防振板１０及び板部材２及び抑え板９を台座６との間において固定するものであり、抑え板９側に対向する側の一端面は平面状に形成されている。一方、図５に示す第２取付部３ｂの第２ブシュ８ｂは断面上向き凸状に形成されており、その凸状部分の径は、防振板１０、板部材２、抑え板９に設けられている穴の径より小径に形成されている。そして、この第２ブシュ８ｂは、その凸状部分の端面が台座６に当接するようにナット７によって固定される。
【００２７】すなわち、第２ブシュ８ｂの凸状部分において、板部材２と取付部３との間には空間部１１が形成されている。このとき、第２取付部３ｂは板部材２を第１部材Ｂ１に固定しておらず、板部材２は第１取付部３ａのみによって第１部材Ｂ１に固定されている。なお、この空間部１１は防振板１０、板部材２、抑え板９のそれぞれに形成された穴のうち、第２取付部３ｂに対応する穴を第１取付部３ａに対応する穴より大径に形成することによっても設けることができる。
【００２８】板部材２のうち、他端２ｂの第２部材Ｂ２の内周面と当接される部分には摩耗防止部材１２が設けられている。この摩耗防止部材１２は、例えば鉄などの金属によって形成される板状のものであり、それぞれの板部材２に対応するように設けられている。なおこの摩耗防止部材１２の表面に摩耗防止剤をコーティングすることが可能である。
【００２９】このようなシール装置１を第１部材Ｂ１に設置するには、まず、筒状に形成されている第１部材Ｂ１の内周面に沿って、ボルト５及び台座６を溶接によって固定する。このとき、台座６にはボルト５を係合するための座ぐりが形成されているので、ボルト５と台座６とは安定して一体的に固定される。
【００３０】第１部材Ｂ１の内周面に固定されたボルト５には防振板１０に形成されている穴がそれぞれ挿通され、この防振板１０を挿通したボルト５に対して、板部材２に形成されている穴が挿通される。次いで、抑え板９に形成されている穴がそれぞれのボルト５に挿通される。
【００３１】第１取付部３ａによって板部材２を固定する場合、第１ブシュ８ａがボルト５の先端側から挿入される。このとき、第１ブシュ８ａの一端面は平面状に形成されており、この一端面全面が抑え板９に当接される。そして、ナット７をボルト５に挿通させて締め付けることにより、板部材２及び防振板１０は、第１取付部３ａによって１箇所において第１部材Ｂ１に固定される。
【００３２】一方、第２取付部３ｂを板部材２に取り付ける場合、第２ブシュ８ｂがボルト５の先端側から挿入される。このとき、板部材２、防振板１０、抑え板９のうち第２取付部３ｂ側に対応する穴の径は大径に形成されており、第２ブシュ８ｂの凸状部分はその端面を台座６に当接するまで挿入される。そして、ナット７をボルト５に挿入して締め付けることにより、第２ブシュ８ｂは固定される。
【００３３】このとき、第２ブシュ８ｂと板部材２及び防振板１０との間には空間部１１が形成される。この空間部１１は、例えば板部材２が熱によって変形される場合においてこの変形分を吸収する。
【００３４】一方、板部材２は第１取付部３ａにより１箇所のみで固定されるので、第１取付部３ａを中心に水平方向に回転する場合があるが、第２取付部３ｂのうち第２ブシュ８ｂの凸状部分と板部材２の穴とが干渉するすることにより、過剰な回転が防止されるようになっている。
【００３５】このようなシール装置１による、第１部材（スクロール）Ｂ１と第２部材Ｂ２との端部どうしの接合部分のシール効果について説明する。内側空間Ｓ１に３００〜４００度程度の温度を有する高圧の圧縮空気Ａ１が満たされ、外側空間Ｓ２に１１００〜１２００度程度の温度を有する低圧の燃焼空気Ａ２が満たされている場合、内側空間Ｓ１の圧縮空気Ａ１は第１部材Ｂ１と第２部材Ｂ２との間から外側空間Ｓ２に流出しようとする。このとき、各板部材２は圧縮空気Ａ１の圧力によってそれぞれの他端２ｂを第２部材Ｂ２の内周面に押し付けるように変形される。板部材２は弾性変形可能であるため、他端２ｂは第２部材Ｂ２の内周面に安定して当接される。したがって、内側空間Ｓ１の圧縮空気Ａ１の外側空間Ｓ２側への流出は防止される。また、板部材２は弾性変形可能であるため、例えば第２部材Ｂ２が熱により変形した場合においても、その変形分を吸収できるため、第２部材Ｂ２には熱応力が生じない。
【００３６】このとき、板部材２の他端２ｂには摩耗防止部材１２が設けられているので、圧縮空気Ａ１の作用などによって板部材２が振動される状態においても板部材２の他端２ｂの摩耗は防止される。したがって、板部材２の劣化は防止されるので、安定したシール効果が得られる。
【００３７】板部材２は、第１、第２部材Ｂ１、Ｂ２の内周面に沿うようにセグメント状に複数配置したものであり、ガスタービンエンジンにおける圧縮機と燃焼室との仕切部分など、高温下において使用される場合においても、各板部材２どうしの隣接部分の空間が熱による各板部材２の変形を吸収するので、板部材２は大きな熱応力を作用されることなく安定したシール効果を得ることができる。
【００３８】また、取付部３に台座６を設けたことにより、板部材２は第１部材Ｂ１に対して離間するように取り付けられる。したがって、第１部材Ｂ１が燃焼空気Ａ２の影響によって高温度になっても、この第１部材Ｂ１の熱は直接板部材２に伝達されないので、板部材２に作用する熱は低減される。そのため、板部材２の熱による変形は低減されるとともに、熱分布の差が小さくなるので熱応力の作用を抑えることができる。したがって、安定したシール効果が得られる。
【００３９】熱によって生じる板部材２の変形は第２取付部３ｂの空間部１１により吸収されるので、板部材２への熱応力の作用は防止される。したがって、安定したシール効果が得られる。また、板部材２は第１取付部３ａにより１箇所において固定されるため水平方向に回転される場合があるが、この回転は第２ブシュ８ｂの凸状部分によって防止されるので、シール効果は損なわれない。なお、第２ブシュ８ｂのフランジ部分によって、板部材２及び防振板１０は第２取付部３ｂから抜け出てしまうことがない。
【００４０】そして、板部材２に防振板１０を設けたことにより、板部材２は振動による劣化や破損は防止される。したがって、板部材２は安定した効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】本発明のシール装置は、以下のような効果を有するものである。請求項１に記載の発明によれば、シール部材を複数の板部材によって構成することにより、高温下で使用される場合においても、各板部材どうしの隣接部分の空間が熱による板部材の変形を吸収するので、各板部材は大きな熱応力を生じることなく安定したシール効果を得られる。
【００４２】請求項２に記載の発明によれば、板部材と第１部材とを離間させつつ取り付けることにより、例えば、第１部材が高温度となってもその熱は直接板部材に伝達されない。したがって、板部材の熱による変形は抑えられるので、安定したシール効果が得られる。
【００４３】請求項３に記載の発明によれば、板部材を取り付ける取付部に空間部を設けることにより、熱による板部材の変形はこの空間部に吸収されるので、板部材に生じる熱応力は低減される。したがって、安定したシール効果が得られる。
【００４４】請求項４に記載の発明によれば、板部材に防振部材を設けることにより、振動による板部材の劣化などは防止される。したがって、板部材は安定したシール効果を発揮する。
【００４５】請求項５に記載の発明によれば、第２部材と板部材との当接面に摩耗防止部材を設けることにより、板部材と第２部材との摩耗は防止されるので、板部材の劣化は抑えられる。したがって板部材は安定したシール効果を発揮する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月７日（１９９９．９．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７４１４１（Ｐ２００１−７４１４１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５３６４５ |
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